关于城市轨道交通供电系统谐波分布的探讨

夏 聘 重庆公共运输职业学院

关于城市轨道交通供电系统谐波分布的探讨

夏 聘 重庆公共运输职业学院

城市轨道交通；供电系统；谐波分布

前言

城市轨道交通供电系统是城市交通供电系统中的重要组成部分，主要是由中压环网系统、牵引供电系统和动力照明供电系统共同来构成的，对促进城市交通发展具有重要作用。城市电网对城市交通轨道供电系统的发展起决定性作用，是城市轨道交通供电系统的核心，承载着为交通车辆提供电能的重要使命，具有降压、整流和传输电能的重要作用，提升了电网系统运行的质量和可靠性。

1.城市轨道交通牵引供电系统谐波分析

1.1 谐波产生的原因

谐波产生的主要原因是由于电力系统中存在非线性元件及负载，能够作为储能元件或者变流设备来使用。但是在实际的运用过程中，电压和电流波形会发生畸变，影响城市轨道交通牵引供电系统的合理使用。城市轨道交通供电系统中的谐波与城市轨道交通牵引有密切的联系，产生谐波的主要原因是由整流机组产生的。 24脉波整流方式是最理想的整流方式，网侧电流中含有23和25次及以上特征的谐波，受非理想因素影响，非特征次数的谐波会不可避免的产生。 24脉整流方式中包含5、7、 11、 13、 23、 25次谐波，为了确保机组的正常使用，需要按照相关的要求，结合质量检测报告中提供的数据，对电气设备进行质量检测。城市轨道交通供电系统是由大量的电力电子设备组成的，在实际的运用过程中，会消耗大量的无功功率，产生大量的谐波，会影响周围的其它设备，对电网的正常运行造成较大的影响。

1.2 谐波的模拟计算

在对谐波进行模拟计算时，首先，需要进行计算条件的科学假设，将保守假设定为110kV，将系统短路容量设置为2000MVA，需要将城区内的110kV变电站的变压器安装容量设置为150MVA，短路阻抗率设置为10.5%。中压环网电缆主要是采用35kV单芯95mm2、120mm2电缆参数，各牵引变电所整流的机组为高次谐波电流源。相对于110kv侧国家电网系统而言，主变电所会被当成一个单独的谐波源，由于每个主变电所产生的容量不同，导致国家电网的贡献率存在较大的差异。影响系统谐波的主要指标有：总谐波畸变率和第n次谐波的HRIn，在理想情况下，HRIn（Harmonic Radio For In） =Ih/Il，THDi（Total Harmonic Distortion） =Ih/Il，其中Il最基波的有效值，对于每个谐波源，公共节点处的最小短路容量与基准容量不同，需要按照以下公式对谐波电流进行修正。公式为:In=SKL/SK2×Iph。

2.谐波影响的分析和建议

通常，各牵引变电所主要是采用24脉波整流机组，需要在远期高峰小时或者是嗲是电力系统最小运行方式的条件下，来进行谐波电流计算，需要将谐波的标准值控制在国际允许的范围内，通过设置或者预留设置滤波装置的形式来实现。谐波影响因素主要有：第一，需要确保计算出来的谐波电流值不超过国际标准允许的范围内，需要在假设系统条件下对估算结果进行计算。第二，对轨道线路向外延伸，提升系统容量，由于地铁内部的系统参数会发生变化，导致系统谐波数值也随之发生变化。第三，需要确保谐波影响计算在理想化的状态下进行，由于轨道交通的牵引负荷变化较大，导致负荷发生变化，造成谐波进一步增加［2］。

3.城市轨道交通牵引供电系统谐波治理及改善措施

3.1 高脉波数的整流脊柱和Y/△或△/Y接线三项整流变压器

采用Y/△或△/Y接线方式，能够消除3的整数倍的高次谐波，能够确保电网中的谐波电流保持在奇次谐波。整流机组产生的谐波次数与整流机组输出的脉波数有直接的关系，能够放映出整流机组产生的谐波电流次数，通常会用n=K×P±1来表示，整流机组的脉波数越高，产生的谐波越少，对系统的影响也越小。通过24脉波整流机组的运用，大大减少了11.1 3次谐波的含量，由于整流机组产生的谐波次数较高，要想确保谐波传输路径，需要对供电网络的基本情况进行计算和评估。

3.2 安装有源谐波调节器

有源谐波调节器在城市轨道交通供电系统中被广泛应用，在安装过程中，需要固定在某些谐波频段上，通过对非线性负载产生的谐波进行采样和分析，能够实现对电网车侧送一个与非线性负载产生的谐波相反的谐波，对加强对谐波的有效抑制具有重要作用。需要结合电网的实际运行情况，对电压和电流波形的相位角节能型调整，对修正电流波形和提高功率因数具有重要作用。在对城市轨道交通供电系统，进行谐波分析时，需要考虑到整流机组对110kV侧的国家电力系统的影响。同时还需要分析牵引供电系统对35kV环网系统和动力照明系统带来的影响，确保电力系统运行的稳定性。

4.结论

本文对城市轨道交通系统在运行过程中的谐波分布情况做出了系统的介绍，通过介绍分析，能够明确谐波产生的主要原因，并总结出了治理方案。通过加强对变压器和整流器组合的形式，对谐波的源头进行治理，解决了重点区域的堵防和疏导处理，通过对系统谐波进行动态监控和处理的过程，有效的降低了各谐波的素质，对减少特征谐波的含量，确保电力系统的正常运行具有重要作用，充分展现出了在城市轨道交通中的重要作用。

［1］ 陶乃彬，李建民，徐彦.城市轨道交通供电系统网侧谐波研究［J］.郑州铁路职业技术学院学报，2010，02：3-6.

［2］ 朱明星，钱辰辰，段晓波，胡文平，戎士洋.基于城市轨道交通运行图的供配电系统谐波预评估仿真［J］.城市轨道交通研究，2015，06：56-61.

［3］ 全恒立，张钢，阮白水，刘志刚，余龙.城市轨道交通混合型能馈式牵引供电装置［J］.北京交通大学学报，2013，02：92-98.

［4］ 陈忠.轨道交通供电系统电力谐波的分析和治理［J］.中国高新技术企业，2014，02：114-115.

随着社会经济的发展，促进了交通行业的发展，交通行业作为城市建设中的重要组成部分，对城市的发展起到了重要的推动性作用。供电系统影响着城市交通的运行情况，能够确保城市轨道交通供电的合理性。本文主要针对城市轨道交通供电系统中产生的谐波类型进行分析，指出了谐波中存在的危害和特征，并对系统节点中的谐波大小进行计算和实际测量，建立了系统的谐波计算分布图。本文通过对110KV侧的谐波电流进行整理和研究，充分展现了谐波在城市轨道交通供电系统中的重要作用。