浅究地铁低压谐波的危害及相应的完善对策

张晓明

摘 要：在我国的城市发展中，交通拥堵问题直接关系着我国城市的未来发展。地铁这一交通工具能够有效缓解城市交通拥堵问题，进而推动城市的发展。然而由于地铁的低压配电系统中存在大量谐波，谐波的存在会影响地铁设备的正常运行。该文主要阐述了地铁低压谐波产生的原因、危害，并在此基础上提出了相应的完善措施。

关键词：地铁低压谐波；原因；危害；对策

1 前言

谐波的存在给地铁行业的发展带来了一定的负面影响，直接关系到地铁配电网的正常运行。但是在地铁低压供电系统中，谐波又是无法避免的，只能尽量控制在一定的范围内，通过仔细分析地铁低压谐波产生的原因，才能推动地铁行业的长远发展。

2 引发地铁低压谐波的原因

地铁这一交通工具的出现为人们的出行带来了很大的便利，地铁中安装了很多照明设备及通风设备，目的就是更好地为人们提供一个舒适的环境，这些设备在运行过程中会产生一些谐波，而且不同电源所产生的谐波电流等级也会大不相同，电网中的谐波窜动也会更加的强烈，所形成的振动、噪声和热量都会扩大，严重时会威胁到电气设备的安全，造成严重的后果和污染。此外，地铁在运行过程会对感性负荷大批量使用，特别是在地铁运行高峰期时低压系统会形成一定的无功功率，通過对实际情况检测发现还不足0.9，根本不符合国家相关规定，而到了夜晚地铁处于静止状态时大量的感性负荷就会被割断，可是供电电缆此时会产生容性无功大量的传递给电网，造成功率因数急剧下降，从而出现严重的浪费，这一问题需要着重研究。

3 论述地铁低压谐波的危害

谐波本身会影响地铁配电网的正常运行，严重的还会影响周围的配电设备。具体的危害有以下几点：首先谐波会降低电能的利用率，另电气设备增温，造成设备的震动，同时还使其绝缘性能退化，导致使用性能受影响，不能长久性使用，还可能会造成更严重的故障或损坏现象发生。另外，谐波还可能会使低压配电系统部分发生并联谐振或串联谐振现象，此时会释放出大量的谐波致使电容器等设备烧毁。如果严重的话会造成继电器保护与自动控制系统出现错误指令，扰乱电能计量的准确性。

3.1 谐波对电子设备的影响

（1）地铁中的电子设备能够灵敏地感受到谐波的存在，电子设备的正常运行离不开电压波形的过零点或与其他电压波形的同步支持。低压谐波将会影响电压过零点漂移或者使相邻两个电压的位置出现转变，针对不同形式的轨道交通电子电路控制，这两点有着非常关键的意义。如果控制系统不能准确地监测电压过零点和电压位置点，会造成控制系统无法正常运行。而通讯设备会因轨道交通和通讯线路之间的感性或容性耦合而受到一定的影响。

（2）一般情况下，计算器等其他电子设备的谐波误差需要控制在5%以内，一些特殊的电子设备需要把电压谐波误差控制在3%以内，如果出现大量的畸变很可能会影响控制设备的准确运行，从而迫使生产或运行必须停止，需要承受一定的经济损失。

3.2 谐波对电容器的影响

要想不断提升地铁电容器的利用率，就要在不同车间配备电容补偿柜，尤其是在并联的电路中，由于电流的频率较高，电容器的容抗就会降低，加之电容器能够吸收一部分的低压谐波，因此电容器体现了滤波性。而存在的谐波电流有可能导致电容器不断变热，严重的会穿破绝缘体。特别是在谐振发生的过程中，谐波产生的电流非常高，那么这时发生的情况则会更加严重。

3.3 谐波对变压器的影响

除了上文中提到的谐波危害，谐波还会给变压器带来负面影响，主要是由于谐波能够在无形中增加变压器的铁损、铜损，还能增加变压器的温度及运行的噪声。变压器损耗的增加还会加快绝缘介质的老化速度。此外，变压器中额定容量会随着谐波的存在而逐渐增加，使得变压器利用率不断降低，加大了成本使用量。

大多数的配电变压器都是采用△/Y型接线方式，尤其是在地铁低压配电系统中，会给零序谐波提供环路通路，进而抑制了电源接收三次谐波的传导数量。可是这种接线方式并不能将阻碍所有谐波侵入到电源端内，且不管谐波电流会不会侵入到电源端，变压器都会受到谐波电流一定的损坏。

4 降低地铁谐波抑制的相应措施

上文中已经提到，谐波对地铁低压配电系统的危害较大，因此我们需要采取合理的措施把谐波控制在正常范围内，这样才能提升供电质量，确保用电设备、测量仪表、保护和控制装置等不受到影响，更好的保证电网的健康运转。可以通过以下两方面着手治理：在用户侧或者电网侧实施谐波集中式治理。

首先可以通过用户端完成谐波的治理。这种方法的具体原理就是通过在用户端植入滤波器的方法来实现谐波的治理。无缘滤波器采用的是无源网络，其主要是有电感、电容、电阻等组成的，能够将电器负载形成的谐波电流有效的吸收掉，从而达到治理谐波的目的。无缘滤波器通常分为两种，即高通滤波器和调谐波器。其中调谐波器又分单调和双调两种，针对一次或者紧挨着两次谐波治理；高通滤波器可以对一次或者以上各次的谐波进行吸收。

其次是通过变电所侧来完成谐波的控制工作。这种方法主要采用的是混合型轨道交通滤波器，因为这种滤波器能够同时使用有源和无源滤波器。由于地铁负荷状态下和其他电场所有一定的差异，所以在对谐波进行防治时要综合各方面因素进行。通常混合型轨道交通滤波器可以分为并联混合型和串联混合型两大类滤波器。

5 结束语

简而言之，谐波电流对地铁轨道交通的正常运行带来了较大的负面影响，怎样才能把谐波控制在正常范围内以降低谐波对地铁运行的危害是一个较为复杂的问题。地铁低压配电系统谐波电流的防治工作非常繁琐，不仅需要技术人员的创新研究，还需要结合地铁实际情不断降低地铁的谐波危害，促进地铁低压配电系统的安全运行。

参考文献

[1]罗文.论通信电源系统谐波治理与节能降耗[D].南京邮电大学，2012.

（作者单位：深圳市地铁集团有限公司运营总部）