探讨地铁供电系统谐波与无功功率的影响

王玉兴

摘 要：地铁运行过程中会带动多个系统同时运行，其中供电系统是比较重要的组成部分之一。本文主要针对地铁供电系统谐波与无功功率的影响进行了研究分析，并制定了有效的处理方案，希望能够更好地保障地铁的正常运行。

关键词：地铁供电系统；谐波；无功功率；运行质量

地铁供电系统在地铁中占据着非常重要的位置，起到关键性作用。可是，地铁供电系统在正常运行中会产生大量的谐波和无功功率，直接影响到整个供电系统的运转，导致地铁正常运营受到阻碍。基于此，相关人员应重视对此问题的研究，并在此基础上探索行之有效的策略，从而更好地控制谐波和无功补偿带来的影响，保证供电系统的优质性，推进地铁的顺利运营。

1 地铁谐波和无功功率分析

1.1 供电系统谐波

节能是当前社会发展中重点提倡的，社会在进步的同时也吸引了人们对节能环保的重视度，社会和科技的发展对当前节能环保提出了全新的挑战和要求。地铁在当今社会已经得到普及，多数大城市已经在大量建设地铁交通，也因此，地铁中接入的供电系统非线性电器设备的数量随之不断增加。此设备在运行中会形成大量的谐波，产生谐波最多的部分是机车牵引装置和车站机电设备。在供电系统牵引装置中谐波电流的大小会随着牵引整流机组的脉波高低而定。根据实际测试数据显示可以看出，谐波的含量越低就越能满足城市电网公用电网谐波的需求。不仅如此，地铁供电系统中还有其他谐波存在，尤其是变电所0.4kV母线侧的谐波特征尤为丰富。

1.2 供电系统无功功率

地铁所有的供电系统基本上都是用电设备，大都属于感性负荷，配电系统都采用电缆线路，导致系统整体功率因数超高。通过对地铁实际运行情况的了解，一般地铁在运行高峰期时段每个变电所的110kV侧的功率因数可达到0.9以上，地铁线路0.4kV侧的功率因数达到0.85以上；而到了夜晚，地铁运行低谷期其感性负荷就会自动断开，供电电缆自身由于具备充电效应，会形成容性无功功率并同时返回到电网系统中，直接造成功率因数大幅度下降。而城市电网会在主变电所装设动态无功补偿和谐波综合治理设备，可是在地铁中由于其含有的低压配电设备众多，加上无功功率的影响，就会导致大量浪费，所以，针对无功功率补偿在0.4kV侧的开展需要重点研究。

2 谐波的危害和无功功率的影响

地鐵在运行过程中会有各种因素影响其正常运行，上文也提到了地铁供电系统在运行过程中会产生大量的谐波，而且会随着供电系统的运行不断流窜、叠加和扩大，当谐波含量超出特定范围时就会影响到地铁供电系统的正常运行，带给供电系统的影响分为以下几方面：第一，导致供电设备的工作效率降低，使用电量增加；第二，电气设备在运行过程中会出现严重的噪音、震动现象，直接影响电气设备的使用寿命；第三，会造成电网中出现谐振现象，促使谐波含量不断增长，最终影响通信系统的正常运行；第四，会使继电保护和自动装置出现错误动向或拒动，影响电器测量仪表计量的准确性。一般无功功率被分为基波和谐波两种类型，所造成的影响主要有：①会造成电流和视在功率不断增大，促使电气设备和线缆的容量增长；②会使总电流增加，导致设备和线缆浪费量增加；③会使线缆和变压器的电压降增长，直接影响供电的质量。

3 供电系统谐波和无功功率的治理措施

地铁正常的运营都是依靠其中各类用电设备的支持，想要保证地铁内供电系统的电器设备能够在一个安全、环保且经济的环境中运作，首要任务是有效去除谐波与无功功率带给地铁系统的影响。一般地铁供电系统谐波与无功功率多处于低压配电系统中，因此，应着重从变电所0.4kV侧对其开展治理。

在地铁供电系统中安置有源滤波器设备可以有效规避谐波与无功功率带给电气设备的影响，从而提升地铁供电系统的工作效率。所谓有源滤波器实际上就是能够抵御谐波和补偿无功的智能化电力电子设备，其主要由谐波信号检测与补偿形成。一般有源滤波器所安置的位置存在很大的差异，以特定负荷局部补偿和部分补偿、集中补偿3种形式为主。

4 谐波和无功补偿容量的计算

地铁中不同的负荷都具有一定的波动性，而且地铁在不同的运营时段和不同的季节时低压侧设备的变动会直接关联到谐波的变动，一般在地铁运行高峰时间段和夏季产生的谐波含量比较高。一般低压供电系统在运行高峰期时产生的谐波量大且功率因数高，到了夜间低谷期谐波容量就会减少，功率因数也随之降低。计算有源电力滤波器配置容量的公式为

式中代表供电系统谐波补偿电流的是Ic，单位为A；补偿无功电流为Ivar，单位为A；Ur为额定电压，单位为kV。基于地铁供电系统实际情况发现，地铁配电变压器正常运行过程中的负荷率为0.4～0.5，电流总谐波畸变率为10%～15%。

5 结束语

总而言之，地铁供电系统在正常运行过程中会产生一定的谐波和无功功率，很可能会影响到地铁供电系统的工作效率。所以要加大对地铁产生谐波和无功功率原因的研究力度，同时制定有效合理的措施对其进行防范和抵御，从而保证地铁供电系统的工作效率，让其在安全可靠的环境中运作。

参考文献

[1]陈自满.地铁供电系统谐波电流和无功功率综合治理方案[J].技术与市场，2014，（7）：62.

[2]孙才勤.地铁供电系统谐波无功功率的综合治理方案[J].电气化铁道，2009，（5）：40-43.

（作者单位：深圳市地铁集团有限公司运营总部）