基于諧波的分析治理淺究地鐵低壓配電系統(tǒng)

黃朝

摘要：在地鐵運行過程中不可避免地會產(chǎn)生一些諧波，諧波的存在不僅增加了地鐵的運行成本，還會在一定程度上縮短了地鐵設(shè)備的使用周期，下面本文將基于諧波的分析治理淺究地鐵低壓配電系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：地鐵；低壓配電系統(tǒng)；諧波

1 針對地鐵低壓配電系統(tǒng)的諧波論述

一般情況下，地鐵車站的低壓配電系統(tǒng)接線方式采用單線、母線的分段方式，地鐵正常運行時母聯(lián)分段，確保地鐵正常運行的前提下，如果遇到一臺變壓器發(fā)生故障時，需要立即切除三級負(fù)荷，從而把地鐵正常運行的重任放到另一臺變壓器上。通常情況下，地鐵低壓配電系統(tǒng)的用電負(fù)荷包含的內(nèi)容較為豐富，主要有照明、給排水、通信、屏蔽門、監(jiān)控等。

1.1 存在于地鐵內(nèi)的諧波來源

由于地鐵正常運行中需要許多非線性電氣設(shè)備的支持，這類設(shè)備在工作過程中容易產(chǎn)生諧波，存在于地鐵內(nèi)的諧波來源主要有熒光燈、消防應(yīng)急電源（EPS）、通信、售票等弱電系統(tǒng)LIPS電源、變頻器等電氣設(shè)備中。

1.2 地鐵諧波對其運行系統(tǒng)的作用

1.2.1 地鐵諧波對輸變電設(shè)備的作用

地鐵諧波的出現(xiàn)會縮短電壓器、輸電線路以及電容器的使用周期，嚴(yán)重的還會造成交通事故；還可能會引發(fā)繼電保護裝置的誤動。

（1）對輸電線路的負(fù)面影響：

我們先要弄清楚諧波對輸電線路的負(fù)面影響，由于諧波電流能夠引發(fā)高頻率的電場，會給絕緣介質(zhì)的放電現(xiàn)象帶來負(fù)面影響，加速絕緣體的老化。

（2）對變壓器的作用：

針對一般的變壓器諧波，我們通常是有針對性的防控諧波，盡量把繞組溫度控制在合理的范圍內(nèi)；針對那些為不對稱負(fù)荷工作的變壓器，加入負(fù)荷電流中包含一定的直流分量，就會導(dǎo)致變壓器飽和度的變相增大，進而導(dǎo)致電流產(chǎn)生的諧波增大。

（3）對無功補償電容器的作用：

通常情況下的諧波電流不會太高，但是在電容器的影響下則會被擴大好幾倍，在諧振過程中則會擴大至少30倍。諧振將會造成過電流和過電壓，進而加速電容器的損壞。

1.2.2 諧波對通訊系統(tǒng)的作用

當(dāng)通信系統(tǒng)受到諧波的影響后就會產(chǎn)生噪聲，影響通話質(zhì)量。甚至?xí)斐尚盘柕膩G失，如果同時受到諧波和基波的影響，還有可能對通信設(shè)備及工作人員安全帶來危害。

2 針對諧波分析提出相應(yīng)的解決方案

針對地鐵諧波的危害我們可以采取兩種解決方案，首先是諧波集中補償方式，其次是就地補償方式，前者主要是依靠諧波補償設(shè)備的科學(xué)安裝來完成諧波的有效控制，這種方式的優(yōu)點在于諧波電流經(jīng)過變壓器母線后能夠有一定程度的降低，且所需的投資資金較少，能夠有效保護上一級電網(wǎng)；后一種方式主要是通過濾波器的科學(xué)安裝實現(xiàn)諧波的控制，能夠從根本上消除諧波危害，但是操作時所需的資金較多。

不同系統(tǒng)的諧波治理方法也有所不同，尤其是對于地鐵車站低壓配電系統(tǒng)的諧波治理來說，需要注意幾點：

（1）消除諧波污染對關(guān)鍵的測控、通訊、指揮系統(tǒng)的作用；

（2）消除諧波引發(fā)中線過載而導(dǎo)致電氣火災(zāi)發(fā)生的可能；

（3）盡可能的減少地鐵配電系統(tǒng)對上級電網(wǎng)的負(fù)面影響。

因為地鐵的通訊系統(tǒng)、指揮系統(tǒng)等對運行安全有較高的要求，我們嘗試在變壓器下進行集中補償?shù)慕鉀Q方式盡管能夠減少諧波的負(fù)面影響，但是卻無法從根本上清除其對主要系統(tǒng)的影響，因此，在地鐵站房低壓配電系統(tǒng)中應(yīng)盡量選用就地補償模式（如圖1）對諧波源所產(chǎn)生的污染進行就地補償，將諧波危害消除在源頭。

盡管這種解決方式效果較好，但是其所需的成本較高，并且設(shè)計施工過程較為繁瑣，工程量較大。為了在控制諧波危害的基礎(chǔ)上盡量降低成本，我們可以嘗試把負(fù)載分類與集中補償方式相結(jié)合進行設(shè)計。

在進行系統(tǒng)的設(shè)計過程中，我們要科學(xué)劃分產(chǎn)生諧波的源頭，另外還要把重點保護的系統(tǒng)進行科學(xué)的分類，然后把諧波源負(fù)荷設(shè)置在低壓母排的尾端，需要得到重點保護的負(fù)荷安置在變壓器側(cè)面。最后需要把濾波器安置在兩種負(fù)荷中間，達到集中消除諧波的目的。

把上述解決方案進行落實，具體就是把地鐵低壓配電系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波利用諧波器進行集中治理，最后從根本上消除了諧波對其他關(guān)鍵系統(tǒng)的負(fù)面作用，同時還能降低運行成本。

3 結(jié)論

經(jīng)過上文中的相關(guān)論述，我們可以得到如下結(jié)論：

（1）針對地鐵低壓配電系統(tǒng)中出現(xiàn)的運行故障，我們可以及時在變壓器下設(shè)置濾波器，同時結(jié)合無功補償?shù)姆绞酵瓿晒收系奶幚恚?/p>

（2）在變壓器下設(shè)置濾波器能夠明顯改善電流電壓的波形，如果可以的話把濾波器安裝在補償柜后面會有更好的濾波效果；

（3）濾波器的合理安裝可以有效減少地鐵諧波對重要系統(tǒng)的負(fù)面影響

除此之外我們還發(fā)現(xiàn)，地鐵牽引力產(chǎn)生的諧波基本上不會對低壓配電系統(tǒng)造成影響。