王兆力
(西安市地下鐵道有限責(zé)任公司運(yùn)營分公司,陜西 西安710016)
綠色電網(wǎng)、節(jié)能降耗已成為現(xiàn)代化企業(yè)努力的目標(biāo),與此同時,如何實(shí)現(xiàn)綠色電網(wǎng)和節(jié)能降耗是企業(yè)急需解決的問題。地鐵車站的主要負(fù)載為環(huán)控、照明等,這些負(fù)載是主要的諧波源,由于大多數(shù)用電設(shè)備為單相負(fù)載,就會造成配電系統(tǒng)中線電流過大,導(dǎo)致系統(tǒng)三相用電不平衡,同時加重中線電纜的負(fù)擔(dān),造成電纜、變壓器過熱,絕緣壽命縮短,更嚴(yán)重情況下,可能造成火災(zāi)。本文將通過對西安地鐵五路口站的諧波進(jìn)行分析,對提高電能質(zhì)量及APF設(shè)置必要性提出看法。
諧波的存在一方面是設(shè)備運(yùn)行安全隱患;另一方面,諧波電流會增加電網(wǎng)損耗、污染電網(wǎng),造成不必要的損失與電量浪費(fèi)等。因此,提高有源濾波器的使用率對于節(jié)能減排及安全保證有一定的促進(jìn)作用。
以西安地鐵一號線五路口降壓所為試點(diǎn),進(jìn)行低壓系統(tǒng)諧波檢測,具體項(xiàng)目如表1所示。
表1 檢測項(xiàng)目
地鐵系統(tǒng)的所有通風(fēng)空調(diào)在每天17:30之后會開啟,變頻器負(fù)載啟動。JAA14-2負(fù)載測試時間設(shè)置在17:30之前,JAA4-1負(fù)載測試時間設(shè)置在17:30之后,結(jié)果如表2、表3所示。
表2 JAA4-1通風(fēng)空調(diào)負(fù)載電流有效值
表3 JAA4-1通風(fēng)空調(diào)負(fù)載電流總諧波畸變率
檢測結(jié)論:從測試數(shù)據(jù)看,通風(fēng)空調(diào)負(fù)載的3、5、7、11次諧波含量較高,其中以5次諧波最高。
測試自動電扶梯負(fù)載時,該負(fù)載主要是變頻器帶電機(jī)負(fù)載,而且根據(jù)乘客數(shù)量負(fù)載大小會隨時變化,因而難以準(zhǔn)確測量負(fù)載諧波。故處理諧波數(shù)據(jù)時,取負(fù)載電流較大時的數(shù)據(jù),結(jié)果如表4、表5、表6所示。
表4 JAA16-7 自動電扶梯負(fù)載電流有效值
表5 JAA16-7 自動電扶梯負(fù)載功率因數(shù)
表6 JAA16-7 自動電扶梯負(fù)載電流總諧波畸變率
檢測結(jié)論:從測試數(shù)據(jù)看,自動電扶梯負(fù)載的5、7 次諧波含量較高,其中以5次諧波最高,功率因數(shù)較低。
測試時,在不開啟APF 的情況下,測試系統(tǒng)的電壓諧波(表7);然后開啟APF,再測試系統(tǒng)的電壓諧波(表8),觀察電壓諧波是否有改善。
表7 不開啟APF時系統(tǒng)電壓總諧波畸變率
表8 開啟APF時系統(tǒng)電壓總諧波畸變率
檢測結(jié)論:系統(tǒng)電壓諧波主要是3、5、7、9、11、13次諧波含量較高,其中以11、13次諧波最高。開啟APF 后,系統(tǒng)電壓諧波有所好轉(zhuǎn)。
測試時,在不開啟APF 的情況下,測試系統(tǒng)的電流諧波(表9);然后開啟APF,同時測試系統(tǒng)的電流諧波(表10)和APF的電流諧波,觀察開啟APF后系統(tǒng)電流諧波是否有改善。
表9 不開啟APF時系統(tǒng)電流總諧波畸變率
表10 開啟APF時系統(tǒng)電流總諧波畸變率
通過分析測試數(shù)據(jù)可知,沒開啟APF 時,各負(fù)載及系統(tǒng)電壓、電流諧波較高,電流諧波超出國標(biāo)要求。開啟APF 補(bǔ)償后,電壓、電流諧波都有所改善。從補(bǔ)償后的測試結(jié)果看,開啟APF補(bǔ)償后,電流諧波降到國標(biāo)要求值以下。地鐵400V 系統(tǒng)負(fù)載普遍有很大的諧波成分,有必要進(jìn)行補(bǔ)償。
假定有功負(fù)載輸出恒定且功率因數(shù)保持不變(即負(fù)載基波電流恒定),則系統(tǒng)側(cè)視在電流IS變化如下:
設(shè)負(fù)載電流為IL,負(fù)載基波電流為ILF,系統(tǒng)側(cè)電流畸變率為THDIS,負(fù)載側(cè)電流畸變率為THDIL。
濾波器投入前IS-OFF=IL,THDIS-OFF=THDIL,則:
濾波器投入后IS=IL,THDIS-ON=10%THDIL,則:
系統(tǒng)側(cè)視在電流IS-ON=(濾波器消耗基波電流IθF+負(fù)載
考慮到濾波器實(shí)際功耗<負(fù)載基波電流,濾波器投入前后系統(tǒng)視在電流的差值IS-ON-IS-OFF約為:
DIS=負(fù)載基波電流ILF×
當(dāng)THDIL=35%時,濾波器投入前后DIS減小5.5%??紤]到功率因數(shù)的上升,上述電流差值只是保守的計(jì)算。
結(jié)論:只要容量選擇合理、足夠,電力有源濾波器投運(yùn)前后負(fù)載電流將減少5%以上,能耗利用率相對提升5%以上。
隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展,電能質(zhì)量問題引起了越來越廣泛的關(guān)注。本文介紹了諧波的概念,分析了地鐵400V 低壓系統(tǒng)的諧波特性及危害,并對比了APF 投入前后的諧波治理情況,對投入APF提高電網(wǎng)能效做了分析。APF對于城市軌道交通諧波治理起到了明顯的改善作用,提升了地鐵電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量,在今后的地鐵電力系統(tǒng)中,有必要采用APF 設(shè)備進(jìn)行諧波補(bǔ)償。
[1]GB/T14549—1993 電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波[S].