夏 聘 重慶公共運(yùn)輸職業(yè)學(xué)院
關(guān)于城市軌道交通供電系統(tǒng)諧波分布的探討
夏 聘 重慶公共運(yùn)輸職業(yè)學(xué)院
城市軌道交通;供電系統(tǒng);諧波分布
城市軌道交通供電系統(tǒng)是城市交通供電系統(tǒng)中的重要組成部分,主要是由中壓環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)、牽引供電系統(tǒng)和動(dòng)力照明供電系統(tǒng)共同來(lái)構(gòu)成的,對(duì)促進(jìn)城市交通發(fā)展具有重要作用。城市電網(wǎng)對(duì)城市交通軌道供電系統(tǒng)的發(fā)展起決定性作用,是城市軌道交通供電系統(tǒng)的核心,承載著為交通車(chē)輛提供電能的重要使命,具有降壓、整流和傳輸電能的重要作用,提升了電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的質(zhì)量和可靠性。
1.1 諧波產(chǎn)生的原因
諧波產(chǎn)生的主要原因是由于電力系統(tǒng)中存在非線(xiàn)性元件及負(fù)載,能夠作為儲(chǔ)能元件或者變流設(shè)備來(lái)使用。但是在實(shí)際的運(yùn)用過(guò)程中,電壓和電流波形會(huì)發(fā)生畸變,影響城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)的合理使用。城市軌道交通供電系統(tǒng)中的諧波與城市軌道交通牽引有密切的聯(lián)系,產(chǎn)生諧波的主要原因是由整流機(jī)組產(chǎn)生的。 24脈波整流方式是最理想的整流方式,網(wǎng)側(cè)電流中含有23和25次及以上特征的諧波,受非理想因素影響,非特征次數(shù)的諧波會(huì)不可避免的產(chǎn)生。 24脈整流方式中包含5、7、 11、 13、 23、 25次諧波,為了確保機(jī)組的正常使用,需要按照相關(guān)的要求,結(jié)合質(zhì)量檢測(cè)報(bào)告中提供的數(shù)據(jù),對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)。城市軌道交通供電系統(tǒng)是由大量的電力電子設(shè)備組成的,在實(shí)際的運(yùn)用過(guò)程中,會(huì)消耗大量的無(wú)功功率,產(chǎn)生大量的諧波,會(huì)影響周?chē)钠渌O(shè)備,對(duì)電網(wǎng)的正常運(yùn)行造成較大的影響。
1.2 諧波的模擬計(jì)算
在對(duì)諧波進(jìn)行模擬計(jì)算時(shí),首先,需要進(jìn)行計(jì)算條件的科學(xué)假設(shè),將保守假設(shè)定為110kV,將系統(tǒng)短路容量設(shè)置為2000MVA,需要將城區(qū)內(nèi)的110kV變電站的變壓器安裝容量設(shè)置為150MVA,短路阻抗率設(shè)置為10.5%。中壓環(huán)網(wǎng)電纜主要是采用35kV單芯95mm2、120mm2電纜參數(shù),各牽引變電所整流的機(jī)組為高次諧波電流源。相對(duì)于110kv側(cè)國(guó)家電網(wǎng)系統(tǒng)而言,主變電所會(huì)被當(dāng)成一個(gè)單獨(dú)的諧波源,由于每個(gè)主變電所產(chǎn)生的容量不同,導(dǎo)致國(guó)家電網(wǎng)的貢獻(xiàn)率存在較大的差異。影響系統(tǒng)諧波的主要指標(biāo)有:總諧波畸變率和第n次諧波的HRIn,在理想情況下,HRIn(Harmonic Radio For In) =Ih/Il,THDi(Total Harmonic Distortion) =Ih/Il,其中Il最基波的有效值,對(duì)于每個(gè)諧波源,公共節(jié)點(diǎn)處的最小短路容量與基準(zhǔn)容量不同,需要按照以下公式對(duì)諧波電流進(jìn)行修正。公式為:In=SKL/SK2×Iph。
通常,各牽引變電所主要是采用24脈波整流機(jī)組,需要在遠(yuǎn)期高峰小時(shí)或者是嗲是電力系統(tǒng)最小運(yùn)行方式的條件下,來(lái)進(jìn)行諧波電流計(jì)算,需要將諧波的標(biāo)準(zhǔn)值控制在國(guó)際允許的范圍內(nèi),通過(guò)設(shè)置或者預(yù)留設(shè)置濾波裝置的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)。諧波影響因素主要有:第一,需要確保計(jì)算出來(lái)的諧波電流值不超過(guò)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍內(nèi),需要在假設(shè)系統(tǒng)條件下對(duì)估算結(jié)果進(jìn)行計(jì)算。第二,對(duì)軌道線(xiàn)路向外延伸,提升系統(tǒng)容量,由于地鐵內(nèi)部的系統(tǒng)參數(shù)會(huì)發(fā)生變化,導(dǎo)致系統(tǒng)諧波數(shù)值也隨之發(fā)生變化。第三,需要確保諧波影響計(jì)算在理想化的狀態(tài)下進(jìn)行,由于軌道交通的牽引負(fù)荷變化較大,導(dǎo)致負(fù)荷發(fā)生變化,造成諧波進(jìn)一步增加[2]。
3.1 高脈波數(shù)的整流脊柱和Y/△或△/Y接線(xiàn)三項(xiàng)整流變壓器
采用Y/△或△/Y接線(xiàn)方式,能夠消除3的整數(shù)倍的高次諧波,能夠確保電網(wǎng)中的諧波電流保持在奇次諧波。整流機(jī)組產(chǎn)生的諧波次數(shù)與整流機(jī)組輸出的脈波數(shù)有直接的關(guān)系,能夠放映出整流機(jī)組產(chǎn)生的諧波電流次數(shù),通常會(huì)用n=K×P±1來(lái)表示,整流機(jī)組的脈波數(shù)越高,產(chǎn)生的諧波越少,對(duì)系統(tǒng)的影響也越小。通過(guò)24脈波整流機(jī)組的運(yùn)用,大大減少了11.1 3次諧波的含量,由于整流機(jī)組產(chǎn)生的諧波次數(shù)較高,要想確保諧波傳輸路徑,需要對(duì)供電網(wǎng)絡(luò)的基本情況進(jìn)行計(jì)算和評(píng)估。
3.2 安裝有源諧波調(diào)節(jié)器
有源諧波調(diào)節(jié)器在城市軌道交通供電系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用,在安裝過(guò)程中,需要固定在某些諧波頻段上,通過(guò)對(duì)非線(xiàn)性負(fù)載產(chǎn)生的諧波進(jìn)行采樣和分析,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電網(wǎng)車(chē)側(cè)送一個(gè)與非線(xiàn)性負(fù)載產(chǎn)生的諧波相反的諧波,對(duì)加強(qiáng)對(duì)諧波的有效抑制具有重要作用。需要結(jié)合電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況,對(duì)電壓和電流波形的相位角節(jié)能型調(diào)整,對(duì)修正電流波形和提高功率因數(shù)具有重要作用。在對(duì)城市軌道交通供電系統(tǒng),進(jìn)行諧波分析時(shí),需要考慮到整流機(jī)組對(duì)110kV側(cè)的國(guó)家電力系統(tǒng)的影響。同時(shí)還需要分析牽引供電系統(tǒng)對(duì)35kV環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)和動(dòng)力照明系統(tǒng)帶來(lái)的影響,確保電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。
本文對(duì)城市軌道交通系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中的諧波分布情況做出了系統(tǒng)的介紹,通過(guò)介紹分析,能夠明確諧波產(chǎn)生的主要原因,并總結(jié)出了治理方案。通過(guò)加強(qiáng)對(duì)變壓器和整流器組合的形式,對(duì)諧波的源頭進(jìn)行治理,解決了重點(diǎn)區(qū)域的堵防和疏導(dǎo)處理,通過(guò)對(duì)系統(tǒng)諧波進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控和處理的過(guò)程,有效的降低了各諧波的素質(zhì),對(duì)減少特征諧波的含量,確保電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行具有重要作用,充分展現(xiàn)出了在城市軌道交通中的重要作用。
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隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,促進(jìn)了交通行業(yè)的發(fā)展,交通行業(yè)作為城市建設(shè)中的重要組成部分,對(duì)城市的發(fā)展起到了重要的推動(dòng)性作用。供電系統(tǒng)影響著城市交通的運(yùn)行情況,能夠確保城市軌道交通供電的合理性。本文主要針對(duì)城市軌道交通供電系統(tǒng)中產(chǎn)生的諧波類(lèi)型進(jìn)行分析,指出了諧波中存在的危害和特征,并對(duì)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)中的諧波大小進(jìn)行計(jì)算和實(shí)際測(cè)量,建立了系統(tǒng)的諧波計(jì)算分布圖。本文通過(guò)對(duì)110KV側(cè)的諧波電流進(jìn)行整理和研究,充分展現(xiàn)了諧波在城市軌道交通供電系統(tǒng)中的重要作用。