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有源濾波器在軌道交通行業(yè)的應(yīng)用

返回列表來源:領(lǐng)步電能質(zhì)量發(fā)布時間:2017-02-22加入收藏關(guān)注:-

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          一、地鐵供電系統(tǒng)介紹

          地鐵供電電源一般取自城市電網(wǎng),通過城市電網(wǎng)電力系統(tǒng)和地鐵供電系統(tǒng)實現(xiàn)輸送或變換,然后以適當?shù)碾妷旱燃壒┙o地鐵各類設(shè)備。根據(jù)用電性質(zhì)的不同,地鐵供電系統(tǒng)由兩部分組成,由牽引變電所為主組成的牽引供電系統(tǒng)和以降壓變電所為主組成的動力照明供電系統(tǒng)。


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       二、地鐵車站內(nèi)各系統(tǒng)諧波源分析
       地鐵車站內(nèi)強電、弱電多個系統(tǒng)并存高壓、低壓多種電壓等級并存,交流、直流多種供電制式并存,所以有效抑制諧波電流創(chuàng)造更好的電磁兼容環(huán)境,是保證地鐵正常運營的需要。
       地鐵低壓配電系統(tǒng)用電設(shè)備中的諧波源主要有以下幾種:
      (1)非線性電光源
       為滿足照明節(jié)能及照度要求,地鐵車站中除站臺板下照明采用白熾燈外,其它站臺、站廳等公共區(qū)域及辦公管理用房均采用熒光燈。另外車站內(nèi)大量的廣告牌及導(dǎo)向系統(tǒng)照明燈也采用熒光燈。
       熒光燈因具有光效高、顯色性好、配用電子鎮(zhèn)流器后也可調(diào)光(調(diào)頻調(diào)幅)等優(yōu)點被大量使用于建筑內(nèi)外的各種場所,但均含有奇次諧波。各種熒光燈的諧波電流含有率相差較大:普通繞線式電感鎮(zhèn)流器含有率12%~13%的3次諧波;電子鎮(zhèn)流器采用功率晶體管的高頻開關(guān)替代電感,其工作頻率一般高達20~60kHz,除含有約10%~20%的3次諧波以外,還含有約3%~10%的高次諧波,普通電子鎮(zhèn)流器主要設(shè)置了逐流型的濾波電路,其諧波總量在20%以上,低諧波型電子鎮(zhèn)流器加強了諧波的過濾,其諧波總量可以控制在10%~15%;另外,為提高功率因數(shù),熒光燈一般均裝有并聯(lián)電容器,但電容器起明顯放大諧波的作用。
      (2)計算機類弱電負荷
       大多數(shù)計算機類設(shè)備都使用了開關(guān)電源(SMPS)。它將傳統(tǒng)的變壓器和整流器替換成由電源直接經(jīng)可控制的整流器件去給存貯電容器充電,然后通過高頻PWM(脈沖寬度調(diào)制)信號控制開關(guān)管輸出所需的多個直流電流,通過控制PWM占空比達到穩(wěn)定輸出的目的。它們不能從電源汲取連續(xù)的正弦電流,而只能汲取脈沖電流,從而產(chǎn)生大量的三次及高次諧波的分量。初期的SMPS產(chǎn)品比傳統(tǒng)整流裝置的諧波含量還要高(尤其是高次),但隨著SMPS的模塊化和自身諧波隔離技術(shù)的發(fā)展,其諧波含量可望進一步減少。
       (3)變頻器類動力負載
       變頻器已越來越多地被運用到地鐵系統(tǒng)中的水泵、電梯、通風及空調(diào)系統(tǒng)中,變頻一般分為2類:交-直-交變頻器和交-交變頻器。前者將工頻電源經(jīng)三相橋式可控硅整流,變成直流電壓信號,濾波后由大功率晶體開關(guān)元件逆變成可變頻率的交流信號。后者將固定頻率的交流電直接轉(zhuǎn)換成相數(shù)一致但頻率可調(diào)的交流電。二者均采用相位控制技術(shù),所以在變換后會產(chǎn)生含復(fù)雜成分(整次、分次、高次)的諧波。多數(shù)產(chǎn)品采用6(或12)脈整流,因而含有大量的5(或11)次諧波。由于多數(shù)產(chǎn)品自身都采取了諧波防治措施,但質(zhì)量良莠不齊,其諧波含量也相差很大,從10%~40%不等。因變頻裝置一般具有較大功率,所以也會對電網(wǎng)造成嚴重的諧波污染。
      (4)UPS、開關(guān)電源

        UPS不間斷電源、開關(guān)電源所產(chǎn)生的諧波主要是由其內(nèi)部的整流裝置產(chǎn)生的,因其諧波含量與整流裝置相似。地鐵配電系統(tǒng)中的設(shè)備產(chǎn)生的大量的諧波電流,嚴重地污染了電網(wǎng)質(zhì)量,諧波對用電設(shè)備也會產(chǎn)生較大危害及用電隱患。特別是無功補償?shù)耐度胧怪C波進行放大,導(dǎo)致電容器燒毀、損壞等。


          三、諧波污染對地鐵各個系統(tǒng)的危害
       (1)諧波污染對電網(wǎng)的影響
          諧波污染造成電網(wǎng)的功率損耗增加、設(shè)備壽命縮短、接地保護功能失常、遙控功能失常、線路和設(shè)備過熱等,諧波對電網(wǎng)的安全性、穩(wěn)定性、可靠性的影響還表現(xiàn)在可能引起電網(wǎng)發(fā)生諧振、使正常的供電中斷、事故擴大、電網(wǎng)解裂等。造成系統(tǒng)中的設(shè)備和元件產(chǎn)生的附加損耗,引起變壓器、電纜、電機等設(shè)備發(fā)熱,加速絕緣老化;造成斷路器電弧熄滅時間的延長,影響斷路器的開斷容量;造成電子元件的繼電保護或自動裝置誤動作;影響電子儀表和通信系統(tǒng)的正常工作,降低通信質(zhì)量;增大附加磁場的干擾等。
          (2)諧波對電力變壓器的影響
          諧波電流使變壓器鐵損及銅損增加,同時使溫度上升并產(chǎn)生噪聲。變壓器損耗的加大,會使絕緣介質(zhì)老化并加速壽命縮短。由于諧波電流的存在,變壓器額定容量可能會加大,從而使變壓器利用率降低,增加了建設(shè)成本。
          地鐵低壓配電系統(tǒng)中,配電變壓器均采用三角形/星形(Δ/Y)接線方式,這給零序諧波(3次及3的整數(shù)倍次諧波)在變壓器一次側(cè)繞組內(nèi)提供了環(huán)流通路,從而抑制了3次諧波向電源端的傳導(dǎo)。但變壓器的這種接線方式并不能阻止其他頻率諧波傳到電源端。而且無論諧波電流是否被傳到電源端,所有的諧波電流均會使變壓器損耗加大。
        (3)諧波對電纜的影響
          諧波污染會使電纜的介質(zhì)損耗、輸電損耗增大,泄漏電流上升,溫升增大,干式電纜的局部放電增加,引發(fā)單相接地故障的可能性增加。諧波對供電線路產(chǎn)生了附加損耗。由于集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng),使線路電阻隨頻率增加而提高,造成電能的浪費;由于中性線正常時流過電流很小,故其導(dǎo)線較細,當大量的三次諧波流過中性線時,會使導(dǎo)線過熱,損害絕緣,引起短路甚至火災(zāi)。
          (4)對電容器的影響
           使電網(wǎng)中的電容器產(chǎn)生諧振。工頻下,系統(tǒng)裝設(shè)的各種用途的電容器比系統(tǒng)中的感抗要大得多,不會產(chǎn)生諧振,但諧波頻率時,感抗值成倍增加而容抗值成倍減少,這就有可能出現(xiàn)諧振,諧振將放大諧波電流,導(dǎo)致電容器等設(shè)備被燒毀。
         (5)其它
           由于車站內(nèi)諧波電流的存在,給諸多不良現(xiàn)象的出現(xiàn)提供了可能,如繼電保護誤動作或拒動、弱電回路產(chǎn)生干擾、電子設(shè)備誤觸發(fā)等。


           四、治理方式
         (1)對降壓變電所的動力照明系統(tǒng)進行電能質(zhì)量綜合治理。
         (2)在變壓器低壓側(cè)母線采取集中治理的方式進行治理。
         (3)選用有源濾波器(LBAPF系列)。
          LBAPF有源濾波器的治理效果非常明顯,能夠動態(tài)抑制諧波、補償無功。它能夠?qū)Υ笮『皖l率都變化的諧波以及變化的無功進行補償??梢酝瑫r濾除多次及高次諧波,濾除率高達95%以上,且不會引起諧振。使得整個配電系統(tǒng)電能質(zhì)量得到大幅提升,用電環(huán)境得到改善。


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