地铁低压供电系统谐波情况简析

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1、地铁低压供电系统谐波情况简析赵垒安地铁运营分公司摘要：通过选取地铁典型车站，对其低压供电系统电能质量情况进行测量，并就测量数据进行分析，对测量中发现电流谐波含量较高的情况进行了简要分析说明，为后续的谐波治理研宄提供丫一定的支持。关键词：地铁;供电;谐波;电能质量;作者简介：赵垒（1985—），男，陕丙丙安人，工程师，研究方向：电气工程。收稿日期：2017-11-17Received：2017-11-170引言随着科技的发展，各种电力电子设备越来越多地被发明和应用，如变频器、软启动器、节能照明、LED大屏、整流负荷等，它们产生的高频谐波也

2、越来越多。低压供电系统在受到谐波的污染后，轻则増加损耗、影响线网内设备正常运行，重则损坏设备甚至发生火灾。在地铁系统中，目前各种自动化控制装置、新型节能用电装罝等大量使用，这些设施设备无疑对供电系统的电能质量产生了大量的谐波污染。本文特针对地铁低压系统谐波选择典型地铁午.站，对谐波的具体情况进行为期24h的监测分析，对后续谐波的防治、设备的选择都有一定的指导作用。1地铁低压供电系统介绍如图1所示，典型城市轨道交通车站低压配电系统釆用单母线分段接线，正常时母联分段，两台变压器并列运行，当一台变压器检修或故障时，切除三级负荷，另一台变压器承

3、担全部一、二级负荷的供电，从而保证城市轨道交通的正常运营。城市轨道交通低压配电系统主要用电负荷包括照明、环控、给排水、通信、信号、屏蔽门、综合监控、AFC、电扶梯等。由于地铁低压配电系统的各级负载中存在大量的非线性负荷，在低压配电系统中会产生谐波电流污染。2低压系统谐波的测量2.1测试说明本次主耍针对典型地铁站低压配电室的1#和2#变压器进行了全面测试，系统中负载主要为照明、空调、泵机类、电梯、信号电源、UPS等设备。在此次测试中选择0.4kV系统的进线侧作为测试点，使用多功能电能质量分析仪进行监测，监测时间以24h为一个周期，以统计负

4、载及谐波的变化情况。测试示意图具体如图2所示。2.2测试数据分析经过24h的设备测试，并对数据进行统计分析，该系统A、B、C三和的测试数据结果基木类似。为简要说明，特此以A相的测试数据作为示例，如图图6所示，具体分析系统屮谐波的情况。通过测试数据及记荣曲线可以分析出，电压畸变率为1.5%以

5、Aj,电流畸变率为25%左右，系统基波电流有效值最大约为500A，电流畸变频谱表明，谐波电流以3次、5次、7次和11次为主，总的谐波电流有效值约为125A。通过数据可知，该系统中电压谐波较小，符合国家规范的要求；电流谐波分量含量较大，在此重点对电流谐

6、波的情况进行分析。图1地铁车站典型低压系统简图下载原图图2配电系统图下载原图3谐波成因分析地铁低压系统中的负载主要为照明、通风空调、泵机类、电梯、信号电源、UPS等设备，其中由于逆变器、整流器、开关电源、变频器等设备的火量使用，造成了系统谐波分量占比较大。具体设备分析如下：图3A相95%概率电流值下载原图图4A相95%电压畸变率下载原图图5A相95%电流畸变率下载原图图6A相谐波电流频谱下载原图3.1照明灯具照明灯具多为荧光灯、LED灯，而且大多数场合均会采用LED类照明设备，以3次谐波为主。3.2变电所直流屏、EPS电源等城市轨道交通

7、车站内有变电所内的直流屏、应急电源(EPS)等设备，它们均具有整流设备，此类设备基本上为三相交流输入，所以主要产生6k±l次谐波。3.3通信、信号、AFC、综合监控等弱电系统UPS电源伍括通信、信号、综合监控、电力监控PSCADA、环境与设备监控BAS、火灾自动报警FAS、门禁ACS、自动售检票系统AFC、乘客信息系统PTS、屏蔽门等部分，一般由计算机、网络设备及自动化控制设备组成，并配有备用电源(UPS)进行不间断供电。对于UPS负载，以5、7次谐波电流为主。3.4变频器为达到改善启动冲击和运行节能的目的，部分风机和空调配置了变频器或

8、软启动器。另外，城市轨道交通车站电梯和扶梯数量较多，0前，电梯、扶梯均采用交交变频调速方式。由于变频器的使用，必然会产生6k±l次谐波。3.5软启动器软启动器本质上是一种能够自动控制的降压启动器，由于其工作原理主要还是对晶闸管的导通角进行控制，因此仍然存在谐波污染的问题，并且其特性类似于UPS类型的设备，以5、7次谐波电流为主。4结语由现场测量数据可知，低压0.4kV系统中的谐波分量较大，电能质量污染较为严重。对于地铁低压系统进行谐波治理主要需从三个方面考虑：（1）消除由于谐波电流造成的安全隐患，尤其是地铁车站，作为公用交通的重点类别，

9、安全永远是第一位，要在各个环节消除可能存在的隐患；（2）通过谐波治理，实现绿色电网、节能降耗；（3）通过谐波治理，间接延长变压器、线路寿命，有效节约费用，同时减少对资源的浪费。根据以上考虑，一方面建议在选配