安科瑞 鮑靜君

　　江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰 214405

　　1、引言

　　隨著科技的進(jìn)步，城市化水平的不斷提高，城市軌道交通與人們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)。地軌道交通系統(tǒng)的用電設(shè)備繽紛復(fù)雜，其中像電力機(jī)車、空調(diào)水泵及風(fēng)機(jī)、電梯、機(jī)房網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、UPS、燈光調(diào)控系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)和其他電力電子設(shè)備分布在整個地鐵的應(yīng)用現(xiàn)場。造成了惡劣的諧波環(huán)境，對保證電力系統(tǒng)和設(shè)備的安全正常運行造成了極大的威脅。本文通過對諧波問題產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，提出切合工程實施的解決方案。

　　2、軌道交通存在的問題

　　軌道供電系統(tǒng)中主要存在以下五點問題：

　　(1) 軌道交通的供電系統(tǒng)是比較特殊的單相供電，這樣導(dǎo)致了三相的嚴(yán)重不平衡;

　　(2) 電鐵軌道交通供電系統(tǒng)是經(jīng)大功率整流橋整流輸出后供機(jī)車取流牽引，目前電鐵機(jī)車都是采用直流斬波器作為牽引機(jī)車直流電源整流系統(tǒng)，機(jī)車牽引取流時負(fù)荷變化劇烈及快速，產(chǎn)生大量11次、13次諧波電流;

　　(3) 其次是站用變頻器、UPS、開關(guān)電源大量非線性負(fù)荷(3次、5次、7次等)，且隨著節(jié)能的需要，變頻負(fù)荷所占比重逐年提高。變頻負(fù)荷逐年增加，其產(chǎn)生的諧波電流也在相應(yīng)增加。

　　(4) 電力機(jī)車頻繁啟動、加速、制動使得系統(tǒng)無功快速變化，諧波存在也增加了系統(tǒng)無功的損耗，致使功率因數(shù)變化不定且低下。

　　(5) 根據(jù)GB50157-2003《地鐵設(shè)計規(guī)范》，地鐵動力照明供電系統(tǒng)應(yīng)采用并聯(lián)電力電容器作為無功補償裝置。從理論上，該電力電容器無論在基波下還是在諧波下均表現(xiàn)為容性，因此，對于不論是來自于配電變壓器高壓側(cè)的諧波還是來自于低壓變頻負(fù)荷產(chǎn)生的諧波均會起到放大作用。其放大作用已被多個地鐵系統(tǒng)的實測結(jié)果所驗證。

　　3、諧波產(chǎn)生的危害

　　(1) 影響動力電氣設(shè)備的正常工作，除了引起附加損耗外，還可使變壓器局部嚴(yán)重過熱，使電容器、電纜等設(shè)備過熱、絕緣老化、壽命縮短，嚴(yán)重時會導(dǎo)致變壓器燒毀、電纜放炮、電容器擊穿等故障;

　　(2) 會引起系統(tǒng)中局部并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放大，使前述的危害大大增加，甚至引起嚴(yán)重事故;

　　(3) 會導(dǎo)致電力系統(tǒng)內(nèi)繼電保護(hù)和自動裝置誤操作，如保護(hù)開關(guān)誤跳閘，導(dǎo)致部分線路斷電;

　　(4) 使電力系統(tǒng)內(nèi)計算機(jī)等精密設(shè)備無法正常工作;

　　4、軌道交通系統(tǒng)諧波解決方案

　　ANAPF有源濾波器具有動態(tài)響應(yīng)速度小于20ms，濾除2-21次諧波，可以實時檢測系統(tǒng)的諧波電流，控制命令裝置發(fā)出反向相等的諧波電流，平衡系統(tǒng)諧波電流，濾除系統(tǒng)諧波電流，去除系統(tǒng)諧波電流，去除諧波損耗，穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，平衡三相電壓，補償無功損耗。

　　4.1 ANAPF有源濾波器主要技術(shù)特點

　　DSP+FPGA全數(shù)字控制方式，具有極快的響應(yīng)時間 ;的主電路拓?fù)浜涂刂扑惴?，精度更高、運行更穩(wěn)定;機(jī)多能，既可補諧波，又可兼補無功;模塊化設(shè)計，便于生產(chǎn)調(diào)試;便利的并聯(lián)設(shè)計，方便擴(kuò)容;具有完善的橋臂過流、保護(hù)功能;使用方便，易于操作和維護(hù)。

　　4.2 ANAPF有源濾波器主要技術(shù)參數(shù)

　　接線方式三相三線或三相四線

　　接入電壓3×380V ±10%

　　接入頻率50Hz ±2%

　　動態(tài)補償響應(yīng)時間動態(tài)響應(yīng)<4ms，全響應(yīng)時間<20ms;

　　開關(guān)頻率10kHz

　　諧波補償次數(shù)2-21次

　　保護(hù)類型直流過壓　IGBT過流　裝置溫度保護(hù)

　　過載保護(hù)自動限流在設(shè)定值，不發(fā)生過載

　　冷卻方式智能風(fēng)冷

　　噪音< 65db(處于柜內(nèi)并運作于額定狀態(tài))

　　工作環(huán)境溫度-10℃～+45℃

　　工作環(huán)境濕度<85%RH 不凝結(jié)

　　安裝場合室內(nèi)安裝

　　海拔高度≤1000m(更高海拔需降容使用)

　　進(jìn)出線方式下進(jìn)下出

　　防護(hù)等級IP21

　　智能通信接口RS485/MODBUS-RTU

　　遠(yuǎn)程監(jiān)控可選

　　重量(kg)三相四線三相三線

　　30A、50A75A、100A30A、50A75A、100A

　　280360240290

　　4.3 ANAPF有源濾波器報價及元件清單

　　型號：ANAPF100-400/B

　　參考價格：12萬元/臺

　　主要產(chǎn)品明細(xì)：

　　序號名 稱型 號數(shù)量

　　1APF電氣柜800X600X22001

　　2變流器APFCOV-CVT1001

　　3控制器APFMC-C1001

　　4電抗器APF-RE.(S)DG-1001

　　5有源電流互感器LT208-S73

　　6濾波器DL-1TH12

　　7斷路器CVS160FTM160D4P3D1

　　8接觸器LC1D150M7C1

　　9微型斷路器NDM1-63C321

　　10中間繼電器MY4NAC2

　　11R型變壓器R320-0.38/0.221

　　12諧波檢測儀ACR350EGH1

　　13電線16mm2若干

　　14電線4mm2若干

　　4.4 ANAPF有源濾波裝置在軌道交通中的應(yīng)用案列

　　某城市軌道交通系統(tǒng)，變電系統(tǒng)的諧波治理采用集中補償方式。下圖為有源濾波裝置投入前后諧波電壓、諧波電流治理圖：

　　圖 補償前電網(wǎng)波形圖 圖二 補償后電網(wǎng)波形圖

　　圖三 補償前5次諧波電流頻譜圖 圖四 補償后5次諧波電流頻譜圖

　　圖五 補償前7次諧波電流頻譜圖 圖六 補償后7次諧波電流頻譜圖

　　圖七 補償前功率因數(shù)波形圖 圖八 補償后功率因數(shù)波形圖

　　由投入濾波器前后電網(wǎng)電流波形可以清楚地看出，電網(wǎng)電流諧波絕大部分被濾除掉，波形已經(jīng)為正弦波，總電流由2343A降低為2240A，電流有效值降低4.3%;總的電流畸變率由25.2%降為3.3%，補償率達(dá)到89%，功率因數(shù)由0.95提高到0.99。對照國標(biāo)電網(wǎng)諧波電流允許值可以清楚地看出，補償前各次諧波電流明顯超過國標(biāo)要求數(shù)倍，補償后各次諧波電流均能達(dá)到國標(biāo)要求。對于軌道交通供電系統(tǒng)，安全運行是*位的。有源濾波器投入后，配電系統(tǒng)諧波得到了很好的抑制，提升供電系統(tǒng)的供電可靠性，諧波對軌道交通系統(tǒng)的供電影響，保障了城市軌道系統(tǒng)的安全運行。

　　5、結(jié)論

　　本文分析了城市軌道交通系統(tǒng)的諧波存在源、諧波特性以及危害，介紹了ANAPF低壓有源濾波器的特點以及技術(shù)參數(shù)，并通過某城市軌道交通系統(tǒng)中有源濾波器的應(yīng)用案例，對比分析了有源濾波器投入前后的諧波治理情況，由有源濾波器投入前后對比圖分析對城市軌道交通進(jìn)行諧波治理后了電能質(zhì)量，總體提升了軌道交通系統(tǒng)設(shè)備的運行效率和電力能源的使用效率。

　　【參考文獻(xiàn)】

　　[1] 郭其. 同濟(jì)大學(xué)電氣工程. 城市軌道交通系統(tǒng)混合濾波器的設(shè)計及仿真. 2009:340-343

　　[2] 江蘇安科瑞電器制造有限公司產(chǎn)品手冊.2013.01.版

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