轨道交通供电系统电力谐波问题分析及治理

【摘要】本文通过对轨道交通供电系统电力谐波产生原因及危害的分析，提出了轨道交通供电系统电力谐波的治理方案，特别是对电力谐波的监控和有效处理，减少电力谐波的含量，有效的降低谐波的数值，使谐波抑制技术进一步发展，从而使电力系统的供电质量和供电安全得到保障。

【关键词】轨道供电系统；电力谐波；分析及措施

1 轨道交通供电系统电力谐波分析

对于轨道交通车辆追求的目标是安全、快捷、舒适，而对于牵引供电系统,发展方向则是可靠、节能、环保。目前城市交通供电系统网对轨道交通系统采用了分散供电方式、集中供电方式和混合供电方式二种，但由于我国的供电系统起步晚、供电方式不完善，随之也出现了许多问题。轨道交通牵引供电系统采用整流设备向电动车组提供其所需直流电源，形成了主要的谐波源，由于牵引整流装置、整流逆变装置和照明装置的广泛使用，导致轨道交通供电系统产生大量谐波。另外，在轨道交通供电系统中，也有很大部分的非线性负荷投入使用，不仅吸收大量基波，还把-部分功率转化为谐波功率注入系统，从而成为系统的谐波源，成为产生谐波的最根本原因。当谐波含量超过一定范围时，就会对电力供电系统、城市轨道交通的照明系统等一系供电系统产生严重危害。

2 电力谐波的危害

（1）电力危害，谐波问题严重会消耗额外的无功储备，严重时会造成系统无功不足；谐波成分在输电线路上的传输过程中会增加线路损耗；在旋转设备中会增加负载谐波损耗，使设备发热，使用寿命大大缩短；谐波能引起谐振，其中谐振过电压会造成电气元件设备故障与损坏，运行安全性下降；使电能测量产生较大误差。

（2）信号干扰，这类危害只要表现在对通讯系统的电磁干扰。电话、网络通讯中断，导致通话质量和网络速度变差。当谐波出现在敏感用电装置如自动控制装置会引起工作紊乱，设备无法可靠运行，产品质量下降；功率处理器无法正常运行。

（3）供电损耗，供电过程产生大量谐波，有可能造成供电设备的附加损耗，使设备产生不必要的机械振动谐波电流，不仅在输电线路上产生谐波压降，也增加了输电线路上的电流有效值，使断路器断弧困难，引起附加输电损耗。此外，现在超大输出的电力系统中，由于大量谐波形成的谐波电流流过时会产生大量热量，使设备绝缘加速老化，降低设备寿命，严重时还有可能造成供电系统的短路，影响供电质量和供电安全性.

3 电力谐波的主要治理措施

3.1 增加整流装置的脉动数

由于整流器是供电系统中主要谐波源之一，在供电系统中所产生的为高次谐波。因此在供电系统中，增加整流装置的脉动数是降低电力谐波产生的有效措施。当脉动数增加时，整流器产生的谐波次数也随之增高，谐波电流与谐波次数成反比，因此谐波次数就变的相对较低，幅值增大的谐波就得到消除，从而谐波源就减少电流的产生。例如牵引变电用24脉整流装置来替代12脉整流装置，则可以发现整流设备中脉动数越多，其元件装置的导通角之间的间隙就越小，从而产生的谐波相对来说就会越少，使电流波的形状将更接近正弦波。因此，对于供电系统中带有整流原件的设备，要尽可能的增加整流的相数和脉动数，这样不仅可以较好地减少由谐波源产生的谐波含量，还可以更好的消除低次特征谐波，达到降低谐波的目的

3.2 谐波源位置安装滤波器

由于整流装置正常工作时具有正反电流流向之分，正向是由交流电流向直流电方向，反之逆向是由直流电流向交流电方向，但其中谐波成分较大，所以在谐波源位置安装滤波器，进而吸收谐波是当前治理轨道交通供电系统中电力谐波的有效措施。滤波器是由R,C,L等元件组成，一般采用二相星型连接，通常连接在大型整流设备与电网连接的地方。为实现无功补偿的目的，达到滤波作用，可以采用有源电力滤波器，其是一种动态抑制谐波的新型电力装置，可以对大小、频率都有变化的谐波进行补偿，采用4个二相PWM电压型四象限变流器四重连接，以提高系统工作效率，用于补偿20KVA二相整流器在交流侧所产生的高次谐波和无功电流安装无功补偿滤波装置虽然起到滤波作用，但还是达不到电力谐波的治理标准，这就需要根据系统产生的各次谐波，并按照相位的方向进行电力谐波的相互抵消，从而达到抑制谐波的作用。另外，也可以选择有载调压的变压器，及时调整变压器母线的电压，既有利于保护变压器不至于过激磁，也能有效减少谐波的产生。

3.3 电网中加强谐波回路

在轨道交通供电系统中，高次谐波也是影响供电系统质量的主要原因之一。高次谐波主要由电力系统存在的非线性元件和过量负载产生，此外24脉波整流方式的运用，还产生了非特征次谐波。可以通过在电网中增加谐波回路，来消除高次谐波。在具有非线性用电设备的供电网进行无功率补偿，除了装设电容器之外，还要在电容器前连接一个扼流线圈，构成LC串联谐振电路，并通过调整谐振电路，使谐振频率低于电网中产生的最低谐波频率。

3.4 提高电力计量准确性

电能计量装置必须满足计量规程要求、精度高以及稳定性好的多功能电能表。通过先进技术的推广应用，加大计量检测和计量管理的利一技含量，促进计量表的标准化；加强计量表的综合分析性，合理设计计量结构，提高计量准确性；同时合理调整互感器误差互补或者采用电压补偿器进行补偿，从而降低计量误差，加强计量运行管理。

3.5 改善供电环境，采用合理的供电方式

一般来说，当电网短路容量比谐波源的变压器容量高20倍时产生的高次谐波才不会危害供电系统，而且此时产生的谐波电压、电流也低于规定值。同时，当由较大容量的供电点或是高一级电压的电网向谐波源供电时，就可以相应的减少谐波对系统或设备的影响，因此在规划设计电网时必须加以考虑以上问题。另外，确保负荷的二相平衡，就能减少二次谐波的产生。提供专门的线路给谐波源负荷供电也能减少负荷受谐波的影响，利于集中抑制并消除谐波。

3.6 提高设备抗谐波干扰能力，改善谐波保护性

为减少谐波的干扰，加速研制新型的抗谐波设施还是很有必要的。另外，针对谐波敏感设备可以运用灵敏的保护装置，确保谐波超标时不至于损坏设备，保证设备的正常运行。

4 结束语

治理的谐波方法和方案有多种，需要根据现场的环境、成本和工程目标等来制定不同的方案，同时要求新采购的主要设备应符合谐波要求的产品，这样可以减少集中治理电力谐波的容量，提升局站机房的供电环境，随着技术的不断进步，更多的产品符合谐波的要求，那么将不需要再增加谐波治理设备。

参考文献

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