安科瑞 劉邁

　　摘要：軌道交通運行中需要大量的變頻設備,，導致其電網(wǎng)中含有大量的諧波,，這些諧波影響到電網(wǎng)供電穩(wěn)定性,，從而威脅到城市軌道交通運輸?shù)陌踩院头€(wěn)定性,。有源濾波裝置在城市軌道交通中的應用,，可以消除電網(wǎng)中的諧波,，確保電網(wǎng)運行安全性,。

　　關鍵詞：有源濾波；城市軌道交通,；諧波治理

　　0引言

　　本文主要介紹了有源濾波裝置,、諧波對城市軌道交通的影響以及有源濾波裝置在某市地鐵4號線的應用，取得了良好的效果,，電流諧波畸變率從27%降低到2.3%,，功率因素從0.8提高到0.95，諧波改善效果非常顯著,。

　　1有源濾波裝置

　　有源濾波裝置,，就是一種用語動態(tài)抑制諧波、補償無功的新型電力電子裝置,，能夠對任何諧波進行治理,，在當前已經(jīng)廣泛的應用到了軌道交通行業(yè)中。有源濾波裝置，是采用現(xiàn)代電力電子技術和基于高速DSP器件的數(shù)字信號處理技術,，制成的新型電力諧波治理設備,，它由指令電流電路和補償電流發(fā)生電路構成。指令電流電路對實時電流進行監(jiān)控,，并將模擬電流信號轉換為數(shù)字電流信號,，然后通過通信通道傳輸?shù)綌?shù)字信號處理器中，數(shù)字信號處理器對數(shù)字信號進行處理,，將諧波和基波進行分離,，并將脈寬調(diào)制信號向補償電流電路輸送驅動脈沖，驅動IGBT和IPM模塊,，其生產(chǎn)的電流幅值和電網(wǎng)諧波電流幅值相等,，然后將極性不同的補償電流注入到電網(wǎng)中，從而對電網(wǎng)中產(chǎn)生的諧波電流進行補償和抵消,，消除電網(wǎng)中的電力諧波,。有源濾波器打破了過去傳統(tǒng)濾波器只能固定補償或者無功補償?shù)娜秉c，可以實現(xiàn)對電網(wǎng)電流進行動態(tài)跟蹤補償,，既可以消除諧波,，又可以達到無功補償?shù)哪康腫1]。

　　2諧波對城市軌道交通功的影響

　　諧波指的頻率為50Hz基波頻率整數(shù)倍的周期性正弦能量,。諧波是影響供電質(zhì)量的重要因素,，城市軌道交通運行過程中，需要直流牽引網(wǎng)為列車供電,，直流電源需要通過硅整流獲得,，整流在交、直流變換過程中產(chǎn)生諧波,。同時,，地鐵列車為了提高舒適性、安全性和可靠性,，安裝大量的調(diào)頻裝置,、風機、監(jiān)控系統(tǒng),、電力機車等設備,，這些設備數(shù)量比較多，在運行過程中,，對城市軌道交通產(chǎn)生重要影響,。

　　2.1影響電網(wǎng)安全性

　　地鐵低壓電氣系統(tǒng)包括AC400V開關柜進線、配電箱,、動力配電系統(tǒng),、照明系統(tǒng)、應急電源裝置、接地與安全系統(tǒng),。地鐵電網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生大量的諧波,，導致電網(wǎng)接地保護裝置失效，增加電力損耗,，影響到電網(wǎng)的安全性和可靠性,。軌道交通產(chǎn)生大量的諧波，需要無功補償裝置進行補償,，增加了電力設備的損耗,，導致電力設備絕緣體破裂,、設備老化等問題,。無功補償裝置長期運行，可能導致電力設備和線路溫度過高,，加速設備的老化時間,，從而導致斷路器電弧熄滅時間延長，斷路器出現(xiàn)誤斷現(xiàn)象,，導致電力故障,。

　　2.2增加變壓器的損耗

　　諧波增加變壓器內(nèi)部電阻損耗、導體中的渦流損耗以及外部損耗,，導致變壓器發(fā)熱,。目前地鐵工程低壓配電網(wǎng)的配電變壓器大多數(shù)采用星型或者三角形接線方式，這增加了電網(wǎng)零序諧波為變壓器一側繞組提供了環(huán)流桐廬,，抑制諧波向電源端的傳輸,，然而這種接線方式不會阻止其他頻率的諧波傳輸?shù)诫娫炊耍瑥亩黾幼儔浩鞯膿p耗,，進一步增加電力損耗,，影響到供電質(zhì)量。其次,，諧波還會增加變壓器的鐵耗,，導致變壓器發(fā)熱變形，這主要是由于變壓器內(nèi)的鐵芯中的磁滯損耗增加,，諧波讓電壓的波形變差,，從而增加了磁滯損耗。變壓器內(nèi)部電阻損耗,、鐵耗的增加,，減少變壓器實際電壓，從而影響到變壓器的發(fā)電容量,，無法達到實際設計要求的電壓容量,。

　　2.3對補償裝置的損耗

　　為了保證地鐵列車正常用電，城市軌道交通變壓器要保證長時間供電，電壓器長期處于飽和狀態(tài)下,，自身產(chǎn)生一定的諧波,。安裝電容器以后，電容器可以夠抵消一些諧波,，但是如果諧波的的含量過大,，造成電容器發(fā)熱，增加電容器表面絕緣物質(zhì)的老化,，從而影響到電容器的使用時間,。如果電容器投入到電壓已經(jīng)出現(xiàn)問題的電網(wǎng)，則可以進一步加劇諧波現(xiàn)象,，大量的諧波讓電壓出現(xiàn)尖頂波形,，頂尖電壓波可能誘發(fā)局部放電，由于電壓升降變壓化,，導致局部電流過大,，從而加劇絕緣介質(zhì)的老化程度，影響到電容器的使用壽命,。如果電壓升高10%,，電容器的使用壽命縮短一半。

　　3有源濾波裝置在城市軌道交通中的應用效果

　　3.1工程概況

　　某市地鐵4號線工程起于航天新城,，止于北客站,，線路總長35.2km，共設置29座車站,?？紤]到地鐵列車的配電系統(tǒng)在運行過程中，產(chǎn)量大量的諧波,，為了改善配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量,，某市地鐵4號線在全線所有車站均安裝有源濾波裝置，實現(xiàn)對諧波的治理,。

　　3.2諧波治理

　　某市地鐵4號線選擇的是LBAPF有源濾波器,，對于諧波的治理主要是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。在變壓器低壓側母線采取集中治理的方式進行治理,。治理效果比較明顯,，效率高，能夠完成諧波的治理,，達到軌道交通的相關要求,。LBAPF有源濾波裝置具有極快的響應時間，主電路拓撲和控制算法,，其精度高,、運行更穩(wěn)定,。既可補諧波，又可兼補無功：模塊化設計,，便于生產(chǎn)調(diào)試便利的并聯(lián)設計：具有完蓋的橋售過流,、保護功能。使用方便,，易于操作和維護,。LBAPF有源濾波器相關的技術參數(shù)和原件如下表:

　　表1為有源濾波裝置相美技術參數(shù)表

3.3諧波治理效果

　　為了檢驗有源濾波裝置對軌道交通供電質(zhì)量的改善，2019年1月8日到15日對某市地鐵4號線已經(jīng)安裝有源濾波裝置的車站使用電力分析儀對配電系統(tǒng)進行檢查,。本次使用的電力分析儀型號為CA8335,，這種型號的分析儀具有強大的記錄功能，可以對配電系統(tǒng)的電壓升降,、電壓中斷,、電壓頻率、電流,、電壓峰值,、有功功率、無功功率,、閃變、諧波電壓,、電流不平衡率等指標進行長時間記錄,。將電壓夾、電流鉗等連接地鐵車站的配電系統(tǒng),，采集配電系統(tǒng)的電流,、電壓，然后進行測試,。通過測試分析地鐵車站安裝有源濾波裝置以后,，電壓、電流的變化,。測試儀器采集不同時段地鐵車站運行數(shù)據(jù),，從而測試配電系統(tǒng)的供電質(zhì)量。經(jīng)過長時間的測試跟蹤得出有源濾波裝置開啟前后功率,、功率因素平均值,，統(tǒng)計結果如下表：

　　表2有源濾波裝置開啟前后功率以及公功率因素平均值

表3為有源濾波裝置開啟前后諧波電流百分比

3.4結果分析

　　從上述表格內(nèi)容可以得出，有源濾波裝置開啟前,，4號線的配電系統(tǒng)3,、5、7,、9,、11,、13次諧波的電流比較大，功率因數(shù)偏低,。有源濾波裝置開啟后,，配電系統(tǒng)的諧波經(jīng)過有源濾波裝置的處理以后，效果比較好,，A相總電流畸變率從10.4%降低到2.1%,；B相總電流畸變率從20.3%降低到2.8%；C相總電流畸變率從27%降低到3.4%,。功率因素從0.8提高到0.95,。所以，有源濾波裝置改善了4號線的配電系統(tǒng)供電質(zhì)量,，降低了配電系統(tǒng)的無功損耗,，消除了配電系統(tǒng)的諧波電流，提高了配電系統(tǒng)的運行效率和電力設備的使用壽命,，有源濾波裝置的安裝達到了設計要求,。

　　4安科瑞APF有源濾波器產(chǎn)品選型

　　4.1產(chǎn)品特點

　　(1)DSP+FPGA控制方式，響應時間短,，全數(shù)字控制算法,，運行穩(wěn)定；

　　(2)一機多能,，既可補諧波,，又可兼補無功，可對2～51次諧波進行全補償或特定次諧波進行補償,；

　　(3)具有完善的橋臂過流保護,、直流過壓保護、裝置過溫保護功能,；

　　(4)模塊化設計,，體積小，安裝便利,，方便擴容,；

　　(5)采用7英寸大屏幕彩色觸摸屏以實現(xiàn)參數(shù)設置和控制，使用方便,，易于操作和維護,；

　　(6)輸出端加裝濾波裝置，降低高頻紋波對電力系統(tǒng)的影響,；

　　(7)多機并聯(lián),，達到較高的電流輸出等級；

　　4.2型號說明

　　4.3尺寸說明

　　4.4產(chǎn)品實物展示

ANAPF有源濾波器

　　5安科瑞智能電容器產(chǎn)品選型

　　5.1產(chǎn)品概述

　　AZC/AZCL系列智能電容器是應用于0.4kV,、50Hz低壓配電中用于節(jié)省能源,、降低線損,、提高功率因數(shù)和電能質(zhì)量的新一代無功補償設備。它由智能測控單元,，晶閘管復合開關電路,，線路保護單元，兩臺共補或一臺分補低壓電力電容器構成,?？商娲Ｒ?guī)由熔絲、復合開關或機械式接觸器,、熱繼電器,、低壓電力電容器、指示燈等散件在柜內(nèi)和柜面由導線連接而組成的自動無功補償裝置,。具有體積更小,，功耗更低，維護方便,，使用壽命長,，可靠性高的特點，適應現(xiàn)代電網(wǎng)對無功補償?shù)母咭蟆?/p>

　　AZC/AZCL系列智能電容器采用定式LCD液晶顯示器,，可顯示三相母線電壓,、三相母線電流、三相功率因數(shù),、頻率,、電容器路數(shù)及投切狀態(tài)、有功功率,、無功功率、諧波電壓總畸變率,、電容器溫度等,。通過內(nèi)部晶閘管復合開關電路，自動尋找適宜投入（切除）點,，實現(xiàn)過零投切,，具有過壓保護、缺相保護,、過諧保護,、過溫保護等保護功能。

　　5.2型號說明

　　AZC系列智能電容器選型：

AZCL系列智能電容器選型：

5.3產(chǎn)品實物展示

AZC系列智能電容模塊AZCL系列智能電容模塊

安科瑞無功補償裝置智能電容方案

　　6結束語

　　將有源濾波裝置投入到城市軌道交通的配電系統(tǒng)中,，降低了配電系統(tǒng)諧波畸變率,，提高了配電網(wǎng)的功率因素，降低了配電系統(tǒng)的損耗,，避免諧波對軌道交通供電,、列車調(diào)度,、通信信號等方面的影響，提高了整個供配電系統(tǒng)的安全性,。