地鐵配電系統(tǒng)諧波產(chǎn)生原因及危害分析

李鵬

摘 要：地鐵在正常運(yùn)行中經(jīng)常會受到地鐵配電系統(tǒng)諧波的干擾。在地鐵配電系統(tǒng)出現(xiàn)諧波的時(shí)候，相關(guān)的工作人員需要全面的對諧波問題進(jìn)行分析，積極的查找原因，并且采取有效的措施進(jìn)行解決，才能夠保持地鐵良好的運(yùn)行狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：地鐵配電系統(tǒng)；諧波；原因；危害

前言

地鐵配電系統(tǒng)諧波對地鐵的良好運(yùn)行具有非常大的危害，因此，相關(guān)的工作人員需要充分認(rèn)識到諧波的危害，進(jìn)而在實(shí)際的工作中進(jìn)行有效的預(yù)防。下面將對此問題進(jìn)行具體的分析。

1 地鐵配電系統(tǒng)諧波產(chǎn)生的原因

近些年我國地鐵配電系統(tǒng)受到諧波電流影響而造成電路或設(shè)備的故障，并將故障擴(kuò)大化的現(xiàn)象已有很多例，諧波電流對地鐵配電系統(tǒng)的影響也是有目共睹的，諧波電流多產(chǎn)生于用電、發(fā)輸電、供變電等環(huán)節(jié)，尤其是用電環(huán)節(jié)中所產(chǎn)生的諧波電流較多[1]。在地鐵配電系統(tǒng)中，整流裝置、鐵磁性元件設(shè)備等是諧波電流的主要產(chǎn)生原因，諧波電流產(chǎn)生原因具體如下：

1.1 非線性電光源

地鐵配電系統(tǒng)中會涉及到熒光燈的使用，熒光燈具有顯色性好、光效高、可以調(diào)光等優(yōu)點(diǎn)，但是熒光燈需配用電子鎮(zhèn)流器才能實(shí)現(xiàn)調(diào)光的功能，而在使用的過程中就會產(chǎn)生奇次諧波，而且，為了提高熒光燈的功率因數(shù)，會將其并聯(lián)到電容器上，而這將會造成諧波的放大[2]。

1.2 變頻器

變頻器是配電系統(tǒng)的主要部件，負(fù)責(zé)對配電的變頻工作，應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，主要以交流-交流的變頻、交流-直流的變頻等兩種類型，在使用中兩者都采用的是相位控制技術(shù)，而在變頻轉(zhuǎn)換后就會產(chǎn)生諧波。

1.3 風(fēng)機(jī)水泵

風(fēng)機(jī)、水泵被應(yīng)用到多個(gè)場所，在運(yùn)行中會消耗大量的電能，而這對于一些場所應(yīng)用功率較大的風(fēng)機(jī)、水泵，會造成大量的能源消耗，而為了節(jié)省的消耗，會對風(fēng)機(jī)、水泵配備變頻控制器和軟啟動器，從而實(shí)現(xiàn)改善設(shè)備的運(yùn)行節(jié)能效果，但是，變頻控制器大多都是采用三相橋式的整流電路，在運(yùn)行中會產(chǎn)生5次諧波電流或7次諧波電流。

1.4 電弧現(xiàn)象

電弧現(xiàn)象多發(fā)生在電源檢修的環(huán)節(jié)，如對地鐵車站區(qū)間隧道、風(fēng)機(jī)房等區(qū)域的檢查會發(fā)現(xiàn)電弧的現(xiàn)象，而電弧發(fā)生會伴有負(fù)阻特性，也就會產(chǎn)生諧波電流，當(dāng)然，檢修過程產(chǎn)生的電弧時(shí)間較短，諧波對配電系統(tǒng)的影響也極小。

2 諧波對地鐵配電系統(tǒng)的危害

2.1 對電容器的危害

諧波電流對電網(wǎng)的影響極大，而諧波的程度也會對電網(wǎng)以及設(shè)備造成一定的危害，尤其對電容器來說，一旦諧波在電網(wǎng)中發(fā)生，很有可能對電容器的感抗值造成成倍的增加，而且，還會對電容器的容抗值造成成倍減少的想象，極易發(fā)生諧振的現(xiàn)象，使得電網(wǎng)中的諧波電流放大，對電網(wǎng)及其電網(wǎng)上的設(shè)備造成燒毀的現(xiàn)象。尤其是作為城市重要交通的地鐵來說，一旦配電線路上的設(shè)備出現(xiàn)燒毀現(xiàn)象，會對地鐵的運(yùn)營造成一定的影響。

2.2 對電網(wǎng)的危害

諧波的發(fā)生對電網(wǎng)會造成極為嚴(yán)重的影響，而電網(wǎng)是供電的主要樞紐線路，一旦電網(wǎng)受到影響，勢必會對電網(wǎng)供電的穩(wěn)定性、安全性以及可靠性造成影響，例如，電網(wǎng)電阻過大出現(xiàn)解裂燒毀的現(xiàn)象、電網(wǎng)接地保護(hù)的功能失常、線路以及線路上的設(shè)備過熱易燒毀、遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)受到影響對線路設(shè)備的遙控功能失常、增加電網(wǎng)功率的損耗、縮短電網(wǎng)以及電路設(shè)備的使用壽命等，對于地鐵配電系統(tǒng)來說，一旦發(fā)生這類事故可能會造成某些控制系統(tǒng)的失靈，后果不堪設(shè)想。

2.3 對變壓器的影響

變壓器是電網(wǎng)的樞紐電路中的電流，通過變壓器的運(yùn)行來轉(zhuǎn)變到各個(gè)線路的使用電壓，然而，在地鐵配電系統(tǒng)運(yùn)行過程中會產(chǎn)生一定的諧波電流，而諧波電流的出現(xiàn)，會直接增加電力變壓器的損耗，從而增加了電力變壓器出現(xiàn)銅損，并會伴有變壓器局部過熱、振動等現(xiàn)象，而且，在這種情況下運(yùn)行的電力變壓器也會出現(xiàn)較大的噪聲、繞組過熱的現(xiàn)象，對于電力變壓器來說，這無疑于造成嚴(yán)重的損傷，尤其是變壓器的渦流和磁滯的損耗會逐漸增加，對電力變壓器的安全、穩(wěn)定的運(yùn)行也會產(chǎn)生一定的影響。

2.4 對電纜的影響

諧波電流的出現(xiàn)對電纜也會產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，會增加電纜的漏電量、增加輸電過程中的損耗、加大了對介質(zhì)的損耗等，使得輸電過程中電纜線路的溫度不斷升高，尤其是地鐵配電系統(tǒng)中所采用的大多都是干式電纜，諧波電流對干式電纜會造成更大的影響，而且還會產(chǎn)生單相接地的故障現(xiàn)象。

3 地鐵配電系統(tǒng)抑制諧波的措施

3.1 處理好變頻器與周邊設(shè)備之間的關(guān)系

變頻器是配電系統(tǒng)中的重要組成結(jié)構(gòu)，而自身的無線電卻可能會對外界的電力設(shè)備造成諧波電流的干擾，因此，要合理處理變頻器和周邊電力設(shè)備之間的關(guān)系，避免變頻器的使用產(chǎn)生諧波而對配電系統(tǒng)的影響。首先，變頻器的傳輸方式主要是以無線電的形式，可以在無線信號輸出輸入設(shè)備上加裝抑制電抗器，可以有效的避免變頻器產(chǎn)生的無線電對外界設(shè)備造成的干擾，在當(dāng)今使用的抑制電抗器主要有FIL1、FIL2等設(shè)備，要根據(jù)變頻器工作的實(shí)際情況進(jìn)行選擇；其次，對使用其他的設(shè)備要有著一定的要求，尤其是無線電輸入環(huán)節(jié)使用的頻率響應(yīng)較好、阻抗較高的數(shù)字測量儀器儀表之類的設(shè)備，這會加大變頻器無線電對周邊設(shè)備的干擾，因此，為了更好的保證變頻器的輸出輸入所發(fā)出的無線電不會其他設(shè)備造成影響，應(yīng)盡量避免使用數(shù)字測量儀器儀表之類的設(shè)備；再次，對變頻器的輸出輸入功率電信布局時(shí)，要充分考慮到周邊設(shè)備的布局情況，避免與周邊設(shè)備之間的控制線發(fā)生電磁場耦合的現(xiàn)象，否則會產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾，對整個(gè)配電系統(tǒng)都有可能造成影響。

3.2 防止變頻器引起電網(wǎng)波形畸變

電網(wǎng)波形畸變的發(fā)生，會對電網(wǎng)的部分設(shè)備運(yùn)行造成影響，工作失常、失靈等，甚至?xí)斐烧麄€(gè)配電系統(tǒng)的失?，F(xiàn)象，因此，應(yīng)防止變頻器工作中引起電網(wǎng)波形畸變。為此，可以采用電感量較大的電抗器，以此來確保變頻器能正常配置直流電抗器，以及輸入側(cè)交流電抗器。另外，地鐵配電系統(tǒng)對地鐵的運(yùn)行有著重大的意義，如果條件允許的話可以采用功率因數(shù)校正技術(shù)，以此來實(shí)現(xiàn)對變頻器內(nèi)部進(jìn)行整流濾波的改型設(shè)計(jì)，通過改型設(shè)計(jì)后突破的傳統(tǒng)的變頻器輸入方式，并以單相和三相變換器作為輸入方式，對防止變頻器引起電網(wǎng)波形畸變有著重大的作用。

3.3 抑制諧波的其他措施

諧波對配電系統(tǒng)的設(shè)備、線路等都有著一定的危害，要避免這類危害現(xiàn)象的發(fā)生，可以在電容器的回路中補(bǔ)償一組串聯(lián)電抗器，以此來避免諧波對電容器的感抗值和容抗值的影響。諧波電力對配電系統(tǒng)中的電容、電感以及電阻造成的危害較為明顯，對此可以在配電線路上加裝高通濾波器、單調(diào)諧濾波器等，以此來避免諧波對配電系統(tǒng)線路以及設(shè)備中的電容、電感、電阻的干擾影響。

4 結(jié)束語

文章主要針對于地鐵配電系統(tǒng)諧波產(chǎn)生原因及危害進(jìn)行了相關(guān)方面的研究，通過文章的探討，我們了解到，在地鐵配電系統(tǒng)出現(xiàn)諧波的過程中，需要積極的查找原因，并且采取有效的措施進(jìn)行解決，才能夠進(jìn)一步促進(jìn)地鐵配電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]袁青山，于國棟.上海軌道交通供電系統(tǒng)電力諧波的分析和治理[J].城市軌道交通研究，2009（03）.

[2]謝東力.鄭州礦區(qū)電力系統(tǒng)諧波分析及治理[J].中州煤炭，2007（06）.