关键词：地铁牵引；供电系统；电网电能；质量影响；分析
1.引言
地铁作为一种现代城市交通方式，具有体积大、速度快、速度快、安全环保、绿色环保和空间利用的最高优势:改善城市交通拥堵的效果对城市公共交通的发展越来越重要。地铁列车的动力来自牵引动力系统，牵引动力系统负责为电力列车和各种运行设备提供动力的重要任务。电力系统安全可靠的供电是地铁正常运行的保证。目前中国地铁采用cc供电，大部分牵引供电系统采用多脉波（１２或２４脉波）二极管整流技术，接入系统后会对电网的响应功率产生谐波影响，因此需要进一步分析和研究，以确保电网的稳定性和列车的正常运行[1]。
2.地铁牵引供电系统简介
中国地铁供电系统主要采用集中供电，如图1所示。发电厂通常安装在远离电力用户的地方，可以发电。对于地铁系统，主变电站的顶部一般称为外部公共网络，主变电站和以下部分称为内部牵引电力系统，外部电网之间的接口设置到主变电站。牵引供电系统是内部系统的重要组成部分，其主要作用是为地铁机车供电，主要由牵引变电所、电力电缆、电网回线和轨道组成。降压变电所为各种车站、隧道、仓库、应急中心的电力照明负荷供电。
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3.地铁牵引供电系统接入对电网电能质量影响分析
由于机车运行的不规则性，机车不连续地从电网中取用功率，使电网的负荷变化较大，对电网电压和功率因数影响较大。这种机车运行时产生的有功、无功的快速随机波动，会引起网侧电压的波动。因受到电网电压的波动和负荷用电的影响，也会产生电压偏差。同时机车启动时会有大功率异步电动机的接入，对电网造成较大的功率冲击，负荷有功变化会导致频率的变化[3]。
列车是一个非线性负荷，使用一些非线性用电设备，如整流器、逆变器和变频器，可以将谐波扩散到地铁牵引电力系统中。其中，整流器是牵引电力系统中的关键设备，由于其自身的特点，它会产生大量的非特定数量的谐波，这些谐波是由整流器产生非特定数量谐波电流的脉冲数决定的ｎ＝ｋｍ±１（１）其中，ｎ为谐波的次数：ｍ为整流机组脉波数；ｋ为正整数。可知，２４脉波整流机组主要产生２３、２５次以及４７、４９次的高次谐波[2]。
谐波的主要危害可以概括为:(1)干扰地铁系统的通信和信号系统，通信信号变差，给地铁运营带来安全隐患；(2)系统中大量电网保护装置和自动控制设备运行不正常，导致电力系统大面积瘫痪；(3)引起电力系统的局部振荡，会产生浪涌或过压，缩短设备寿命，甚至烧毁电气设备；(4)谐波电流通过变压器时，会导致铁芯损耗显著增加，不仅会导致变压器过热，缩短变压器寿命，还会增加电能损耗等。因此，为了提高线路的传输容量，减少损耗，无功功率必须采用就地平衡的原则，根据实际需要进行分散或集中无功补偿，以达到将功率因数控制在合理水平的目的。
4.地铁牵引供电系统接入对电网电能质量影响应对措施
4.1谐波影响的应对措施
地铁牵引供电系统的谐波源主要来自地铁牵引传输系统的谐波和照明产生的谐波信号。照明系统产生的谐波通常可以通过在降压变电所出口安装滤波器来过滤，而常用的滤波器一般分为有源滤波器和无源滤波器等两种类型。其中，无源滤波器可分为高通滤波器、单调谐滤波器和双调谐滤波器。在实际应用中，我们通常使用高通滤波器和几个单调谐滤波器来形成混合滤波器。有源滤波装置近年来一直处于谐波抑制研究的中心，主要由命令电流计算电路和补偿电流产生电路组成。有源滤波器克服了无源滤波器等方法的缺点，不易受电网波动的影响，降低了与电网阻抗共振的可能性。此外，有源滤波器具有许多优势，包括谐波(HeaLTH)，可补偿频率和尺寸的变化以及响应功率，不会使有源滤波器过载，即使清除电流超过某个间隔，也能正常进行补偿。从节能的角度来看，有源滤波器和混合无源滤波器方案通常用于提高系统的性价比。
4.2选择针对性无功特性补偿方式
（1）增设的电容补偿装置
地铁供电系统负荷波动性大，地铁测量数据表明一般情况下，白天和晚上机车正常运行时，有功负荷高，即变压器和电力机车等负荷运行消耗大量感性无功功率，需要感性无功功率补偿；凌晨机车停运时，有功负荷降低，电缆的充电容性无功功率开始超过系统消耗的感性无功功率，供电系统功率因数降低，将产生无功反送，需要进行容性无功功率补偿，以提高功率因数。同时由于机车运行时的不确定性，无功功率的补偿是处于动态的[3]。
根据地铁负荷的日常变化来讲，理想的补偿方案应能够跟踪负荷变化，随机进行补偿，保持电压稳定，并设置补偿容量，以适应地铁电力系统无功补偿的双向性趋势。如果地铁牵引变电所无功补偿装置的容量设置不正确，在改变机车负荷的过程中，地铁电力系统向公共网络输出的无功有时呈感性，有时是呈容性，无功功率经常在灵敏度和容限之间变化，引起工频谐振，可能会导致公共网络发生事故；如果功率因数在夜间降低，容性无功功率就会反转。虽然增加容量补偿装置可以增加夜间网络的响应功率容量，但是有可能会降低电压质量，还会导致方向元件的保护错误。目前，补偿装置容量的常见设置做法是根据轻负载条件下所需的最大电感补偿容量选择并联电抗器，并根据过载情况下所需的最大容量选择电容器。
（2）无功补偿方式
无功功率补偿包括集中式补偿、分布式补偿和集中式区域补偿。例如:集中补偿选择在１１０ｋＶ主变电站的出线端３５ｋＶ母线上安装补偿装置，集中整个电力系统的负荷补偿；分区集中补偿是指各主变电站110kv分区的补偿；分布式补偿是指每次35kv降压时的无功功率补偿。从补偿和经济效果来看，集中补偿是最小的投资，设备易于安装；总的来说，分区补偿法离主变电站的降压区不远，分区补偿法与分布式补偿法相似，但投资明显减少。可以采用集中补偿和集中分区补偿相结合的方式，集中分区补偿采用一个并联电抗器，主变电站采用一个35kv母线动态无功补偿装置，进行集中补偿。
无功补偿装置的最佳选择是使用SVG，它采用第三代无功补偿技术，具有显著的优势，占地面积小，价格好。响应时间快，可靠性高；运行损耗低，无谐波，安全性好；功率因数可以用０．９５～１进行补偿。基于电压逆变器补偿装置的快速响应SVG技术允许无功功率补偿质量的提升，补偿无功功率，并吸收或发射实现动态无功和连续功率补偿所需的快速响应电流。
5.结束语
综上所述，地铁牵引供电系统的接入对电网质量有一定的影响，地铁牵引供电系统的特点是高波动性、系统谐波含量丰富、电缆容性电流大、需要灵活无功补偿等特点。为了避免地铁牵引供电系统的接入对电网质量造成不必要的影响。因此要提前对地铁牵引供电系统的接入进行理论分析在得出相应的结果后，制定针对性的接入方案，并采取相应的预防措施。减少地铁牵引供电系统的接入对电网电能电力系统的影响问题，提高电网供电质量和可靠性及稳定性，消除地铁牵引供电系统对电网电能的潜在问题，提升我国地铁运行质量，保证人民出行安全。
参考文献：
[1]王宇飞,徐琳.地铁牵引供电系统接入对电网电能质量影响分析[J].四川电力技术,2019,42(01):37-40+75.
[2]贺明,王冲,牛犁.高速铁路牵引供电系统对区域电网电能质量的影响研究[J].电气应用,2018(23):52-57.
[3]史建省,于群,董建森,等.佛山地铁2号线牵引系统对区域电网电能质量的影响[J].电气应用,2015(15):106-110.
论文作者:赫明璐
论文发表刊物:《科学与技术》2019年16期
论文发表时间:2020/1/15
标签：电网论文; 地铁论文; 供电系统论文; 谐波论文; 滤波器论文; 功率论文; 负荷论文; 《科学与技术》2019年16期论文;