（重庆市轨道交通（集团）有限公司 四川省成都市 610000）
摘要：现如今，城市化进程不断加快，城市交通拥挤程度越来越严重，而轨道交通属于大型公共交通工具，不仅安全可靠，而且还能够有效缓解城市交通拥挤的问题。供电系统是城市轨道交通的关键，其运行效果会对轨道交通的正常运行造成较大影响，因此，对城市轨道交通供电系统运行进行深入研究具有十分重要的现实意义。
关键词：地铁；供电系统谐波；分析
随着国民经济持续发展和城市化进程不断加块，城市变得日益拥挤，地铁作为一种能够承载巨大人流容量的交通工具得到广泛应用。供电系统作为地铁至关重要的一环，主要包括：牵引供电、中压环网以及低压供配电等三大系统。其中最核心的牵引供电系统为地铁安全运行提供了强有力的供电保障。
1供电系统谐波
随着科技的发展和节能要求的提高，接入地铁供电系统中的非线性电气设备数量日益增加，其运行过程中产生大量的高次谐波。谐波主要来自机车牵引装置和车站机电设备两部分。其中地铁牵引供电系统采用牵引整流机组向列车提供直流电源，牵引整流机组产生谐波电流的次数与其输出的脉波数有关，牵引整流机组的脉波数越高，产生的较低次谐波电流越小，国内地铁供电系统一般在设计时采用等效24脉波整流，产生的谐波主要为23、25次谐波，实际运行中的测试数据表明，谐波含量很小，注入城市电网的谐波电流能满足公用电网谐波的要求；而另一方面，地铁供电系统网络内部还存在很多的谐波，在变电所0.4kV母线侧谐波特征频谱丰富，由多段谐波组成。、
2 地铁供电系统产生谐波的原因
地铁供电系统的谐波主要来源于向车辆供电的牵引供电系统，其次是来自于其它设备，如各种各样的电视机、监控机、计算机等。牵引供电系统的谐波主要是由整流机组产生的。随着24脉波整流装置在地铁牵引供电中的广泛应用，该装置在抑制谐波方面取得良好的效果，对电网造成的电流谐波含量比12脉波整流大大下降。从理论上讲，当牵引供电系统采用等效24脉波整流时，整流机组直流侧主要含有24次脉动电压，交流侧主要含有23、25次谐波电流。但实际上，由于电网电压不对称和整流变压器三相阻抗不对称等各种因素的存在，不可避免地产生非特征次谐波，在交流侧也将产生5、7、11、13次谐波。例如西安地铁采用24脉波牵引整流机组向列车提供直流电源。在列车运行期间，由于电源波动、整流件换向、大负载变化、列车起动或制动、供电臂切换、车辆逆变等会产生谐波以及不平衡电流。通过理论计算，西安地铁1号线桃园主变电站注入系统的谐波如表1所示：
3 城市轨道交通供电系统谐波抑制方法
3.1 电力系统谐波抑制措施
在进行城市轨道交通供电系统谐波抑制过程中， 可以采用以下三种方法：①受端治理措施：这一治理措施指的是在进行谐波抑制时，选择科学合理的供电方式，提升供电系统设备抵御谐波的能力，尽量避免电容对谐波放大，提升谐波保护水平。 在受端治理措施的实际应用中，通过应用各种谐波抑制措施，有利于改善供电系统设备使用性能。 ②主动治理措施。 这一谐波抑制措施指的是通过增加变流装置的相数、 改变谐波源工作方式或者采用 PWM 技术等措施，虽然主动治理能抑制谐波的产生，但是由于非线性元件种类繁多复杂，单独依靠主动治理不可能完全消除谐波。③被动治理措施。被动治理措施指的是在轨道交通谐波抑制过程中，采用外加设备的方式，具体而言， 可以采用有源滤波器或在谐波源并联无功补偿装置联合运行。
3.2 电气化轨道交通谐波抑制措施
现如今，科学技术发展迅速，在城市轨道交通建设中，电气化轨道交通发展迅速， 同时对于电气化轨道交通供电系统电能质量的要求也越来越高。 现如今，对于电气化轨道交通谐波抑制，可以采用以下方法：①采用新型的交-直-交型电力机车，更换既有的交-直型电力机车。 交-直-交型电力机车所采用的是四象限脉冲变流器， 而逆变器采用的是 PWM 控制方式，因此谐波含量比交-直型电力机车谐波含量有了明显的减少。 ②主变压器的牵引绕组上直接安装无功补偿装置，在补偿装置实际安装过程中，对于电容器以及电抗器，采用串联的连接方式，其中，电容器能够有效提供容性超前无功功率补偿感性负载消耗的滞后无功功率，从而促进功率因数的提高。 ③严格执行谐波国家标准，加强对谐波源的监测分析。 可在变电所内设置电能质量监测分析装置， 及时关注牵引变电所内电能质量的各项指标
3.3 新型整流滤波器谐波抑制方法
滤波方案主要是通过改变绕组连接方式，在阀侧公共绕组抽头位置连接 5 次、7 次、11 次和 13 次特征谐波滤波器，相应频次的谐波滤波器产生的支路阻抗是零，使得谐波电流通路短路。在供电系统实际运行过程中，如果谐波电流流经延边绕组，不通过原边绕组，并且直接经过滤波器支路短路，则会使得延边绕组和公共绕组上因谐波电流而产生的谐波磁势相均衡，有效地将阀侧谐波和网侧绕组阻隔。在进行变压器绕组设计时，只需合理布设公共绕组便可将绕组阻抗设计为零。在实际变压器设计过程中，精确的零阻抗设计一般难以实现，但只需合理设计公共绕组等效阻抗不超过网侧绕组等效阻抗的5%，便可满足工业设计需求。
3.4 安装有源谐波调节器
有源谐波调节器在城市轨道交通供电系统中被广泛应用，在安装过程中，需要固定在某些谐波频段上，通过对非线性负载产生的谐波进行采样和分析，能够实现对电网车侧送一个与非线性负载产生的谐波相反的谐波，对加强对谐波的有效抑制具有重要作用。需要结合电网的实际运行情况，对电压和电流波形的相位角节能型调整，对修正电流波形和提高功率因数具有重要作用。在对城市轨道交通供电系统，进行谐波分析时，需要考虑到整流机组对 110kV 侧的国家电力系统的影响。
4 结语
随着谐波治理设备技术越发成熟，在实际应用中， 还可以根据地铁低压配电系统谐波源的设备种类及分布情况， 通过在谐波源处设置谐波补偿装置来进行局部谐波治理， 从谐波产生源头更有针对性地治理谐波和补偿无功， 保障地铁电网的电能质量， 确保运营环境的安全可靠。
参考文献：
[1]陈启明.地铁供电系统电力谐波原因分析及防治措施[J].北京电力高等专科学校学报:自然科学版, 2012(29).
[2]陶伟.对城市轨道交通供电系统谐波的分析[J].城乡建设,2013(1).
[3]龚旭.城市轨道交通牵引供电系统谐波分析及治理[J].城市建设理论研究:电子版,2014(13).
论文作者:杨涛
论文发表刊物:《电力设备》2017年第36期
论文发表时间:2018/5/8
标签：谐波论文; 供电系统论文; 绕组论文; 轨道交通论文; 地铁论文; 电流论文; 抑制论文; 《电力设备》2017年第36期论文;