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城市轨道交通供电系统电力谐波的分析与治理
作者：杨瑞春
来源：《电子乐园·中旬刊》2019年第01期
摘要：城市轨道交通电力监控系统的最终目的，是为了确保电力设备运行的可靠性、安全性，实现供电安全。做好城市城市轨道交通电力监控工作，设计高效的电力监控系统，具有十分重要的现实意义。本章分析了城市轨道交通供电系统中的电力谐波，通过分析电力谐波产生的原因和危害，提出抑制城市轨道交通供电系统中的电力谐波的措施。 关键词：轨道交通;供电系统;电力谐波;分析与治理
城市轨道交通具有运输量大、快速高效、舒适安全的特点，这使得城市轨道交通成为越来越多人的出行选择，城市轨道交通不仅改善了城市的交通状况，更为人们的出行提供了很大的便利。我国城市轨道交通发展起步较晚，在应用中还存在很多的问题，城市轨道交通供电系统中过多的电力谐波不仅会影响电网的供电质量，还会对整个城市轨道交通造成严重影响，因此城市轨道交通供电系统的电力谐波也成为人们主要关注的问题。 一、城市轨道交通供电系统电力谐波的分析
城市轨道交通供电系统主要包括三个组成部分：中压环网系统、牵引供电系统和动力照明系统。其中，牵引供电系统是城市轨道交通供电系统的核心，主要负责通过国家电力网向城市轨道交通车辆输送电能。城市轨道交通牵引供电系统通过整流设备向电动车组输送直流电源，这是主要的潜波源，当电网中的谐波超过一定的范围就会对城市轨道交通供电系统产生严重的损害。
二、城市轨道交通供电系统电力谐波产生的原因
在城市轨道交通供电系统中，使用了大量的牵引整流器、整流逆变器和照明装置，这些装置都导致城市轨道交通供电系统中产生大量的电力谐波，另外，在城市轨道交通供电系统中还有大量的非线性负荷，这些非线性负荷不仅吸收了大量的基波，还在供电系统中产生大量的谐波功率，这些非线性负荷是供电系统中主要的谐波源，是导致城市轨道交通供电系统产生电力谐波的主要原因。
在城市轨道交通供电系统中，牵引变电站中的整流装置由于不能瞬间完成换相，脉动数不足等原因，导致供电系统中出现大量幅值不连续的谐波，供电系统中的抑制谐波装置不能很好地发挥作用，这是城市轨道交通供电系统中存在大量谐波的主要原因。
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三、城市轨道交通供电系统电力谐波的危害 1.干扰供电系统中的很多设备
城市轨道交通供电系统的电力谐波对供电系统中的很多装置都造成强烈的干扰。电力谐波严重干扰通信系统，影响通信效果和质量，导致整个通信系统紊乱，给城市轨道交通造成重大的损失。另外，电力谐波严重干扰着供电系统中的断路器、熔断器、灭弧装置等设备，降低断路器的断路能力，降低熔断器的电流保护作用，阻碍灭弧装置的灭弧功能，这些都使得城市轨道交通供电系统存在着大量的安全隐患。 2.造成电力计量值不准
当用户端是线性用户时，电力谐波通过供电系统注人用户端，用户端在吸收基波电能的基础上，注人用户端的电力谐波也可以被电表计量出来，计量值通常要高于用户端所用的基波电能，这时用户就要多交电费，而且大量的电力谐波对用户端的设备都有一定的冲击和损坏。当用户端是非线性用户时，用户端设备自身会消耗一部分电力谐波，并且向电网中也输送一部分的电力谐波，这时电表在计量时，需要在基波电能的基础上扣除部分电力谐波，导致电表的计量值小于本身损耗的基波电能，虽然用户所交的电费可能少了，但是这给电力系统带来了很大的损失。
3.增加供电系统的损耗
供电系统中大量的电力谐波，使得电力系统中的很多设备产生附加功率损耗，给一些设备造成冲击，损坏或者干扰这些设备的正常工作。供电系统中的谐波电流在线路上会产生谐波电压压降，容易造成熔断器、断路器等电力设备欠压运行，大大降低了这些设备的运行效率和功能。并且在城市轨道交通供电系统中大量的电力谐波形成一股强烈的谐波电流，会产生大量的热量，使一些绝缘设备受损，加速老化，对一些不能抗高温的设备造成严重损害，这种情况很容易造成供电系统短路，给整个城市轨道交通系统带来无法挽回的损失，严重影响供电质量和安全性。
四、抑制城市轨道交通供电系统电力谐波的措施 1.增加整流装置的脉动数，抑制谐波源
在城市轨道交通供电系统中，整流装置是主要的谐波源，整流装置的脉动数不足是产生电力谐波的主要原因，因此增加整流装置的脉动数是抑制谐波源的有效手段。电力谐波电流与电力谐波次数是成反比的，整流装置的脉动数与电力谐波次数成正比，因此增加整流装置的脉动数可以增大电力谐波次数，这时又由于电力谐波电流减少，使得电力谐波次数变得相对较低，幅值较大的电力谐波次数得到消除，从而很好地抑制了谐波源。对于城市轨道交通供电系统中的一些带有整流装置的设备，要尽量增加一些整流装置的脉动数，这样可以有效地抑制谐波源，消除幅值较大的电力谐波，从而达到降低电力谐波的目的。
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2.在整流装置附近安装滤波器
城市轨道交通供電系统中的整流器在工作时，会产生正向电流和反向电流，正向电流是由交流电变换为直流电，反向电流是由直流电变换为交流电，整流装置在产生反向电流时，供电系统中的电力谐波会大量增加，所以在一些整流装置的附近安装滤波器，减少电力谐波，是目前电力系统中抑制谐波源的主要措施。滤波器由电阻、电容和电感等原件组成，在电网中一般采用三相星型方式连接，通常安装在整流装置和电网连接的附近，在供电系统中，使用最为广泛的是有源电力滤波器，这种滤波器不但可以很好地抑制谐波，还可以对不同频率和次数的电力谐波进行无功补偿，这种动态抑制电力谐波的装置发挥着重大的作用。虽然安装滤波器是抑制谐波最有效的方式，但是大量的滤波器给供电系统也带来了巨大的负担，不但经济投入较大，也极大地增加了供电系统的电能损耗。为了更好地治理供电系统中的电力谐波，系统在安装整流装置时要结合整流装置的电流相位方向，调整它们的位置，可以使整流装置产生的电力谐波之间相互抵消，这样相互抑制，在供电系统的作用较为明显。 3.提高电表计量的精确度
在选择电能计量装置时要综合考虑它的精确度、量程、稳定性和抗干扰能力。引进先进的技术，改善电能计量装置的计量检测，提高点表计量的精确度和稳定性，科学合理地设计电表计量结构，降低误差，保证电表计量的良好运行。 4.在电网中增加谐波回路
在电网中增加谐波回路可以很好地抑制高次谐波。供电系统中很多非线性元件和负载都会产生大量的高次谐波，在电网中增加谐波回路，可以在回路中消除高次谐波，减少电网中的电力谐波。在电网中进行无功补偿时，可以在电容器组上连接扼流装置，形成谐振回路，通过调节谐振频率，降低电力谐波。
结语：城市轨道交通极大地改善了人们的出行条件，因此也受到了越来越广泛的关注，而城市轨道交通中的电力谐波严重影响了整个城市轨道交通的良好运行。电力谐波对供电系统中的很多设备都造成干扰，使得电力计量值不准，增加供电系统的损耗，通过增加整流装置的脉动数、在整流装置附近安装滤波器、提高电表计量的精确度、在电网中增加谐波回路等方式可以有效地抑制电力谐波。电力谐波的治理对城市轨道交通供电系统有着重要的意义，我们要进一步发展电流谐波抑制技术，保障城市轨道交通供电系统的供电质量和正常运行。