城市轨道交通电力系统电能质量问题分析及解决方案

摘要：

城市轨道交通系统主要包括：地铁系统、轻轨系统、单轨系统、有轨电车、磁浮系统、自动导向轨道系统、市域快速轨道系统。他们的供电一般直接来自所在城市电网系统，城市电网通过输配变等过程，向地铁系统中各用电设备提供合适电压的供电。而根据用电性质的不同，地铁系统的供电系统主要分为两个，一个是牵引供电系统另一个是动力照明供电系统。

一、城市轨道交通系统主要负载特点：

地铁系统用电环境中的谐波主要来源于车辆牵引设备供电过程中的整流、逆变装置，其次是直流电源成套装置、照明、电梯、显示屏、空调、排水等，系统中出现的谐波主要以5、7、11、13次为主，也含有一定含量的3次谐波。

系统中存在的谐波除了增加线路损耗，加快设备老化外，对于系统中的电容器等无功补偿装置都有较大的损害。对通信设备的信号产生电磁干扰，特定频次的谐波还会经由系统中的电容器等装置放大产生谐振，进而对整个供电系统产生巨大破坏。

二、城市轨道交通系统谐波与无功治理的必要性：

城市轨道交通对供电系统有着严格的要求，尤其是地铁供电系统。其对供电可靠性要求非常高，如果供电的可靠性不足易造成重大的影响。因此，我们需要对地铁等城市轨道交通做电能质量治理。在这里，谐波是威胁地铁供电可靠性的主要诱因，同时，因为功率因数过低导致的问题也是现实中不可忽视的一环，城市轨道地铁供电系统的功率因数主要由牵引负荷和动力照明负荷的性质决定。对于动力照明负荷，主要产生感性无功，大部分功率因数相对较低，一般在0.78左右。地铁0.4KV系统功率因数低，这会导致地铁内部供电线路的损耗增加、降低变送电设备的有功输出容量，易遭受电力部门的罚款。

谐波污染造成的危害有：

1.谐波会导致电网的功率损耗增加、设备寿命缩短、接地保护功能失常、遥控功能失常、线路和设备过热等电能安全问题；

2.长期处于高谐波的环境还会使电网产生谐振、造成大规模的供电中断从而造成较大事故；

3.谐波会导致系统中的设备和元件产生额外的附加损耗，从而引起变压器、电缆、电机等设备发热，使设备线路加速绝缘老化；

4.造成电子元件的继电保护或自动装置误动作；

5.影响电子仪表和通信系统的正常工作，降低通信质量。

无功造成的危害有：

功率因数过低会导致城市轨道交通系统的运维成本的提升，同时也会使配电系统的有效容量下降，减少设备的使用寿命。

1.谐波问题：

地铁谐波问题是地铁电能质量环境的一个重要因素，地铁谐波主要为变频设备，UPS/ESE、扶梯、综合监控、照明系统、门禁系统及其他弱电设备。

对此，我们提出的解决方案时依据实际情况，配置相应的有源滤波器APF设备进行有源滤波，减少谐波含量，降低谐波畸变率。

我司的APF产品如下图所示，具有谐波补偿、功率因数补偿和三相不平衡补偿等多种补偿功能，能同时滤除三相四线制配电系统中2次到50次各次谐波，同时改善电网功率因数，是治理电能质量问题完美解决方案。

2.无功补偿：

地铁的隧道内需要安装大量大功率设备，这些电气设备容量比较大，且工作连续性强，易对电网造成大量冲击性负荷，产生大量无功功率，使配电系统有效容量下降。

对于无功问题，我们有两种解决方法：

一种是通过LC系列产品（电容电抗补偿柜）进行补偿，改善电网供电质量及提高用电的可靠性，安装方便，占用面积小，节省空间。

另一种方法是使用静止无功发生器（SVG），该方法可以实时补偿，无过补、欠补现象，且容性无功、感性无功都能实现补偿。

长春轨道交通6号线

无锡地铁2号线

太原地铁2号线