安科瑞 劉邁

　　摘(zhāi)要：軌(guǐ)道交通運行(háng)中需要(yào)大(dà)量(liáng)的(dí)變頻(pín)設(shè)備(bèi)，導致(zhì)其電網中含有(yǒu)大量(liáng)的諧(xié)波(bō)，這些(xiē)諧波(bō)影響到(dào)電網供(gōng)電(diàn)穩(wěn)定(dìng)性(xìng)，從而(ér)威脅到城(chéng)市(shì)軌道交通(tōng)運輸的安全(quán)性(xìng)和穩定性。有源(yuán)濾(lǜ)波裝置(zhì)在城市軌道交通中(zhōng)的(dí)應用(yòng)，可以消(xiāo)除電網中的諧波，確保(bǎo)電網(wǎng)運行安(ān)全(quán)性。

　　關鍵詞(cí)：有(yǒu)源(yuán)濾波(bō)；城(chéng)市(shì)軌道(dào)交通；諧波治理

　　0引言(yán)

　　本(běn)文(wén)主要(yào)介(jiè)紹(shào)了(liǎo)有源(yuán)濾波裝(zhuāng)置，諧(xié)波對(duì)城(chéng)市軌(guǐ)道交通的影響以及有源(yuán)濾波(bō)裝(zhuāng)置在(zài)某市地(dì)鐵(tiě)4號綫的(dí)應(yīng)用(yòng)，取(qǔ)得了(liǎo)良(liáng)好(hǎo)的(dí)效(xiào)果，電流諧波畸變(biàn)率從27%降(jiàng)低到2.3%，功率因素(sù)從(cóng)0.8提高到0.95，諧波改善(shàn)效(xiào)果非常(cháng)顯(xiǎn)著。

　　1有(yǒu)源(yuán)濾波裝置

　　有(yǒu)源濾(lǜ)波裝(zhuāng)置，就是一種用語動態抑製(zhì)諧波，補(bǔ)償無(wú)功的新型電(diàn)力(lì)電子(zǐ)裝置(zhì)，能(néng)夠(gòu)對(duì)任何諧波進行治理，在當前已經(jīng)廣泛(fàn)的(dí)應(yīng)用到了軌道交通(tōng)行業(yè)中(zhōng)。有(yǒu)源(yuán)濾(lǜ)波(bō)裝(zhuāng)置(zhì)，是(shì)采(cǎi)用現代電(diàn)力電子技術和基於高(gāo)速(sù)DSP器(qì)件的(dí)數字信號(hào)處理技(jì)術，製成的(dí)新型電力諧(xié)波治理設備(bèi)，它由指(zhǐ)令(líng)電(diàn)流(liú)電路和補(bǔ)償(cháng)電流(liú)發生(shēng)電(diàn)路構(gòu)成(chéng)。指(zhǐ)令電(diàn)流(liú)電路(lù)對實時(shí)電流(liú)進行監(jiān)控(kòng)，並(bìng)將模擬電流(liú)信(xìn)號轉換(huàn)為數字電(diàn)流信(xìn)號，然(rán)後(hòu)通(tōng)過(guò)通(tōng)信通(tōng)道傳輸到數字信號處理器中，數字信號(hào)處理器(qì)對數(shù)字信(xìn)號進行(háng)處(chǔ)理，將諧波(bō)和基波進行分(fēn)離，並(bìng)將(jiāng)脈寬(kuān)調(tiáo)製信號(hào)向(xiàng)補償電(diàn)流電(diàn)路(lù)輸送(sòng)驅動脈衝，驅動IGBT和IPM模(mó)塊，其生(shēng)產(chǎn)的(dí)電流(liú)幅(fú)值和電網諧波電流幅值相(xiāng)等(děng)，然(rán)後(hòu)將(jiāng)極性(xìng)不同的(dí)補償電流注入到電(diàn)網中，從(cóng)而(ér)對(duì)電網(wǎng)中(zhōng)產生的諧波電流進(jìn)行(háng)補償和(hé)抵消，消除電網(wǎng)中(zhōng)的電力(lì)諧波。有(yǒu)源濾波器打(dǎ)破(pò)了(liǎo)過(guò)去傳統濾波器隻(zhī)能固(gù)定(dìng)補償(cháng)或者無功(gōng)補償的缺點，可(kě)以實現(xiàn)對(duì)電網電流進行(háng)動態(tài)跟(gēn)蹤補償，既(jì)可以消除諧波(bō)，又可(kě)以達到無功(gōng)補(bǔ)償的目的[1]。

　　2諧波(bō)對城(chéng)市(shì)軌道交通(tōng)功的影響

　　諧波指的頻(pín)率為50Hz基波(bō)頻率(shuài)整數倍的周期性(xìng)正弦能量(liáng)。諧波(bō)是(shì)影(yǐng)響供電質量(liáng)的(dí)重要因(yīn)素，城市軌(guǐ)道(dào)交通運行(háng)過程中(zhōng)，需(xū)要(yào)直流(liú)牽(qiān)引網為列車供電，直流(liú)電源(yuán)需(xū)要通(tōng)過(guò)矽(guī)整(zhěng)流獲(huò)得，整(zhěng)流在(zài)交，直(zhí)流變(biàn)換過(guò)程(chéng)中產生(shēng)諧波(bō)。同(tóng)時，地鐵列(liè)車為(wéi)了提高舒(shū)適性，安(ān)全(quán)性和(hé)可靠性(xìng)，安(ān)裝(zhuāng)大量的(dí)調頻(pín)裝(zhuāng)置(zhì)，風機，監(jiān)控係統，電力機(jī)車等設備，這(zhè)些(xiē)設備(bèi)數(shù)量(liáng)比(bǐ)較多(duō)，在(zài)運行(háng)過程(chéng)中(zhōng)，對(duì)城市軌(guǐ)道(dào)交通產(chǎn)生重要影響(xiǎng)。

　　2.1影響電網安全性(xìng)

　　地鐵(tiě)低壓(yā)電氣係(xì)統包括(kuò)AC400V開關櫃進綫(xiàn)，配(pèi)電(diàn)箱(xiāng)，動(dòng)力配電係統(tǒng)，照明係統，應急(jí)電源裝(zhuāng)置，接地(dì)與安全(quán)係統。地(dì)鐵電網(wǎng)係(xì)統產(chǎn)生大(dà)量(liáng)的諧(xié)波，導致電(diàn)網接(jiē)地保護裝置失(shī)效(xiào)，增(zēng)加電力(lì)損耗(hào)，影響到(dào)電網的(dí)安全性和可靠性(xìng)。軌(guǐ)道(dào)交(jiāo)通(tōng)產(chǎn)生大(dà)量的諧(xié)波(bō)，需要(yào)無(wú)功補(bǔ)償(cháng)裝置(zhì)進行補(bǔ)償(cháng)，增(zēng)加(jiā)了電(diàn)力設備(bèi)的損耗，導致電力設(shè)備絕(jué)緣體破裂(liè)，設備老化等問題。無功補償裝置長(cháng)期運行，可能導(dǎo)致電力(lì)設備和(hé)綫路溫度過(guò)高，加(jiā)速設備的老(lǎo)化時間，從而導致(zhì)斷路(lù)器(qì)電弧熄滅時間延(yán)長(cháng)，斷路器出(chū)現誤斷現象，導(dǎo)致(zhì)電力(lì)故(gù)障。

　　2.2增加(jiā)變壓(yā)器(qì)的損耗

　　諧波增加變(biàn)壓(yā)器(qì)內部電阻(zǔ)損(sǔn)耗(hào)，導體(tǐ)中(zhōng)的渦流(liú)損(sǔn)耗(hào)以(yǐ)及外部損耗，導(dǎo)致變(biàn)壓器發(fā)熱(rè)。目前(qián)地(dì)鐵工(gōng)程低壓配(pèi)電(diàn)網的配(pèi)電(diàn)變(biàn)壓(yā)器(qì)大多(duō)數采用星(xīng)型(xíng)或者(zhě)三角(jiǎo)形接綫(xiàn)方(fāng)式，這(zhè)增加(jiā)了電(diàn)網零序諧波(bō)為變壓(yā)器一(yī)側繞(rào)組(zǔ)提供(gōng)了環流(liú)桐廬(lú)，抑製(zhì)諧(xié)波(bō)向(xiàng)電源端(duān)的傳(chuán)輸，然(rán)而(ér)這種(zhǒng)接綫方式(shì)不(bù)會阻止其他頻率的諧波(bō)傳(chuán)輸(shū)到電(diàn)源(yuán)端，從(cóng)而增加變(biàn)壓(yā)器的損耗，進(jìn)一步增(zēng)加電力(lì)損耗，影響(xiǎng)到供(gōng)電質量(liáng)。其(qí)次，諧(xié)波還(huán)會(huì)增加(jiā)變壓器(qì)的(dí)鐵耗(hào)，導(dǎo)致變壓(yā)器發熱變(biàn)形，這主要是(shì)由(yóu)於變壓器內(nèi)的鐵(tiě)芯(xīn)中的(dí)磁(cí)滯(zhì)損耗(hào)增(zēng)加(jiā)，諧(xié)波(bō)讓電壓的波(bō)形變(biàn)差，從而增(zēng)加了(liǎo)磁(cí)滯損耗。變壓(yā)器內部電阻損(sǔn)耗，鐵(tiě)耗(hào)的增加(jiā)，減(jiǎn)少變(biàn)壓器(qì)實際電(diàn)壓，從而影響到變(biàn)壓(yā)器(qì)的發電(diàn)容(róng)量(liáng)，無法達到(dào)實際(jì)設(shè)計(jì)要(yào)求(qiú)的電壓容量。

　　2.3對補償(cháng)裝置的損(sǔn)耗

　　為(wéi)了保(bǎo)證(zhèng)地(dì)鐵列(liè)車(chē)正常(cháng)用電(diàn)，城(chéng)市(shì)軌道交通變壓器要保證長時間(jiān)供電(diàn)，電(diàn)壓器長期(qī)處(chǔ)於(yú)飽和狀(zhuàng)態(tài)下(xià)，自(zì)身產(chǎn)生(shēng)一定的諧波。安(ān)裝電容(róng)器以(yǐ)後，電容(róng)器可以夠抵(dǐ)消(xiāo)一些諧(xié)波，但是如(rú)果(guǒ)諧波(bō)的(dí)的(dí)含(hán)量(liáng)過(guò)大(dà)，造(zào)成電容器發(fā)熱，增(zēng)加電(diàn)容器(qì)表(biǎo)麵絕(jué)緣(yuán)物質的老化，從(cóng)而(ér)影(yǐng)響到(dào)電(diàn)容器(qì)的使用(yòng)時(shí)間。如(rú)果電容器投(tóu)入到(dào)電壓已經(jīng)出現問題(tí)的(dí)電網(wǎng)，則可以進一(yī)步加劇諧(xié)波現象(xiàng)，大(dà)量(liáng)的(dí)諧波(bō)讓電壓出現(xiàn)尖頂波形，頂(dǐng)尖(jiān)電(diàn)壓波可能誘發(fā)局部(bù)放(fàng)電，由(yóu)於電壓升降變(biàn)壓化，導致局(jú)部(bù)電流過(guò)大，從而(ér)加(jiā)劇絕(jué)緣(yuán)介(jiè)質的老(lǎo)化程度(dù)，影響(xiǎng)到電容器的(dí)使(shǐ)用壽命(mìng)。如果電(diàn)壓(yā)升高(gāo)10%，電容器的(dí)使(shǐ)用(yòng)壽命(mìng)縮短一(yī)半。

　　3有(yǒu)源(yuán)濾波(bō)裝置在城市軌(guǐ)道(dào)交通(tōng)中的應(yīng)用效果

　　3.1工程(chéng)概況(kuàng)

　　某市地(dì)鐵4號綫工(gōng)程起於航天新城，止於北(běi)客站(zhàn)，綫(xiàn)路總(zǒng)長35.2km，共(gòng)設置29座車站。考慮(lǜ)到(dào)地鐵列車(chē)的配電(diàn)係(xì)統在(zài)運(yùn)行(háng)過程(chéng)中，產量(liáng)大(dà)量(liáng)的諧波(bō)，為了(liǎo)改(gǎi)善配電(diàn)係統(tǒng)的電能質量，某市(shì)地鐵4號(hào)綫在全綫所有車(chē)站均(jūn)安裝有(yǒu)源濾(lǜ)波(bō)裝(zhuāng)置(zhì)，實(shí)現對諧(xié)波(bō)的(dí)治(zhì)理(lǐ)。

　　3.2諧波治理

　　某(mǒu)市地鐵4號綫(xiàn)選擇的(dí)是LBAPF有源濾波(bō)器，對於諧(xié)波的(dí)治理主(zhǔ)要是對(duì)降壓(yā)變電(diàn)所的動(dòng)力(lì)照(zhào)明係(xì)統進(jìn)行電能質(zhì)量綜合治(zhì)理(lǐ)。在變(biàn)壓(yā)器低壓側母綫采取集中治(zhì)理的(dí)方式(shì)進(jìn)行治(zhì)理。治理效果比較(jiào)明顯，效率高，能(néng)夠(gòu)完成諧(xié)波的(dí)治理，達到(dào)軌道(dào)交通的(dí)相(xiāng)關(guān)要(yào)求。LBAPF有源(yuán)濾(lǜ)波裝(zhuāng)置(zhì)具(jù)有極(jí)快的響(xiǎng)應時(shí)間(jiān)，主(zhǔ)電(diàn)路拓撲(pū)和控(kòng)製(zhì)算(suàn)法(fǎ)，其(qí)精(jīng)度高，運行(háng)更穩定(dìng)。既可補諧波(bō)，又可兼補(bǔ)無(wú)功：模塊化(huà)設計(jì)，便於生產(chǎn)調(tiáo)試便利的(dí)並聯設計(jì)：具有(yǒu)完蓋(gài)的橋售過流，保護(hù)功能。使(shǐ)用方便，易(yì)於(yú)操作(zuò)和(hé)維(wéi)護(hù)。LBAPF有(yǒu)源濾(lǜ)波(bō)器相關的技術參(cān)數和原件(jiàn)如下(xià)表:

　　表1為有源(yuán)濾(lǜ)波(bō)裝置(zhì)相(xiāng)美(měi)技術(shù)參(cān)數表(biǎo)

3.3諧波治(zhì)理(lǐ)效果

　　為了(liǎo)檢驗(yàn)有源濾波(bō)裝置(zhì)對(duì)軌(guǐ)道交(jiāo)通(tōng)供(gōng)電(diàn)質量(liáng)的(dí)改(gǎi)善，2019年1月8日(rì)到15日(rì)對(duì)某(mǒu)市地鐵(tiě)4號綫已經安裝(zhuāng)有源濾波裝置的(dí)車站使用電(diàn)力(lì)分析(xī)儀對配電係統進(jìn)行檢查(chá)。本次使用(yòng)的(dí)電(diàn)力(lì)分析(xī)儀型號(hào)為CA8335，這(zhè)種(zhǒng)型號(hào)的(dí)分(fēn)析(xī)儀具(jù)有*的(dí)記錄功(gōng)能，可(kě)以對(duì)配電係統(tǒng)的(dí)電壓升(shēng)降，電(diàn)壓中斷，電(diàn)壓(yā)頻(pín)率，電(diàn)流，電(diàn)壓(yā)峰值，有(yǒu)功功率(shuài)，無功功(gōng)率(shuài)，閃變，諧波電壓，電流(liú)不平(píng)衡率等指標(biāo)進行(háng)長時間記(jì)錄(lù)。將電壓夾(jiā)，電(diàn)流(liú)鉗等連接地鐵車站的配電(diàn)係統，采(cǎi)集配電係統(tǒng)的(dí)電(diàn)流，電(diàn)壓(yā)，然後(hòu)進行測試。通(tōng)過(guò)測(cè)試分析(xī)地鐵(tiě)車(chē)站安(ān)裝有源濾(lǜ)波(bō)裝置以後，電壓(yā)，電流的(dí)變(biàn)化(huà)。測(cè)試儀(yí)器采(cǎi)集(jí)不(bù)同時段地(dì)鐵車站運行數據，從而測試配(pèi)電係(xì)統的供(gōng)電(diàn)質量(liáng)。經(jīng)過長(cháng)時(shí)間的測試(shì)跟蹤(zōng)得(dé)出有源濾波裝置開(kāi)啟前後(hòu)功(gōng)率(shuài)，功率(shuài)因素平均值(zhí)，統計(jì)結果(guǒ)如(rú)下表：

　　表2有(yǒu)源(yuán)濾(lǜ)波裝置開(kāi)啟(qǐ)前後功率(shuài)以及(jí)公功(gōng)率(shuài)因(yīn)素平均值(zhí)

表3為有(yǒu)源(yuán)濾波裝置開啟前後(hòu)諧(xié)波電(diàn)流百分比(bǐ)

3.4結(jié)果分析

　　從(cóng)上(shàng)述表(biǎo)格內容(róng)可以(yǐ)得出(chū)，有(yǒu)源濾波裝置開啟(qǐ)前(qián)，4號綫(xiàn)的(dí)配(pèi)電(diàn)係(xì)統3，5，7，9，11，13次諧波的電(diàn)流比(bǐ)較大(dà)，功率因(yīn)數(shù)偏(piān)低(dī)。有(yǒu)源濾(lǜ)波(bō)裝置(zhì)開啟後，配電(diàn)係(xì)統的諧波經(jīng)過(guò)有源濾(lǜ)波裝(zhuāng)置(zhì)的處(chǔ)理以(yǐ)後(hòu)，效(xiào)果比較(jiào)好(hǎo)，A相(xiāng)總電(diàn)流(liú)畸(jī)變率從10.4%降(jiàng)低(dī)到2.1%；B相總(zǒng)電流(liú)畸變率(shuài)從(cóng)20.3%降低(dī)到(dào)2.8%；C相總(zǒng)電(diàn)流(liú)畸變(biàn)率(shuài)從(cóng)27%降低(dī)到3.4%。功(gōng)率因素從0.8提(tí)高到0.95。所以(yǐ)，有源(yuán)濾波(bō)裝(zhuāng)置(zhì)改(gǎi)善(shàn)了4號綫的配(pèi)電係(xì)統供電(diàn)質量，降低了(liǎo)配電係統的(dí)無(wú)功損(sǔn)耗，消除了(liǎo)配(pèi)電(diàn)係統的諧波(bō)電流，提(tí)高(gāo)了配(pèi)電(diàn)係統(tǒng)的運(yùn)行(háng)效(xiào)率(shuài)和(hé)電力(lì)設備的(dí)使(shǐ)用(yòng)壽命(mìng)，有(yǒu)源濾(lǜ)波裝(zhuāng)置(zhì)的(dí)安(ān)裝(zhuāng)達(dá)到(dào)了(liǎo)設計(jì)要(yào)求(qiú)。

　　4安科(kē)瑞APF有源濾(lǜ)波器產品選型

　　4.1產品特點(diǎn)

　　(1)DSP+FPGA控(kòng)製方式，響應(yīng)時間短(duǎn)，全數字控製(zhì)算(suàn)法(fǎ)，運(yùn)行穩(wěn)定(dìng)；

　　(2)一機多能，既可補諧波，又(yòu)可(kě)兼(jiān)補無功，可對(duì)2～51次諧波(bō)進(jìn)行(háng)全補償或特定次(cì)諧(xié)波進行補償；

　　(3)具有(yǒu)*的橋臂過流保(bǎo)護，直流(liú)過(guò)壓保(bǎo)護(hù)，裝置過(guò)溫(wēn)保(bǎo)護功能(néng)；

　　(4)模塊化設(shè)計，體(tǐ)積(jī)小，安裝(zhuāng)便利(lì)，方便(biàn)擴容；

　　(5)采用(yòng)7英寸大(dà)屏幕(mù)彩(cǎi)色觸摸屏(píng)以(yǐ)實現參數設(shè)置和控製，使(shǐ)用方(fāng)便(biàn)，易於(yú)操(cāo)作(zuò)和維護；

　　(6)輸出端加裝濾(lǜ)波(bō)裝(zhuāng)置，降低高頻(pín)紋(wén)波對電力係(xì)統(tǒng)的影(yǐng)響(xiǎng)；

　　(7)多(duō)機(jī)並(bìng)聯，達(dá)到較(jiào)高(gāo)的電流(liú)輸(shū)出等(děng)級；

　　4.2型號說明(míng)

　　4.3尺寸說明

　　4.4產(chǎn)品實物(wù)展示

ANAPF有源(yuán)濾波器

　　5安科(kē)瑞智(zhì)能電容器(qì)產品(pǐn)選型

　　5.1產(chǎn)品概(gài)述(shù)

　　AZC/AZCL係列(liè)智(zhì)能電容(róng)器是(shì)應用於(yú)0.4kV，50Hz低壓(yā)配電(diàn)中(zhōng)用於(yú)節省(shěng)能源(yuán)，降(jiàng)低綫損(sǔn)，提高功(gōng)率(shuài)因數和(hé)電能質量(liáng)的(dí)新一(yī)代無功補償(cháng)設(shè)備。它由智能(néng)測控單元，晶(jīng)閘(zhá)管復(fù)合開關電(diàn)路，綫路保(bǎo)護(hù)單元，兩(liǎng)台(tái)共補或一(yī)台分補低壓電(diàn)力(lì)電(diàn)容(róng)器(qì)構成(chéng)。可替代(dài)常(cháng)規由熔(róng)絲(sī)，復合開關(guān)或機械式(shì)接(jiē)觸器，熱繼電器，低壓電(diàn)力(lì)電容器(qì)，指(zhǐ)示(shì)燈等散(sàn)件(jiàn)在櫃(guì)內(nèi)和(hé)櫃(guì)麵(miàn)由導綫連接(jiē)而組成(chéng)的自(zì)動(dòng)無功補償(cháng)裝(zhuāng)置(zhì)。具有體(tǐ)積更(gēng)小，功耗更低，維護方便，使(shǐ)用壽命(mìng)長，可(kě)靠(kào)性高(gāo)的特(tè)點，適應現代電(diàn)網對(duì)無(wú)功(gōng)補(bǔ)償的(dí)更高要求。

　　AZC/AZCL係(xì)列智能電容器(qì)采(cǎi)用定式(shì)LCD液晶顯示器，可顯示三相(xiāng)母綫電壓(yā)，三(sān)相母綫電流(liú)，三相(xiāng)功率(shuài)因數，頻(pín)率，電容器路(lù)數(shù)及(jí)投切(qiē)狀(zhuàng)態，有(yǒu)功(gōng)功(gōng)率，無功(gōng)功率(shuài)，諧(xié)波電(diàn)壓總畸(jī)變率，電(diàn)容(róng)器(qì)溫(wēn)度(dù)等(děng)。通過(guò)內部(bù)晶(jīng)閘管(guǎn)復(fù)合開(kāi)關電路(lù)，自(zì)動尋(xún)找適(shì)宜(yí)投(tóu)入（切除）點，實(shí)現過零(líng)投切，具有過(guò)壓(yā)保護(hù)，缺(quē)相保(bǎo)護，過諧保護(hù)，過溫保護等(děng)保(bǎo)護功能(néng)。

　　5.2型(xíng)號說明

　　AZC係(xì)列智能電容器選型：

AZCL係(xì)列智能(néng)電(diàn)容(róng)器選型(xíng)：

5.3產品實物展示

AZC係列(liè)智能電(diàn)容(róng)模塊AZCL係列智(zhì)能電容(róng)模塊

安科瑞無功(gōng)補(bǔ)償(cháng)裝置(zhì)智能電容(róng)方案

　　6結(jié)束(shù)語(yǔ)

　　將有源濾波裝(zhuāng)置(zhì)投入(rù)到城(chéng)市軌(guǐ)道交(jiāo)通(tōng)的(dí)配(pèi)電係統中，降(jiàng)低了配(pèi)電(diàn)係統諧波畸變(biàn)率，提高了(liǎo)配(pèi)電(diàn)網(wǎng)的功率因素，降(jiàng)低了配電(diàn)係統(tǒng)的(dí)損耗(hào)，避(bì)免(miǎn)諧(xié)波(bō)對軌道(dào)交(jiāo)通(tōng)供電(diàn)，列(liè)車調度，通信信(xìn)號等方麵(miàn)的(dí)影響(xiǎng)，提(tí)高了整(zhěng)個(gè)供配(pèi)電(diàn)係(xì)統的安全性。