淺談?dòng)性礊V波裝置在軌道交通行業(yè)的應(yīng)用與選型


    摘要:軌道交通運(yùn)行中需要大量的變頻設(shè)備,導(dǎo)致其電網(wǎng)中含有大量的諧波,這些諧波影響到電網(wǎng)供電穩(wěn)定性,從而威脅到城市軌道交通運(yùn)輸?shù)男院头€(wěn)定性。有源濾波裝置在城市軌道交通中的應(yīng)用,可以電網(wǎng)中的諧波,確保電網(wǎng)運(yùn)行性。

    關(guān)鍵詞:有源濾波;城市軌道交通;諧波治理

    0引言

    本文主要介紹了有源濾波裝置、諧波對(duì)城市軌道交通的影響以及有源濾波裝置在某市地鐵4號(hào)線的應(yīng)用,了良好的效果,電流諧波畸變率從27%降低到2.3%,功率因素從0.8提高到0.95,諧波改善效果非常顯著。

    1有源濾波裝置

    有源濾波裝置,就是一種用語(yǔ)動(dòng)態(tài)抑制諧波、補(bǔ)償無(wú)功的新型電力電子裝置,能夠?qū)θ魏沃C波進(jìn)行治理,在當(dāng)前已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到了軌道交通行業(yè)中。有源濾波裝置,是采用現(xiàn)代電力電子技術(shù)和基于高速DSP器件的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù),制成的新型電力諧波治理設(shè)備,它由指令電流電路和補(bǔ)償電流發(fā)生電路構(gòu)成。指令電流電路對(duì)實(shí)時(shí)電流進(jìn)行監(jiān)控,并將模擬電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字電流信號(hào),然后通過通信通道傳輸?shù)綌?shù)字信號(hào)處理器中,數(shù)字信號(hào)處理器對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理,將諧波和基波進(jìn)行分離,并將脈寬調(diào)制信號(hào)向補(bǔ)償電流電路輸送驅(qū)動(dòng)脈沖,驅(qū)動(dòng)IGBT和IPM模塊,其生產(chǎn)的電流幅值和電網(wǎng)諧波電流幅值相等,然后將性不同的補(bǔ)償電流注入到電網(wǎng)中,從而對(duì)電網(wǎng)中產(chǎn)生的諧波電流進(jìn)行補(bǔ)償和抵消,電網(wǎng)中的電力諧波。有源濾波器了過去傳統(tǒng)濾波器只能固定補(bǔ)償或者無(wú)功補(bǔ)償?shù)娜秉c(diǎn),可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)電流進(jìn)行補(bǔ)償,既可以諧波,又可以達(dá)到無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康腫1]。

    2諧波對(duì)城市軌道交通功的影響

    諧波指的頻率為50Hz基波頻率整數(shù)倍的周期性正弦能量。諧波是影響供電質(zhì)量的重要因素,城市軌道交通運(yùn)行過程中,需要直流牽引網(wǎng)為列車供電,直流電源需要通過硅整流獲得,整流在交、直流變換過程中產(chǎn)生諧波。同時(shí),地鐵列車為了提高舒適性、性和性,安裝大量的調(diào)頻裝置、風(fēng)機(jī)、監(jiān)控系統(tǒng)、電力機(jī)車等設(shè)備,這些設(shè)備數(shù)量比較多,在運(yùn)行過程中,對(duì)城市軌道交通產(chǎn)生重要影響。

    2.1影響電網(wǎng)

    地鐵低壓電氣系統(tǒng)包括AC400V開關(guān)柜進(jìn)線、配電箱、動(dòng)力配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、應(yīng)急電源裝置、接地與系統(tǒng)。地鐵電網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生大量的諧波,導(dǎo)致電網(wǎng)接地保護(hù)裝置失效,增加電力損耗,影響到電網(wǎng)的性和性。軌道交通產(chǎn)生大量的諧波,需要無(wú)功補(bǔ)償裝置進(jìn)行補(bǔ)償,增加了電力設(shè)備的損耗,導(dǎo)致電力設(shè)備絕緣體破裂、設(shè)備老化等問題。無(wú)功補(bǔ)償裝置長(zhǎng)期運(yùn)行,可能導(dǎo)致電力設(shè)備和線路溫度過高,加速設(shè)備的老化時(shí)間,從而導(dǎo)致斷路器電弧熄滅時(shí)間延長(zhǎng),斷路器出現(xiàn)誤斷現(xiàn)象,導(dǎo)致電力故障。

    2.2增加變壓器的損耗

    諧波增加變壓器內(nèi)部電阻損耗、導(dǎo)體中的渦流損耗以及外部損耗,導(dǎo)致變壓器發(fā)熱。目前地鐵工程低壓配電網(wǎng)的配電變壓器大多數(shù)采用星型或者三角形接線方式,這增加了電網(wǎng)零序諧波為變壓器一側(cè)繞組提供了環(huán)流桐廬,抑制諧波向電源端的傳輸,然而這種接線方式不會(huì)阻止其他頻率的諧波傳輸?shù)诫娫炊?,從而增加變壓器的損耗,進(jìn)一步增加電力損耗,影響到供電質(zhì)量。其次,諧波還會(huì)增加變壓器的鐵耗,導(dǎo)致變壓器發(fā)熱變形,這主要是由于變壓器內(nèi)的鐵芯中的磁滯損耗增加,諧波讓電壓的波形變差,從而增加了磁滯損耗。變壓器內(nèi)部電阻損耗、鐵耗的增加,減少變壓器實(shí)際電壓,從而影響到變壓器的發(fā)電容量,無(wú)法達(dá)到實(shí)際設(shè)計(jì)要求的電壓容量。

    2.3對(duì)補(bǔ)償裝置的損耗

    為了保證地鐵列車正常用電,城市軌道交通變壓器要保證長(zhǎng)時(shí)間供電,電壓器長(zhǎng)期處于飽和狀態(tài)下,自身產(chǎn)生一定的諧波。安裝電容器以后,電容器可以夠抵消一些諧波,但是如果諧波的的含量過大,造成電容器發(fā)熱,增加電容器表面絕緣物質(zhì)的老化,從而影響到電容器的使用時(shí)間。如果電容器投入到電壓已經(jīng)出現(xiàn)問題的電網(wǎng),則可以進(jìn)一步加劇諧波現(xiàn)象,大量的諧波讓電壓出現(xiàn)尖波形,電壓波可能誘發(fā)局部放電,由于電壓升降變壓化,導(dǎo)致局部電流過大,從而加劇絕緣介質(zhì)的老化程度,影響到電容器的使用壽命。如果電壓升高10%,電容器的使用壽命縮短一半。

    3有源濾波裝置在城市軌道交通中的應(yīng)用效果

    3.1工程概況

    某市地鐵4號(hào)線工程起于航天新城,止于北客站,線路總長(zhǎng)35.2km,共設(shè)置29座車站。考慮到地鐵列車的配電系統(tǒng)在運(yùn)行過程中,產(chǎn)量大量的諧波,為了改善配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量,某市地鐵4號(hào)線在全線所有車站均安裝有源濾波裝置,實(shí)現(xiàn)對(duì)諧波的治理。

    3.2諧波治理

    某市地鐵4號(hào)線選擇的是LBAPF有源濾波器,對(duì)于諧波的治理主要是對(duì)降壓變電所的動(dòng)力照明系統(tǒng)進(jìn)行電能質(zhì)量綜合治理。在變壓器低壓側(cè)母線采取集中治理的方式進(jìn)行治理。治理效果比較明顯,效,能夠完成諧波的治理,達(dá)到軌道交通的相關(guān)要求。LBAPF有源濾波裝置具有快的響應(yīng)時(shí)間,主電路拓?fù)浜涂刂扑惴ǎ渚雀?、運(yùn)行穩(wěn)定。既可補(bǔ)諧波,又可兼補(bǔ)無(wú)功:模塊化設(shè)計(jì),便于生產(chǎn)調(diào)試便利的并聯(lián)設(shè)計(jì):具有完蓋的橋售過流、保護(hù)功能。使用方便,易于操作和維護(hù)。LBAPF有源濾波器相關(guān)的技術(shù)參數(shù)和原件如下表:

    表1為有源濾波裝置相美技術(shù)參數(shù)表

    3.3諧波治理效果

    為了檢驗(yàn)有源濾波裝置對(duì)軌道交通供電質(zhì)量的改善,2019年1月8日到15日對(duì)某市地鐵4號(hào)線已經(jīng)安裝有源濾波裝置的車站使用電力分析儀對(duì)配電系統(tǒng)進(jìn)行檢查。本次使用的電力分析儀型號(hào)為CA8335,這種型號(hào)的分析儀具有強(qiáng)大的記錄功能,可以對(duì)配電系統(tǒng)的電壓升降、電壓中斷、電壓頻率、電流、電壓峰值、有功功率、無(wú)功功率、閃變、諧波電壓、電流不平衡率等指標(biāo)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間記錄。將電壓夾、電流鉗等連接地鐵車站的配電系統(tǒng),采集配電系統(tǒng)的電流、電壓,然后進(jìn)行測(cè)試。通過測(cè)試分析地鐵車站安裝有源濾波裝置以后,電壓、電流的變化。測(cè)試儀器采集不同時(shí)段地鐵車站運(yùn)行數(shù)據(jù),從而測(cè)試配電系統(tǒng)的供電質(zhì)量。經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)試跟蹤得出有源濾波裝置開啟前后功率、功率因素平均值,統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下表:

    表2有源濾波裝置開啟前后功率以及公功率因素平均值

    表3為有源濾波裝置開啟前后諧波電流百分比

    3.4結(jié)果分析

    從上述表格內(nèi)容可以得出,有源濾波裝置開啟前,4號(hào)線的配電系統(tǒng)3、5、7、9、11、13次諧波的電流比較大,功率因數(shù)偏低。有源濾波裝置開啟后,配電系統(tǒng)的諧波經(jīng)過有源濾波裝置的處理以后,效果比較好,A相總電流畸變率從10.4%降低到2.1%;B相總電流畸變率從20.3%降低到2.8%;C相總電流畸變率從27%降低到3.4%。功率因素從0.8提高到0.95。所以,有源濾波裝置改善了4號(hào)線的配電系統(tǒng)供電質(zhì)量,降低了配電系統(tǒng)的無(wú)功損耗,了配電系統(tǒng)的諧波電流,提高了配電系統(tǒng)的運(yùn)行效率和電力設(shè)備的使用壽命,有源濾波裝置的安裝達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

    4安科瑞APF有源濾波器產(chǎn)品選型

    4.1產(chǎn)品特點(diǎn)

    (1)DSP+FPGA控制方式,響應(yīng)時(shí)間短,全數(shù)字控制算法,運(yùn)行穩(wěn)定;

    (2)一機(jī)多能,既可補(bǔ)諧波,又可兼補(bǔ)無(wú)功,可對(duì)2~51次諧波進(jìn)行全補(bǔ)償或特定次諧波進(jìn)行補(bǔ)償;

    (3)具有完善的橋臂過流保護(hù)、直流過壓保護(hù)、裝置過溫保護(hù)功能;

    (4)模塊化設(shè)計(jì),體積小,安裝便利,方便擴(kuò)容;

    (5)采用7英寸大屏幕彩色觸摸屏以實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置和控制,使用方便,易于操作和維護(hù);

    (6)輸出端加裝濾波裝置,降低高頻紋波對(duì)電力系統(tǒng)的影響;

    (7)多機(jī)并聯(lián),達(dá)到較高的電流輸出等級(jí);

    4.2型號(hào)說明


    4.3尺寸說明



    4.4產(chǎn)品實(shí)物展示

    ANAPF有源濾波器

    5安科瑞智能電容器產(chǎn)品選型

    5.1產(chǎn)品概述

    AZC/AZCL系列智能電容器是應(yīng)用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節(jié)省能源、降低線損、提高功率因數(shù)和電能質(zhì)量的新一代無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備。它由智能測(cè)控單元,晶閘管復(fù)合開關(guān)電路,線路保護(hù)單元,兩臺(tái)共補(bǔ)或一臺(tái)分補(bǔ)低壓電力電容器構(gòu)成??商娲R?guī)由熔絲、復(fù)合開關(guān)或機(jī)械式接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等散件在柜內(nèi)和柜面由導(dǎo)線連接而組成的自動(dòng)無(wú)功補(bǔ)償裝置。具有體積小,功耗低,維護(hù)方便,使用壽命長(zhǎng),性高的特點(diǎn),適應(yīng)現(xiàn)代電網(wǎng)對(duì)無(wú)功補(bǔ)償?shù)母咭蟆?/p>

    AZC/AZCL系列智能電容器采用定式LCD液晶顯示器,可顯示三相母線電壓、三相母線電流、三相功率因數(shù)、頻率、電容器路數(shù)及投切狀態(tài)、有功功率、無(wú)功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等。通過內(nèi)部晶閘管復(fù)合開關(guān)電路,自動(dòng)尋找適宜投入(切除)點(diǎn),實(shí)現(xiàn)過零投切,具有過壓保護(hù)、缺相保護(hù)、過諧保護(hù)、過溫保護(hù)等保護(hù)功能。

    5.2型號(hào)說明


    AZC系列智能電容器選型:

    AZCL系列智能電容器選型:

    5.3產(chǎn)品實(shí)物展示

    AZC系列智能電容模塊AZCL系列智能電容模塊

    安科瑞無(wú)功補(bǔ)償裝置智能電容方案

    6結(jié)束語(yǔ)

    將有源濾波裝置投入到城市軌道交通的配電系統(tǒng)中,降低了配電系統(tǒng)諧波畸變率,提高了配電網(wǎng)的功率因素,降低了配電系統(tǒng)的損耗,避免諧波對(duì)軌道交通供電、列車調(diào)度、通信信號(hào)等方面的影響,提高了整個(gè)供配電系統(tǒng)的性。

    參考文獻(xiàn)

    [1]馬雄.淺談城市軌道交通低壓有源濾波裝置的應(yīng)用[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì),2018(15):4834.

    [2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.05版.

    [3]佘軍峰.有源濾波裝置在軌道交通行業(yè)的應(yīng)用



    安科瑞電子商務(wù)(上海)有限公司專注于餐飲油煙智能在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng),電動(dòng)機(jī)智能保護(hù)裝置,電瓶車智能充電管理系統(tǒng),工業(yè)能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng),弧光保護(hù)裝置,數(shù)顯溫濕度控制器等

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