地铁电力系统中谐波产生原因及危害探讨.docx

地铁电力系统中谐波产生原因及危害探讨摘要：轨道交通是由多个系统工程构成的各个系统互相依存、互相影响由于电力电子技术的发展各种新型用电设备在轨道交通行业中大量应用高次谐波的影响越来越引起业者重视这就要求从业者充分地论证分析采用适合轨道交通行业的方式将可能的影响降到最低。关键词：地铁；谐波；危害中图分类号：U231+.3文献标识码：A文章编号：1地铁低压配电系统中的谐波源谐波产生于发输电、供变电和用电各个环节但产生谐波最多的是用电环节。电力谐波产生源主要是系统网络中的非线性元件如整流装置、饱和状态的铁磁性元件。整流装置是产生谐波的主要来源。理论上整流装置产生的谐波次数为相数（或每周脉冲数）的整数倍±1而谐波电流与谐波次数成反比。如：单相整流电路中3次谐波的含量可达基波的33%；三相全控桥式6脉整流器电路中5次谐波含量20%。由此可见整流装置相数越多其产生的谐波电流值越小。地铁牵引系统采用的整流机组均为24脉波其所产生的谐波电流已大大减少。地铁低压配电系统用电设备中的谐波源主要有以下几种：（1）非线性电光源荧光灯因具有光效高、显色性好、配用电子镇流器后也可调光（调频调幅）等优点被大量使用于建筑内外的各种场所但均含有奇次谐波。各种荧光灯的谐波电流含有率相差较大：普通绕线式电感镇流器含有率12%～13％的3次谐波；普通电子镇流器主要设置了逐流型的滤波电路其谐波总量在20%以上低谐波型电子镇流器加强了谐波的过滤其谐波总量可以控制在10%～15%；另外为提高功率因数荧光灯一般均装有并联电容器但电容器起明显放大谐波的作用。（2）计算机类弱电负荷大多数计算机类设备都使用了开关电源(SMPS)。它将传统的变压器和整流器替换成由电源直接经可控制的整流器件去给存贮电容器充电然后通过高频PWM(脉冲宽度调制)信号控制开关管输出所需的多个直流电流通过控制PWM占空比达到稳定输出的目的。它们不能从电源汲取连续的正弦电流而只能汲取脉冲电流从而产生大量的三次及高次谐波的分量。（3）变频器和软启动器变频器和软启动器已越来越多地被运用到地铁系统中的水泵、电梯、通风及空调系统中变频一般分为2类：交-直-交变频器和交-交变频器。二者均采用相位控制技术所以在变换后会产生含复杂成分(整次、分次、高次)的谐波。多数产品采用6（或12）脉整流因而含有大量的5（或11）次谐波。由于多数产品自身都采取了谐波防治措施但质量良莠不齐其谐波含量也相差很大从10%～40%不等。因变频装置一般具有较大功率所以也会对电网造成严重的谐波污染。（4）UPS、EPS电源UPS不间断电源、EPS应急电源所产生的谐波主要是由其内部的整流装置产生的因其谐波含量与整流装置相似。地铁配电系统中的设备产生的大量的谐波电流严重地污染了电网质量谐波对用电设备也会产生较大危害及用电隐患。特别是无功补偿的投入使谐波进行放大导致电容器烧毁、损坏等。2谐波污染对地铁各个系统的危害2.1谐波污染对电网的影响谐波污染造成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、线路和设备过热等谐波对电网的安全性、稳定性、可靠性的影响还表现在可能引起电网发生谐振、使正常的供电中断、事故扩大、电网解裂等。造成系统中的设备和元件产生的附加损耗引起变压器、电缆、电机等设备发热加速绝缘老化；造成断路器电弧熄灭时间的延长影响断路器的开断容量；造成电子元件的继电保护或自动装置误动作；影响电子仪表和通信系统的正常工作降低通信质量；增大附加磁场的干扰等。2.2谐波对配电变压器的影响谐波电流使变压器的铜损增加引起局部过热、振动、噪声增大、绕组附加发热。谐波电压引起的附加损耗使变压器的磁滞及涡流损耗增加。2.3谐波对电缆的影响谐波污染会使电缆的介质损耗、输电损耗增大泄漏电流上升温升增大干式电缆的局部放电增加引发单相接地故障的可能性增加。谐波对供电线路产生了附加损耗。由于集肤效应和邻近效应使线路电阻随频率增加而提高造成电能的浪费；由于中性线正常时流过电流很小故其导线较细当大量的三次谐波流过中性线时会使导线过热损害绝缘引起短路甚至火灾。3抑制谐波的措施为了把谐波对电力系统的干扰（污染）限制在系统可以接受的范围内我国和国际上分别颁布了“电力系统谐波管理暂行规定”和IEC标准明确了各种谐波源产生谐波的极限值。地铁低压配电系统抑制谐波的主要措施有：（1）设置电容型无功补偿装置；（2）设置有源滤波装