地铁低压谐波测试及有源滤波器应用分析

张美

摘要：绿色电网、节能降耗已成为现代化企业努力的目标，也是企业急需解决的问题。作为地铁车站这类市政公共交通建筑的重点系统——配电系统。实现绿色电网实质上是解决电网中存在的各种电能问题，主要是谐波与无功问题两个方面，就地铁1#线目前的系统状态而言，其低压配电系统标配有有源滤波器APF但未投入。系统谐波问题仍然存在，因而需对该站点进行详细的测试为该线路的有源滤波器APF进行必要性评估，对后续新开线路的有源滤波器设置提出参考意见。

关键词：地铁低压谐波;有源滤波器;应用

1地铁电能质量分析

目前城市轨道交通普遍存在的电能质量问题就是功率因数、电压波动与闪变及谐波。当前35kV和400V大量使用电缆，夜晚所有负荷基本停运，感性无功基本接近为零，产生的容性无功只有几MVA。无功倒送进电力系统，导致功率因数会很低同时，电力机车是典型的非线性负荷，由于启停频繁，会产生冲击性负荷，此类冲击会造成电压的波动与闪变。

2主要研究内容

由于某地铁110kV、35kV无功及谐波已治理，本次课题突出治理低压设备的无功及谐波。谐波电流会导致系统的运行威胁同时还会造成电缆的额外发热并加速电缆的绝缘老化导致不安全因素的出现，严重时会影响甚至是中断生产工作的进行。故该公司组织针对地铁站低压配电室的1#和2#变压器进行了全面测试。同时对地铁系统中负载主要为照明、空调、泵机类、电梯、信号电源、UPS等设备进行开启APF和不开启APF情况下进行测试，对测试数据进行统计分析，选出合适的型号的治理设备，同时计算该设备选择的节能性。

3测试数据及分析

（1）测试说明。本次测试主要针对开远门地铁站低压配电室的1#和2#变压器进行了全面测试。系统中负载主要为照明、空调、泵机类、电梯、信号电源、UPS等设备，开关电源的启动瞬间形成电流冲击，和其它设备在运行过程中会对系统产生谐波电流污染。该系统中各变压器的负荷性质决定了在其运行的过程中会产生谐波电流并汇入配电网中对配电系统造成一定的谐波污染問题，系统中存在的节能照明在运行过程中存在N线上谐波电流的叠加情况，N相电流是相线的3倍，本次测试主要是针对这些问题进行的。根据工程实践经验，谐波电流会导致系统的运行威胁同时还会造成电缆的额外发热并加速电缆的绝缘老化导致不安全因素的出现，严重时会影响甚至是中断生产工作的进行。

（2）测试方法。在现场工作人员的配合下对共计2台变压器进行了详细的测试，本次方案的目标是完全消除系统中谐波电流污染的问题尤其是N线电流的叠加问题，因此对于电流数据的采集极为重要。在方案制定时将会根据测试值对现场治理设备进行设计选型，保证系统中谐波电流的有效滤除。测试时每个测试点均进行了24小时的监测能够明确整个周期内的典型电能质量状况。

（3）测试数据及分析。a.1#变压器低压侧测试数据。

电压电流数据表

分析：通过上述测试数据分析出，电压畸变率为1.5%以内，电流畸变率为25%左右，系统基波电流有效值最大约为500A，电流畸变频谱表明其中3次、5次、7次和11次谐波电流为主，总的谐波电流有效值约为125A，N线电流主要为3次谐波电流的叠加导致。需要选择的输出治理电流每相至少在125A以上，N线输出能力为相线的3倍，可有效解决中线谐波电流叠加的问题。该变压器为1250kVA的变压器，现有地铁车站的滤波器设计中考虑到功率因数提高至0.92的要求，因此需要考虑留有一定容量进行无功补偿。

b.2#变压器低压侧测试数据。

电压电流数据表

分析：通过上述测试数据分析出，电压畸变率为1.5%以内，电流畸变率为20%左右，系统基波电流有效值最大约为500A，电流畸变频谱表明其中3次、5次、7次和11次谐波电流为主，总的谐波电流有效值约为100A，N线电流主要为3次谐波电流的叠加导致。需要选择的输出治理电流每相至少在100A以上，N线输出能力为相线的3倍，可有效解决中线谐波电流叠加的问题。该变压器为1250kVA的变压器，现有地铁车站的滤波器设计中考虑到功率因数提高至0.92的要求，因此需要考虑留有一定容量进行无功补偿。

4总结

通过上述测试数据可分析出，系统平均功率因数可达0.82，有功功率保持在240kW以内，按照现行设计院的要求补偿至0.92所需的最大补偿容量为65kVAR。在现有运行的线路中有源滤波器APF的补偿功能一般均以谐波治理为主，建议针对1250kVA的变压器需要安装的有源滤波器治理容量至少为150A。