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城市軌道交通低壓有源濾波裝置的應(yīng)用

瀏覽次數(shù):1128更新日期:2013-07-09

1、引言

隨著科技的進(jìn)步,城市化水平的不斷提高,城市軌道交通與人們?nèi)粘I钕⑾⑾嚓P(guān)。地軌道交通系統(tǒng)的用電設(shè)備繽紛復(fù)雜,其中像電力機(jī)車(chē)、空調(diào)水泵及風(fēng)機(jī)、電梯、機(jī)房網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、UPS、燈光調(diào)控系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)和其他電力電子設(shè)備分布在整個(gè)地鐵的應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)。造成了惡劣的諧波環(huán)境,對(duì)保證電力系統(tǒng)和設(shè)備的安全正常運(yùn)行造成了大的威脅。本文通過(guò)對(duì)諧波問(wèn)題產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析,提出切合工程實(shí)施的解決方案。

2、軌道交通存在的問(wèn)題

軌道供電系統(tǒng)中主要存在以下點(diǎn)問(wèn)題:

(1) 軌道交通的供電系統(tǒng)是比較特殊的單相供電,這樣導(dǎo)致了三相的嚴(yán)重不平衡;

(2) 電鐵軌道交通供電系統(tǒng)是經(jīng)大功率整流橋整流輸出后供機(jī)車(chē)取流牽引,目前電鐵機(jī)車(chē)都是采用直流斬波器作為牽引機(jī)車(chē)直流電源整流系統(tǒng),機(jī)車(chē)牽引取流時(shí)負(fù)荷變化劇烈及快速,產(chǎn)生大量11次、13次諧波電流;

(3) 其次是站用變頻器、UPS、開(kāi)關(guān)電源大量非線性負(fù)荷(3次、5次、7次等),且隨著節(jié)能的需要,變頻負(fù)荷所占比重逐年提高。變頻負(fù)荷逐年增加,其產(chǎn)生的諧波電流也在相應(yīng)增加。

(4) 電力機(jī)車(chē)頻繁啟動(dòng)、加速、制動(dòng)使得系統(tǒng)無(wú)功快速變化,諧波存在也增加了系統(tǒng)無(wú)功的損耗,致使功率數(shù)變化不定且低下。

(5) 根據(jù)GB50157-2003《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》,地鐵動(dòng)力照明供電系統(tǒng)應(yīng)采用并聯(lián)電力電容器作為無(wú)功補(bǔ)償裝置。從理論上,該電力電容器無(wú)論在基波下還是在諧波下均表現(xiàn)為容性,因此,對(duì)于不論是來(lái)自于配電變壓器高壓側(cè)的諧波還是來(lái)自于低壓變頻負(fù)荷產(chǎn)生的諧波均會(huì)起到放大作用。其放大作用已被多個(gè)地鐵系統(tǒng)的實(shí)測(cè)結(jié)果所驗(yàn)證。

3、諧波產(chǎn)生的危害

1) 影響動(dòng)力電氣設(shè)備的正常工作,除了引起附加損耗外,還可使變壓器局部嚴(yán)重過(guò)熱,使電容器、電纜等設(shè)備過(guò)熱、絕緣老化、壽命縮短,嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致變壓器燒毀、電纜放炮、電容器擊穿等故障;

(2) 會(huì)引起系統(tǒng)中局部并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振,從而使諧波放大,使前述的危害大大增加,甚至引起嚴(yán)重事故;

(3) 會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)內(nèi)繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置誤操作,如保護(hù)開(kāi)關(guān)誤跳閘,導(dǎo)致部分線路斷電;

(4) 使電力系統(tǒng)內(nèi)計(jì)算機(jī)等精密設(shè)備無(wú)法正常工作;

4、軌道交通系統(tǒng)諧波解決方案

ANAPF有源濾波器具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度小于20ms,濾除2-21次諧波,可以實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)的諧波電流,控制命令裝置發(fā)出反向相等的諧波電流,平衡系統(tǒng)諧波電流,濾除系統(tǒng)諧波電流,去除系統(tǒng)諧波電流,去除諧波損耗,穩(wěn)定系統(tǒng)電壓,平衡三相電壓,補(bǔ)償無(wú)功損耗。

4.1 ANAPF有源濾波器主要技術(shù)特點(diǎn)

DSP+FPGA全數(shù)字控制方式,具有快的響應(yīng)時(shí)間 ;的主電路拓?fù)浜涂刂扑惴?,精度更高、運(yùn)行更穩(wěn)定;一機(jī)多能,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),方便擴(kuò)容;具有完善的橋臂過(guò)流、保護(hù)功能;使用方便,易于操作和維護(hù)。

4.2 ANAPF有源濾波器主要技術(shù)參數(shù)

接線方式

三相三線或三相四線

接入電壓

3×380V ±10%

接入頻率

50Hz ±2%

動(dòng)態(tài)補(bǔ)償響應(yīng)時(shí)間

動(dòng)態(tài)響應(yīng)<4ms,全響應(yīng)時(shí)間<20ms;

開(kāi)關(guān)頻率

10kHz

諧波補(bǔ)償次數(shù)

2-21

保護(hù)類(lèi)型

直流過(guò)壓 IGBT過(guò)流 裝置溫度保護(hù)

過(guò)載保護(hù)

自動(dòng)限流在設(shè)定值,不發(fā)生過(guò)載

冷卻方式

智能風(fēng)冷

噪音

 65db(處于柜內(nèi)并運(yùn)作于額定狀態(tài)

工作環(huán)境溫度

-10℃~+45

工作環(huán)境濕度

85%RH 不凝結(jié)

安裝場(chǎng)合

室內(nèi)安裝

海拔高度

≤1000m(更高海拔需降容使用)

進(jìn)出線方式

下進(jìn)下出

防護(hù)等級(jí)

IP21

智能通信接口

RS485/MODBUS-RTU

遠(yuǎn)程監(jiān)控

可選

重量(kg)

三相四線

三相三線

30A、50A

7、100A

30A、50A

7、100A

280

360

240

290

4.3 ANAPF有源濾波器報(bào)價(jià)及元件清單

型號(hào):ANAPF100-400/B

參考價(jià)格:12萬(wàn)元/臺(tái)

主要產(chǎn)品明細(xì):

序號(hào)

名    稱

型    號(hào)

數(shù)量

1

APF電氣柜

800X600X2200

1

2

變流器

APFCOV-CVT100

1

3

控制器

APFMC-C100

1

4

電抗器

APF-RE.(S)DG-100

1

5

有源電流互感器

LT208-S7

3

6

濾波器

DL-1TH1

2

7

斷路器

CVS160FTM160D4P3D

1

8

接觸器

LC1D150M7C

1

9

微型斷路器

NDM1-63C32

1

10

中間繼電器

MY4NAC

2

11

R型變壓器

R320-0.38/0.22

1

12

諧波檢測(cè)儀

ACR350EGH

1

13

電線

16mm2

若干

14

電線

4mm2

若干

4.4  ANAPF有源濾波裝置在軌道交通中的應(yīng)用案列

某城市軌道交通系統(tǒng),變電系統(tǒng)的諧波治理采用集中補(bǔ)償方式。下圖為有源濾波裝置投入前后諧波電壓、諧波電流治理

 

由投入濾波器前后電網(wǎng)電流波形可清楚看出,電網(wǎng)電流諧波絕大部分被濾除掉,波形已經(jīng)為正弦波,總電流由2343A降低為2240A,電流值降低4.3%;總的電流畸變率由25.2%降為3.3%,補(bǔ)償率達(dá)到89%,功率因數(shù)由0.95提高到0.99。對(duì)照國(guó)標(biāo)電網(wǎng)諧波電流允許值可以清楚地看出,補(bǔ)償前各次諧波電流明顯超過(guò)國(guó)標(biāo)要求數(shù)倍,補(bǔ)償后各次諧波電流均能達(dá)到國(guó)標(biāo)要求。對(duì)于軌道交通供電系統(tǒng),安全運(yùn)行是*位的。有源濾波器投入后,配電系統(tǒng)諧波得到了很好的抑制,提升供電系統(tǒng)的供電可靠性,諧波對(duì)軌道交通系統(tǒng)的供電影響,保障了城市軌道系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

5、結(jié)論

本文分析了城市軌道交通系統(tǒng)的諧波存在源、諧波特性以及危害,介紹了ANAPF低壓有源濾波器的特點(diǎn)以及技術(shù)參數(shù),并通過(guò)某城市軌道交通系統(tǒng)中有源濾波器的應(yīng)用案例,對(duì)比分析了有源濾波器投入前后的諧波治理情況,由有源濾波器投入前后對(duì)比圖分析對(duì)城市軌道交通進(jìn)行諧波治理了電能質(zhì)量,總體提升了軌道交通系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行效率和電力能源的使用效率。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 郭其一同濟(jì)大學(xué)電氣工程城市軌道交通系統(tǒng)混合濾波器的設(shè)計(jì)及仿真. 2009:340-343

[2] 上海安科瑞電氣股份有限公司產(chǎn)品手冊(cè).2013.01.

 

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