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地铁行业的电能质量治理
2017-07-13 14:50:04  作者:  来源:中国设计师网  
  •   本文通过对地铁配电系统现状的研究,分析了其主要存在的一些电能质量问题,再通过详细的案例解析介绍了问题的解决过程和获得的治理效益,从而确立了提高地铁配电系统电能质量的有效方式和重要性。

  深圳市盛弘电气股份有限公司 田绪阳

  1 引言

  随着城市建设的飞速发展,人们的交通出行方式变得日益快捷、多样化。地铁作为一种现代城市交通工具,具有绿色、便捷、舒适等重要特点,在人们的日常生活中扮演着越来越重要的角色。然而,随着地铁的飞速发展,地铁站用电负荷的急剧增加,其供电系统的电能质量正在受到前所未有的冲击。本文正是着眼于此,分析和研究了地铁供电系统在电能质量方面存在的问题,并提出了行之有效的解决方案,为地铁建设管理和运营维护提供了有益的参考。

  2 地铁行业的电能质量问题

  国内的地铁供电系统一般采用110/35KV集中供电方式,与城市电网相对独立,具有一定的稳定性和特殊性,但近年来,随着轨道交通的高速发展,其供电系统的结构也越来越复杂,引进先进技术的同时出现了大量的非线性负荷,如各类防火排烟阀、应急照明设备、消防水泵、监控机房的大量服务器设备等,造成供电系统的电能质量(包括谐波、电压波动和闪变、不平衡度、功率因数等)的技术指标不同程度地超标,这些电能质量问题对供电系统造成了不同程度的危害,严重时可能发生电气火灾或者设备误动作、损坏等,从而造成严重的经济损失和安全隐患。本文通过无锡地铁二号线的成功案例分析,对治理地铁行业谐波治理的必要性进行了验证。

  3 地铁行业的电能质量分析

  3.1典型负载介绍

  地铁行业的典型负载主要包括以下几个部分:

  (1)消防负荷:火灾自动报警系统设备、防排烟风机及各类防火排烟阀、防火(卷帘)门、消防疏散用自动扶梯、消防电梯、应急照明、主排水泵、雨水泵、防淹门及火灾或其他灾害仍需使用的用电设备;

  (2)公共安全负荷:通信系统设备、信号系统设备、综合监控系统设备、电力监控系统设备、环境与设备监控系统设备、门禁系统设备、安防设施;

  (3)照明负荷:地下站厅站台等公共区照明、地下区间照明等;

  (4)其他负荷:自动售检票设备、屏蔽门(安全门)设备、变电所操作电源、采暖区的锅炉房设备等。

  其中,火灾自动报警系统设备、环境与设备监控系统设备、专用通信系统设备、信号系统设备、变电所操作电源、地下车站及区间的应急照明为特别重要负荷。图1为地铁行业典型低压配电系统图。

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  3.2 无锡地铁二号线治理效益展示

  为了验证地铁行业的电能质量治理效益,我们选取无锡地铁二号线的应用案例作介绍。无锡轨道交通二号线是指贯穿无锡城区东西的一条城市快速轨道交通线路。该线起于滨湖区梅园站,止于锡山区安镇站,沿途穿越河埒口商圈、中心商务区、广益新城、锡东新城等城市重要区域,为《无锡市城市快速轨道交通规划》中的第二条线路。无锡地铁二号线共26个站,共有52套盛弘的滤波器投入使用,合计总量为5820A。

  下面就梁溪大桥站和三阳广场站两个典型治理点的情况作简要分析。

  (1)三阳广场站1#主变

  结论:从以上图形和数据对比可以看出,此主变下APF投入以后电能质量明显改善,电压畸变率和电流畸变率明显减小,治理前电流畸变率高达到了12%左右,APF开机后电流畸变率已经降到了2.0%左右,其中3、5、7次谐波电流明显消除,治理效果非常明显,大大提高了配电系统的电能质量。

  (2)梁溪大桥站1#主变  结论:从以上图形和数据对比可以看出,此主变下APF投入以后电能质量明显改善,电压畸变率和电流畸变率明显减小,治理前电流畸变率高达到了20%左右,APF开机后电流畸变率已经降到了6.0%左右,其中3、5、7、次谐波电流明显消除,治理效果非常明显,大大提高了配电系统的电能质量。

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  3.3 就地治理方案

  地铁行业中某些谐波含量特别大的负荷如UPS和节能照明设备等,其产生的谐波会向上级电网传递,从而对变压器和其他用电设备造成严重的危害,针对此类负荷可以采用就地治理的方案,从源头滤除谐波,从而提高用电系统的可靠性和稳定性。下面以三阳广场站单负荷测试数据为例作简要说明。

  结论:从以上测试数据可以看出,该负荷的谐波污染十分严重,其电流畸变率达到了80%左右,而且含有大量的零序谐波。从电流波形图可以看出,其零线电流达到了22.5A,比C相电流还大,零线电流过大容易引起线路严重发热甚至烧毁,这是十分危险的。像这样畸变率特别突出的谐波源,十分适合就地治理方式,从源头消除谐波,避免对上级网络的电能污染,配合总线的集中治理,进一步提高系统的电能质量。

  3.4 谐波治理效益

  采用有源滤波器对配电系统的谐波进行治理可以得到如下效益:

  (1)消除流过配电线路的谐波,可以减小流过配电线路的电流有效值,从而大大减小线路、变压器损耗,节约电能;同时能够降低配电线缆及变压器的温升,提高变压器及电缆带载能力,延长变压器和电缆使用寿命;

  (2)提升设备稳定性和使用寿命,现代照明设备、通信设备、弱点设备等都容易受谐波的干扰而影响其正常的工作或减少其使用寿命;

  (3)减少控制设备和继电保护装置误动作或拒动作,提高供电的安全和可靠性;

  (4)提升变压器和配电线缆的带载能力,相当于对系统进行了一次扩容,减少了系统在扩容方面的投入。

  (5)有源滤波器也可以补偿系统所缺的无功,保证系统的功率因数。

  4 Sinexcel产品应用于地铁行业的优势

  (1)地铁站多位于市区繁华地段,寸土寸金。因此对于空间的有效利用有着很高的要求。Sinexcel系列产品均采用模块化设计理念,体积小、重量轻,完全满足节省空间的要求。SinexcelAPF、SVG不仅可以壁挂式安装,还可整柜安装,在整柜安装时柜体最小宽度可做到600mm。

  (2)地铁站对于站内的舒适度要求也很高。轨道列车、空调和配电设备等在运行时都会产生大量噪声,对地铁的声环境有很大影响。因此,减少设备运行时的噪声也是需要十分注意的地方。SinexcelAPF、SVG、AVC在运行时噪声均很小,如:Sinexcel00APF噪声小于56dB,可在一定程度上降低有源滤波设备对地铁站声环境的影响。

  (3)地铁站作为人流量极大地公共场所,站内设备安全稳定运行的重要性是不言而喻的。Sinexcel产品在市场的应用容量十分巨大,APF在市场的应用容量已经超过700000A,并且有多行业应用案例,久经历练。SinexcelAPF、SVG、AVC内部核心元器件均采用国际领先水平的知名品牌,如:德州仪器、英飞凌等。因此,Sinexcel产品完全能满足地铁站对于站内设备安全稳定、高可靠性的需求。

  (4)地铁站站内设施的自动化程度极高,对于大多数设备均要求具备远程鉴测及控制功能。SinexcelAPF、SVG、AVC均具有功能强大的PC监控软件,可远程监测其运行状态,还可以通过PC监控软件远程控制其各项功能。SinexcelAPF是盛弘电气自主研发的有源滤波设备,为客户预留了通讯接口,客户也可以根据我们提供的通讯协议自行编写监控软件,以期满足不同场合的特殊需求。

  (5)根据人流量的大小不同,地铁站站内设施也有很大区别。各站点所需的有源滤波及无功补偿容量也各不相同。SinexcelAPF单模块拥有25A、35A、50A、60A、100A五个容量等级,SVG单模块拥有50kvar、100kvar两个容量等级,各容量模块之间可自由并联扩容,能够满足不同站点的各种容量需求。

  (6)由于地铁站修建在地下,设备的运输远没有地上方便。Sinexcel系列产品采用模块化设计,大大提高了运输的便利性。在产品运行过程中如果出现故障,很容易将新模块运送到相应位置,单模块更换只需十分钟。Sinexcel产品的模块化设计可使得设备安装更加方便,维护更加简单。

  (7)地铁站站点负载主要为照明光源、自动扶梯、风机、空调等,主要谐波源为变频器。大量实例可以看出,Sinexcel产品对治理此类负载的谐波与无功补偿效果明显,稳定可靠。

  5 小结

  由于现代化的地铁供电系统结构复杂,负载多样,并且采用了大量的电力开关器件和电子设备,导致了大量的谐波电流的产生。传统的无源滤波装置由于自身的局限性已经很难适应如此复杂的工况。

  作为电能质量行业的领导者,盛弘电气时刻关注着地铁配电系统的电能质量问题。就如何最大限度地提高地铁配电系统的节能效益和供电系统稳定性作了大量的准备工作,并推出了sinexcel有源滤波器电能质量解决方案。sinexcel有源滤波器反应速度快、补偿效果好、低损耗、高寿命,是目前为数不多的安全高效的电能质量解决方案。采用sinexcel有源滤波器治理系统谐波污染,不仅可以保障设备的安全可靠运行,还能降低系统的线路损耗,节省电费支出,从而为轨道交通营造出一个清洁、节能的电气环境。

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