随着城市轨道交通的高速发展,地铁供电系统的结构越来越复杂,引进先进技术的同时出现了大量的非线性负荷和冲击性负荷,如整流设备、变频设备、大功率电力电子设备和电磁开关等,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。如今,随着地铁开通数量的增加,轨道交通负荷对供电110kV电网的各电能质量指标会造成影响,尤其在谐波,无功,闪变方面,对电网电能质量的负面影响逐渐增大,电网要求新开通的地铁要增加动态无功补偿装置,并预留谐波治理地方,一旦发现有超标情况,就要增加滤波设备。

目前轨道交通中真正实现电能质量决策性的管理功能比较欠缺,检测系统没有集成在综合监控中,没有和电力监控合并,由于设备造价限制,在谐波、闪变等治理设备投入上有欠缺。因此,《电能质量》2017年6月刊 特别策划“轨道交通中电能质量问题研究”专题,邀请行业专家深入剖析,共同探讨。

我国城市轨道交通的发展与展望

国网湖北省电力公司电力科学研究院 胡斌

以地铁为主的城市轨道交通负荷一般在几千千伏安,电网供电等级为110kV。轨道交通采用的是先进的24脉动整流直流牵引,已从源头上将谐波污染降到低点,内部中压配网中根据电能质量评估情况在适当地方配有SVG电压无功动态补偿装置,可以有效的缓解电压偏差、闪变、功率因数等影响,内部电网还预留有APF等谐波治理、无功补偿等手段,而随着城市电网的不断加强,电网110kV的供电质量和承受能力都在提高。完全可以预见只要双方认真做好电能质量监督工作,未来城市轨道交通在空前发展的同时,对电网和自身用电的电能质量影响可以控制在允许范围内。

  • 朱明星

    副教授,硕士生导师,安徽大学教育部电能质量工程研究中心测试评估研究所所长,亚洲电能质量产业联盟副秘书长,中国电源学会电能质量专委会委员,中国电机工程学会城市供电专委会电能质量和电磁兼容学组委员。

  • 胡斌

    湖北省电力公司电力科学研究院高级工程师,电网电能质量监督。

    在采访中,胡工就轨道交通领域突出的电能质量问题、改进措施、治理的必要性及未来行业发展趋势做了详尽的阐述。并在如何实现电能质量决策性的管理功能和如何保证110kV电网供电的电能质量给出了具体的建议。

  • 段晓波

    国网河北省电力公司电力科学研究院电网技术中心主任,高级工程师,硕士研究生导师,国家电网劳动模范,工程技术专家,全国电压电流等级和频率标委会委员,全国电力行业电能质量和柔性输电标委会委员。

  • 董志杰

    中国铁路设计集团有限公司高级工程师,长期从事牵引供电系统设计。

    董工针对如何解决电压跌落和三相电压不平衡度指标超标造成的轨道交通35kV配网和400V民用电网的控制紊乱问题进行了详尽的说明。

Q1:在轨道交通领域比较突出的电能质量问题有哪些?

朱明星:城市轨道交通中高压系统比较突出的电能质量问题有:35kV系统牵引站的供电电缆引起容性无功倒送的问题;正常和异常运行方式下35kV牵引站整流器产生的谐波问题;正常和异常运行方式下35kV牵引站负荷无功功率造成110kV功率因数不达标问题,以及满足某些临界条件下110kV和35kV供电电缆造成的谐波放大问题等。 【详情】

2017/7/18

Q2:轨道交通站点电能质量分析和改进措施有哪些?

胡斌:对轨道交通各站点的牵引电源和动力照明电源的电能质量分析可以把握轨道轨道交通内部电网的电能质量情况。750V(1500V)牵引电源主要含有24脉动特征谐波及电压闪变等电能质量指标,其含量在一定范围内;400V动力负荷主要有电梯、风机、照明等负荷,正常时其电能质量含量在一定范围。供电的事故往往会事先反应在电源的电能质量指标上,实时监测站点的电能质量指标对于预防供电事故,分析事故原因、改善供电质量等方面有积极的作用。 【详情】

2017/7/18

Q3:轨道交通负荷对供电110kV电网的各电能质量指标有哪些影响?

胡斌:根据电能质量指标从低压通过变压器传到高压侧的特性来看,谐波电流、无功电流、负序电流将通过变压器按变比传到110kV电网,而电压指标如电压谐波、闪变、三相电压不平衡度等通过变压器对高压侧的影响相对较小,这主要是因为变压器高压侧短路容量较大的原因。所以从电网角度来看,110kV公共连接点谐波电流超标的概率大于谐波电压、电压闪变、三相电压不平衡度的超标,无功电流主要会影响公共连接点的功率因数,增加线损;负序电流会抬高110kV电网的负序电压。 【详情】

2017/7/18

Q4:轨道交通中电能质量测试与评估工作的重要性有哪些?

朱明星:以低压系统的谐波治理为例,低压系统电能质量测试与评估能够掌握低压系统非线性负荷谐波电流发生量的大小与频谱分布,以及中压以上系统的背景谐波和低压非线性负荷谐波电流对低压系统谐波电压的影响,为科学地选择APF装置的补偿容量以及制定治理工程的治理目标提供基础数据支撑,避免了低压系统谐波治理因盲目投资达不到治理效果而造成的经济损失。 【详情】

2017/7/18

Q5:如何实现轨道交通中电能质量决策性的管理功能?

胡斌:在轨道交通内部建立一个电能质量在线监测网,集中监控运行后电网各环节的电能质量指标,实时掌握整条轨道交通线主要部位的电能质量情况,根据监测数据采取控制、调节措施。对大量的监测数据进行软件分类管理,利用软件进行分析判断,给出优化建议。对于电能质量设备如SVG、APF、FC等均能通过远距离操作,遥控运行。建立相应的电能质量管理条例和考核制度。 【详情】

2017/7/18

Q6:国内城市轨道交通中充电功率解决方案是否只能选用SVG装置?

朱明星:目前国内城市轨道交通用户已或拟计划进行的充电功率解决方案均采用中压SVG的解决方案。若仅考虑对轨道交通用户中压供电电缆的充电功率进行治理,SVG装置解决方案的科学性、安全可靠性和经济性是值得商榷的。我个人认为城市轨道交通也可考虑采用并联电抗器和磁控电抗器的解决方案。 【详情】

2017/7/18

Q7:电压跌落和三相电压不平衡对配网控制的影响及措施?

胡斌:由于不可避免的扰动(保护动作、雷击、高压电网操作干扰等)城市110kV电网存在电压的跌落和短时不平衡超标情况,在城市中高压电网中这种情况相对低压供电要少得多。110kV电网受到扰动后会通过轨道交通的主供电所将电压的跌落和暂时电压不平衡传到35kV配网和400V电网中。轨道交通含有24脉动整流控制、变频控制、电磁开关等易受干扰环节,这些部位防干扰措施不够,因此会受到电网供电的电压跌落和短时不平衡影响,出现紊乱情况。 【详情】

2017/7/18

Q8:轨道交通的检测系统集成在综合监控中的重要性有哪些?

胡斌:电能质量在线检测系统主要任务是实时监测轨道交通供电各部位电能质量指标,这种监测可以及时发现供电中的安全隐患、保障轨道交通的正常运行;可以为事故分析提供数据,为改进供电环境提供支持,是轨道交通电能质量科学管理不可缺少的手段。因此很有必要将轨道交通的电能质量检测系统集成到综合监控系统中,这样不仅提高了电能质量检测系统的管理级别也丰富了综合监控系统的内容。 【详情】

2017/7/18

Q9:设备造价限制对谐波、闪变等治理设备投入上的影响有哪些?

胡斌:电能质量治理成本一般都比较大,这样控制成本是一个不可忽略的现实。要达到预期的效果,必需选择性价比高的方案、设备投入上要有资金保证。投入不够会影响治理方案的选择,设备质量的下降,从而会影响治理效果,这一点是显而易见的。 【详情】

2017/7/18

Q10:对轨道交通负荷电能质量技术监督与管理的建议有哪些?

段晓波:从电网运行方面,加强对轨道交通负荷接入的公共电网PCC点的电能质量监督监测;对具备条件的,均应装设在线电能质量监测终端;从电网规划方面,应对轨道交通负荷接入系统方案进行电能质量专项评估,对接入公用电网PCC点进行背景测试,并进行多方案比选;对于35kV中压系统供配电设计,应重点关注35kV牵引系统供电电缆充电电容,避免电缆充电电容与系统阻抗产生串并联谐振,合理选择SVG装置的补偿容量; 【详情】

2017/7/18

Q11:轨道交通领域电能质量问题的行业发展前景如何?

朱明星:双电源互为热备用的网架结构、牵引变与整流机组多种运行方式和直流母排手拉手供电等显著的特点,决定了城市轨道交通用户供用电的高可靠性与安全性;目前主流设计的整流机组均采用24脉波二极管不可控的整流方式,具有结构简单、可靠性高、对系统的谐波污染小和运行功率因数高的特点,从换流方式上已经改善了对系统谐波与无功的干扰与影响。 【详情】

2017/7/18
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山东华天电气有限公司
研发总经理 王德涛

轨道交通中电能质量问题治理分析

专家
在轨道交通领域突出的电能质量问题及改进措施有哪些?
  • 在轨道交通领域突出的电能质量问题及改进措施有哪些?
  • 轨道交通负荷对供电110kV电网的各电能质量指标的影响及谐波治理预留的必要性?
  • 电压跌落和三相电压不平衡度是否会导致35kV配网和400V民用电网的控制紊乱?

《电能质量》:在轨道交通领域比较突出的电能质量问题有哪些?目前治理情况如何?轨道交通站点的电能质量分析和改进措施有哪些?

轨道交通分为地铁(城市轨道交通)与高铁,主要电能质量问题差异较大,涉及面也宽。

(1)车站400V配电系统

其主要电能质量问题是谐波与无功,通过有源电力滤波器(APF)同时进行谐波与无功的治理,技术成熟,可保证系统可靠稳定运行,是主流的设计。部分高铁站设计为无功补偿+APF的方式也是可行的。

(2)高铁的牵引系统

高铁牵引系统采用两相供电,其电能质量问题主要是三相不平衡,由于高铁的牵引功率大,列车驶过易导致电网电压的三相不平衡,尤其是配电容量较小的偏远地区,可导致较严重的电压不平衡。这方面的研究较多,但由于政策问题治理较少。

(3)地铁的牵引系统

地铁的牵引系统采用直流供电,早期部分为DC750V,后期大多数采用DC1500V供电,由于采用多脉冲(24脉冲)整流,谐波较小,通常不需要治理。

现在地铁的牵引供电环网多数为35kV,且通常为电缆,在夜间不工作状态下,电缆的容性无功较大,可导致功率因数低罚款,也可导致电缆谐振、跳闸等电能质量问题。这类问题可通过高压SVG集中补偿,也可通过低压SVG、APF进行分布式治理。

轨道交通低压400V配电系统谐波、无功治理非常成熟,通过有源电力滤波器(APF)同时进行谐波与无功的治理,可保证系统可靠稳定运行。尽管APF可以进行不平衡补偿,但是在该系统中不平衡问题并不突出。

《电能质量》:从电网角度来看,轨道交通负荷对供电110kV电网的各电能质量指标(谐波,无功,闪变等)的影响?地铁的广泛开通增大了电网电能质量问题,无功补偿装置如何配置,谐波治理预留的必要性?

轨道交通的供电有220kV、110kV、35kV、10kV等各种电压等级,影响不尽相同,较低电压等级供电的负荷对电网的影响越大。

地铁对电网电能质量的影响并不大,原因是:现在电网配电容量很大,且通常由110kV(220kV)降压到35kV专线供电,同时电力机车峰值功率在2MW左右,通常不会对电网电能质量产生恶劣影响。

存在即合理,低压配电系统通常均需要进行无功补偿,尽管采用TSC可以补偿无功,但是采用APF进行谐波与无功综合治理可以保证低压配电系统的稳定性。

《电能质量》:从轨道交通角度来看,110kV电网供电的电能质量能否保证?电压跌落和三相电压不平衡度指标超标造成的轨道交通35kV配网和400V民用电网的控制紊乱如何解决?

高压电网由于容量大,电能治理问题通常不突出。

35kV配网以及轨道交通站点的400V系统,三相电压不平衡度通常很低,一般不会导致控制紊乱。为了电压跌落时保证控制系统正常,部分敏感控制与信息设备增加UPS。400V民用电网不平衡度较高,通常采用稳压补偿设备、选相开关、三相不平衡补偿装置解决。

地铁行业的电能质量治理

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