电气化铁路和城市轨道的电能质量改进

1、电气化铁路和城市轨道的电能质量改进技术创新，变革未来汇报提纲一、交直车到交直交车后，电能质量问题的转化二、电铁谐波的“三级评估”方法三、城市轨道的主所SVG集中补偿四、城市轨道400V动力负荷电能质量五、总结一、交直车到交直交车后，电能质量问 题的转化交直型电力机车功率因素低低次谐波含量高交直交型动车组谐波含量低单车功率大，列车负荷与牵引所负荷高谐波电流有名值不容忽视电铁谐波评估严加控制过严也会导致社会资源的巨大浪费二、电铁谐波的“三级评估”方法THD的兼容水平与规划水平IEC 61000-3-6中、低压电网电压THD兼容值8%中压电网规划值6.5%、高压电网规划值3%二、电铁谐波的“三级评估

2、”方法THD的兼容水平与规划水平英国G5/4(英国谐波电压畸变和非线性设备接入 输电系统和配电网的规划值 工程导则)谐波电压兼容值谐波电压规划值系统电压/kV0.436.5及以下66和132275和400电压总谐波 畸变率/%8853.5系统电压/kV0.46.6,11,2020145275,400电压总谐波 畸变率/%5433二、电铁谐波的“三级评估”方法THD的兼容水平与规划水平敏感设备抗干扰水平总电压畸变率产生影响统计表中、低系统中电机、电器能承受谐波的能力在10左右。类别THD明显值不良影响异步电机20铜、铁损稍高，有振动，杂音，但仍能工作同步电机10效率开始下降，有振动，杂音电容器发

3、生谐振超过允许值而损坏计量仪表101的计量误差电子开关10开始出现误动电子计算机5运行异常电视机不太敏感二、电铁谐波的“三级评估”方法THD的兼容水平与规划水平承受能力裕度低压系统THD0=10%；中压35kV THD0=6%，620kV THD0=8%；高压系统THD0=4% THD THD0为系统的承受能力，抗干扰水平THD为谐波电压限值高、中、低压系统的THD限值 THD 2K 0 K11.522.533.54THD (%)0.38kV108.167.076.325.775.355.0010kV86.535.665.064.624.284.0035kV64.904.243.793.463

4、.213.001 0kV43.272.832.532.312.142.00二、电铁谐波的“三级评估”方法限值制定思路G5/4:“对于接入电网后可能使谐波电压超过规划值的用户， 电力公司可与其签订“有条件接网协议”，明确抑制措施，否 则电力公司可以拒绝用户接网。对于特殊情况，如某个用户远 离其它用户，其谐波超过规划值，但对其它用户干扰不大，电 力公司可用相应的电压兼容水平取代规划值，重新对新用户进 行评估。此时应确保没有其它负荷接到谐波电压高于规划值的 电网部分，否则应采取抑制措施。”针对电气化铁道，英国电气委员会制定了英国铁路交流牵引 供电，即P.24导则。英国铁路部门认为：在保证低压（ 41

5、5V）谐波不超过5%的前提下，其它各级电压畸变率可以放 宽一些.高压系统THD 3% 作为评估牵引负荷能否接入电网的限值水平，显然，当评估结果小于限值时，牵引负荷允许接入电网；但 当评估结果大于限值时，是否牵引变电所需要建设滤波设备， 不能简单定下结论。二、电铁谐波的“三级评估”方法电铁谐波的渗透性牵引变电所负荷从110kV、220kV注入公用电 网，渗透至低电压系统，影响度逐级减小。中压(低压)系统总谐波畸变率为：THM综合渗透系数需根据实际电网，可由大量实测得到，也可 由计算机仿真得到。G 2 MVLMV(THM LHV )2hlHMHLTTHD2l1h1THD2H1 L1 HMG2 MV

6、 LV )TLHV(L MV2二、电铁谐波的“三级评估”方法算例分析计算所采用的数据为在牵引变电所牵引侧馈线 上测得的牵引负荷电流。二、电铁谐波的“三级评估”方法算例分析公共连接点电压总的谐波畸变率（最大相95%概率大值）各牵引变电所分配到的谐波电压发射限值母线(PCC）110kV节点编号171615131065THD（%）3.83.342.351.661.791.41.36母线(PCC）110kV35kV10kV-节点编号438721-THD（%）1.251.221.020.790.430.55-牵引变电所TT1(17)TT2(16)TT3(15)谐波电压发送限值1.791.411.79二、

7、电铁谐波的“三级评估”方法算例分析三级评估取背景谐波电压为国标限值的75%，中压10kV电压等级下， 节点1和2的电压总的谐波畸变分别为3.03%和3.05%，尚未超 过限值4%。中压35kV电压等级下，节点7和8的电压总的谐波畸变分别为2.38%和2.47%，尚未超过限值3%。牵引负荷可用这0.53%的裕度。计算110kV至35kV的综合渗透系数利用中压系统容量裕度时谐波发送限值H1 h1hL1 l 1ltTHD2 0.53HTHD2LKHMG2 MV LV )TLHV (L MV 3.742牵引变电所TT1TT2TT3谐波电压发送限值2.231.762.23三、城市轨道的主所SVG集中补偿

8、主所SVG的集中补偿形式补偿策略固定无功补偿固定功率因素补偿QSVG (Q110kV Q35kV )2PCCSVGPCC110kV35kVP2cosPQ35kV Q110kV QSVGQ P tan Q Q三、城市轨道的SVG补偿与谐波治理城市轨道主变电所SVG的投切实验无功补偿装置切除后的实测结果实测主所110kV进线侧，推导PCC处功率分布1段母线 SVG切除00:0006:0012:0018:0000:00-4000-200002000400000:0006:0000:000.20.40.60.8100：0000：002000150010005000-500-100000:0018:00

9、00:000.80.850.90.9511.051段，PCC无功功率kVar1段母线 SVG投入12:0018:001段，PCC功率因数06：0012：0018：001段，PCC无功功率kVar06:0012:001段，PCC功率因数三、城市轨道的SVG补偿与谐波治理城市轨道主变电所SVG的投切实验无功补偿装置切除后的实测结果实测主所110kV进线侧，推导PCC处功率分布2段母线 SVG切除00:0006:0012:0018:0000:00-6000-5000-4000-300000:0000:0000.20.40.60.8100：0000：00-2000-1500-1000-500000：0

10、000：000.90.920.940.960.9812段，PCC无功功率kVar2段母线 SVG投入06:0012:0018:002段，PCC功率因数06：0012：0018：002段，PCC无功功率kVar06：0012：0018：002段，PCC功率因数三、城市轨道的SVG补偿与谐波治理无功补偿装置容量在16702510kVar(合理补偿区间)范围内，综合功率因数均在0.95以上。实际采用：3000kVarSVG加1000kVar电抗器(补偿范 围-3000kVar4000kVar)城市轨道主变电所SVG的投切实验无功补偿装置容量设计日功率因数1段三、城市轨道的SVG补偿与谐波治理城市轨道

11、主变电所SVG的投切实验无功补偿装置容量设计2段无功补偿装置容量在53006350kVar(合理补偿区间)范围内，综合功率因数均在0.95以上实际采用：3000kVarSVG加3000kVar电抗器(补偿范 围-3000kVar6000kVar)四、城市轨道400V动力负荷电能质量城市轨道400V动力负荷实测负荷比例统计负荷种类冷源车站照明环控商业弱电系统其它用电量（kWh）520803052365624237512109922152四、城市轨道400V动力负荷电能质量400V动力负荷负载率400V谐波电压火车南站火车北站犀浦站桐梓林站人民公园站牛王庙站1段1段1段2段1段2段1段2段1段2段

12、负载率20.70%20.30%21.70%12.90%13.40%11.70%11.40%10.30%6.10%12.4%01040500123降压所进线谐波电压含有率95%概率大值2030谐波次数95%概率大值(%)15182100030611.522.5时间/hTHD/%降压所进线谐波电压畸变率四、城市轨道400V动力负荷电能质量151836020103040环控负荷谐波分析环控负荷谐波电流5021时间/h 0电流/A基波电流3次谐波电流5次谐波电流7次谐波电流3次谐波5次谐波7次谐波9次谐波11次谐波95%概率大值（A）1.824.615.70.62.7平均值(A)1.1423.915.

13、00.42.2四、城市轨道400V动力负荷电能质量1518210360冷源负荷谐波分析冷源负荷基波电流25020015010050时间/h电流/A2次谐波3次谐波5次谐波7次谐波运营时间95%概率大值0.520.442.302.52平均值0.360.301.101.77非运营时间95%概率大值0.550.332.871.22平均值0.290.232.250.36四、城市轨道400V动力负荷电能质量电扶梯负荷谐波分析151836024681210自动扶梯基波电流21 时间/h 0电流/A3次谐波5次谐波7次谐波9次谐波11次谐波13次谐波95%概率大值0.983.491.990.240.550.42平均值0.311.651.120.100.410.24020406080自动扶梯各次谐波电流含有率95%概率大值1000510 15 20 25 30 35 40 45 50谐波次数谐波电流含有率（%）GB/T 24807-2009电磁兼容 电梯、自动扶梯和自动 人行道的产品系列标准 发 射百分比限值实测谐波含有率I5/I1%3188.41I7/I1%2071.11I11/I1%1242.00I13/I1%728.81谐波畸变率THD%37-总结1、为了节省国家资源，牵引负荷在确保中、低电压级 电气设备安全运行的前提下，可考虑利用这些可用的容量裕度。2、G