城际轨道交通电能质量-董志杰.pdf

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1、城市轨道交通电能质量研究汇报人：董志杰汇报人：董志杰单位：铁道第三勘察设计院集团有限公司单位：铁道第三勘察设计院集团有限公司2013.082013.082汇报提纲汇报提纲二城市轨道交通主要供用电设备分析城市轨道交通主要供用电设备分析电能质量与安全稳定问题电能质量与安全稳定问题四地铁系统与电力系统的交互作用地铁系统与电力系统的交互作用五动态无功补偿装置简介动态无功补偿装置简介一三城市轨道交通供电系统城市轨道交通供电系统六城市轨道交通三种动补方案的比较城市轨道交通三种动补方案的比较城市轨道交通供电系统城市轨道交通供电系统地铁轻轨有轨电车中低速磁浮城市轨道交通供电系统城市轨道交通供电系统城市轨道交通

2、供电系统城市轨道交通供电系统城市轨道交通供电系统城市轨道交通供电系统构成城市轨道交通供电系统城市轨道交通供电系统高压供电系统（主变电所）高压供电系统（主变电所）内部供电系统内部供电系统牵引供电系统牵引供电系统动力照明供电系统动力照明供电系统城市轨道交通作为城市电网的一个用户，一般都直接从城城市轨道交通作为城市电网的一个用户，一般都直接从城市电网取得电能，无需单独建设电厂，城市电网对城市轨道交市电网取得电能，无需单独建设电厂，城市电网对城市轨道交通进行供电，供电方式有通进行供电，供电方式有集中供电、分散供电和混合供电集中供电、分散供电和混合供电。集中式供电集中式供电由专门设置的主变电所集中为牵引

3、变电所及降压变电所供由专门设置的主变电所集中为牵引变电所及降压变电所供电的外部电源供电方式，称为集中供电方式。主变电所应有电的外部电源供电方式，称为集中供电方式。主变电所应有两路独立的进线电源。集中式供电有利于城市轨道交通供电两路独立的进线电源。集中式供电有利于城市轨道交通供电形成独立体系，便于管理和运营。上海、广州、南京、香港、形成独立体系，便于管理和运营。上海、广州、南京、香港、德黑兰地铁等。德黑兰地铁等。牵引牵引、降压主变电所降压主变电所主变电所主变电所110kV110kV110kV主变电所主变电所主变电所主变电所10/35kV10/35kV10/35kV城市轨道交通供电系统城市轨道交通

4、供电系统分散式供电分散式供电在地铁沿线直接由城市电网引入多路电源构成供电系统。在地铁沿线直接由城市电网引入多路电源构成供电系统。一般为一般为10kV10kV电压级。分散式供电要保证每座牵引变电所和降电压级。分散式供电要保证每座牵引变电所和降压变电所均获得双路电源，要求城市轨道交通沿线有足够的压变电所均获得双路电源，要求城市轨道交通沿线有足够的电源引入点及备用容量。建设中的长春轻轨、大连轻轨、北电源引入点及备用容量。建设中的长春轻轨、大连轻轨、北京城铁、北京八通线、北京地铁京城铁、北京八通线、北京地铁5 5号线等号线等10kV牵引或降压变电所牵引或降压变电所10kV10kV10kV10kV10k

5、V10kV区域变电所区域变电所城市轨道交通供电系统城市轨道交通供电系统混合式供电混合式供电将前两种供电方式结合起来，一般以集中式供电为主，将前两种供电方式结合起来，一般以集中式供电为主，个别地段引入城市电网电源作为集中式供电的补充，使供电个别地段引入城市电网电源作为集中式供电的补充，使供电系统更加完善和可靠。北京地铁一线和环线、建设中的武汉系统更加完善和可靠。北京地铁一线和环线、建设中的武汉轨道交通工程、青岛地铁南北线工程等即为混合式供电方案。轨道交通工程、青岛地铁南北线工程等即为混合式供电方案。城市轨道交通供电系统城市轨道交通供电系统城市轨道交通牵引供电系统构成示意图城市轨道交通牵引供电系统

6、构成示意图高压供电系统高压供电系统城市电网城市电网牵引供电系统牵引供电系统牵引变电所牵引变电所回流线回流线馈线馈线接触网接触网轨道轨道主变电所主变电所三相交流三相交流直流直流城市轨道交通供电系统城市轨道交通供电系统供电系统问题提出接受并分配接受并分配电能的功能电能的功能故障保护功能故障保护功能降压整流及输送降压整流及输送直流电能的功能直流电能的功能安全操作连锁功能安全操作连锁功能供电系统各级供电网络应供电系统各级供电网络应具有在正常、事故、灾害具有在正常、事故、灾害运行情况下控制、测量运行情况下控制、测量、监视、计量、调整的功能监视、计量、调整的功能123654供电系统的功能是向地铁各机电设备

7、系统提供安全供电系统的功能是向地铁各机电设备系统提供安全、可靠可靠、优优质的电力供应质的电力供应，满足各系统的供电要求满足各系统的供电要求。降压及动力配降压及动力配电的功能电的功能城市轨道交通供电系统城市轨道交通供电系统存在的问题城市轨道交通电气化问题的提出功率因数问题电压波动与闪变谐波问题电缆充电无功问题轨道交通系统安全稳定运行问题轨道交通供电系统与电力系统的相互作用节能降耗问题技术的先进性问题城市轨道交通供电系统城市轨道交通供电系统汇报提纲汇报提纲二城市轨道交通主要供用电设备分析城市轨道交通主要供用电设备分析电能质量与安全稳定问题电能质量与安全稳定问题四地铁系统与电力系统的交互作用地铁系统

8、与电力系统的交互作用五动态无功补偿装置简介动态无功补偿装置简介一三城市轨道交通电气化概述城市轨道交通电气化概述六城市轨道交通三种动补方案的比较城市轨道交通三种动补方案的比较城市轨道交通城市轨道交通主要供用电设备分析主要供用电设备分析主变电所采用主变电所采用110kV油浸式变压器。每个主站采用两台型号相油浸式变压器。每个主站采用两台型号相同的变压器同的变压器并列运行并列运行。1.110KV主变压器a.采用采用35kV及以下电压等级的交联聚乙烯绝缘电力电缆。基及以下电压等级的交联聚乙烯绝缘电力电缆。基本结构均由导电线芯、绝缘层和保护层三个部分组成。本结构均由导电线芯、绝缘层和保护层三个部分组成。b

9、.电缆线芯质地为高电导系数的金属材料铜或铝，为了减少电电缆线芯质地为高电导系数的金属材料铜或铝，为了减少电缆缆线芯损耗线芯损耗。电缆绝缘层绝缘材料一般可分为。电缆绝缘层绝缘材料一般可分为均匀质均匀质和和纤维纤维质质两大类。两大类。2.高、低压电缆电缆型号电缆型号截面积截面积(mm(mm2 2)长度长度(m)(m)JKYJ18518592722JKYJ300300107300某地铁某地铁35kV35kV高压电缆参数高压电缆参数分布在各个分布在各个降压所降压所和和跟随所跟随所，主要用于给动力、照明，主要用于给动力、照明负荷供电。由于电压等级较低，而电容的无功功率与负荷供电。由于电压等级较低，而电容

10、的无功功率与电压平方成正比，因此每电压平方成正比，因此每1km低压电缆的无功相当于低压电缆的无功相当于1km 33kV电缆无功的电缆无功的0.01%，可以，可以忽略不计忽略不计。400V400V低压电缆低压电缆城市轨道交通城市轨道交通主要供用电设备分析主要供用电设备分析地铁系统内分为两大类变压器：地铁系统内分为两大类变压器：a.a.降压所内的普通变压器降压所内的普通变压器，电压等级，电压等级35kV/400V;35kV/400V;b.b.牵引所的整流变压器牵引所的整流变压器，为三绕组变压器，电压等级为，为三绕组变压器，电压等级为35kV/1.18kV35kV/1.18kV。3.35kV变压器事

11、项事项描述描述一般称呼一般称呼降压变压器；跟随变压器；降压变压器；跟随变压器；综合楼变压器等综合楼变压器等结构型式结构型式户内；油浸式；三相；双绕户内；油浸式；三相；双绕组；无励磁调压；自然风冷组；无励磁调压；自然风冷或自然冷却。或自然冷却。绕组数量绕组数量双绕组双绕组额定容量额定容量630 2000kVA不等不等电压等级电压等级35kV/400V极性或联接极性或联接组标号组标号Yy中性点接地中性点接地35kV不接地；不接地；400V不接地不接地短路阻抗短路阻抗6%降压所普通变压器参数降压所普通变压器参数牵引所整流变压器牵引所整流变压器事项事项描述描述一般称呼一般称呼牵引变压器牵引变压器结构型

12、式结构型式户内；油浸式；三相；双绕组户内；油浸式；三相；双绕组；无励磁调压；自然风冷或自；无励磁调压；自然风冷或自然冷却。然冷却。绕组数量绕组数量三绕组三绕组额定容量额定容量2200，3300kVA等等电压等级电压等级35kV/1.18kV极性或联接极性或联接组标号组标号Yy中性点接地中性点接地35kV不接地；不接地；400V不接地不接地短路阻抗短路阻抗8%4.动照类负荷机电设备机电设备负荷分类与分级负荷分类与分级负荷分级负荷分级负荷类型负荷类型一级负荷一级负荷主控系统、通信系统、信号系统、防灾主控系统、通信系统、信号系统、防灾报警系统、环境与设备监控系统、自动报警系统、环境与设备监控系统、自

13、动售检票、门禁、屏蔽门、防淹门、民用售检票、门禁、屏蔽门、防淹门、民用通信、自动扶梯（火灾时仍需运行才能通信、自动扶梯（火灾时仍需运行才能满足疏散要求的自动扶梯）、自动灭火满足疏散要求的自动扶梯）、自动灭火、消防泵、废水泵、雨水泵、所用电、消防泵、废水泵、雨水泵、所用电、站台站厅公共区照明、应急及疏散标志站台站厅公共区照明、应急及疏散标志照明、二、三、四类导向灯箱、事故风照明、二、三、四类导向灯箱、事故风机及其风阀、排烟风机及其风阀等机及其风阀、排烟风机及其风阀等二级负荷二级负荷设备区和管理区照明、出入口通道照明设备区和管理区照明、出入口通道照明、非事故风机及风阀、污水泵、自动扶、非事故风机及

14、风阀、污水泵、自动扶梯（火灾时无需运行的自动扶梯）、楼梯（火灾时无需运行的自动扶梯）、楼梯升降机、维修电源等。梯升降机、维修电源等。三级负荷三级负荷公共区及管理用房空调系统（包括冷冻公共区及管理用房空调系统（包括冷冻水泵、冷却水泵、补水泵、空气幕、水泵、冷却水泵、补水泵、空气幕、分体空调器）、广告照明、清扫机械、分体空调器）、广告照明、清扫机械、生活用电源等。生活用电源等。注:车站动力照明负荷以车站动力照明负荷以一、二级一、二级负荷为主，平负荷为主，平均占总负荷的均占总负荷的75左右。左右。机电设备的机电设备的系统划分系统划分机机电电设设备备照明类照明类负荷负荷站厅站厅/站台照明、广告照明、应

15、急照站台照明、广告照明、应急照明、设备区和管理区照明、出入口明、设备区和管理区照明、出入口通道照明通道照明电动机电动机类负荷类负荷通风与通风与空调系空调系统统冷冻水泵、冷却水泵、补冷冻水泵、冷却水泵、补水泵、空气幕、分体空调水泵、空气幕、分体空调器、非事故风机及风阀、器、非事故风机及风阀、事故风机及其风阀、排烟事故风机及其风阀、排烟风机及其风阀等风机及其风阀等给水与给水与排水系排水系统统消防泵、废水泵、雨水泵消防泵、废水泵、雨水泵、污水泵、污水泵扶梯、电梯、楼梯升降机、防淹门扶梯、电梯、楼梯升降机、防淹门电子与电子与计算类计算类负荷负荷主控系统、通信系统、信号系统、主控系统、通信系统、信号系统

16、、防灾报警系统、环境与设备监控系防灾报警系统、环境与设备监控系统、自动售检票、门禁、民用通信统、自动售检票、门禁、民用通信、自动灭火、所用电、自动灭火、所用电城市轨道交通城市轨道交通主要供用电设备分析主要供用电设备分析4.动照类负荷分析小结分析小结1.分析了一些典型的降压所(跟随所)，各种动力变负荷种类基本相似，容量不完全一样。2.所有负荷按照重要程度划分:一级、二级和三级负荷。依据用电设备的类型可将机电设备分为照明类、电动机类和电子与计算机类（弱电类）等三类用电设备。3.目前变压器高峰时使用率只有10-30%，因为：一、大量负荷（如空调与通风负荷）并不运行在额定功率；二、水泵等负荷投入不到一

17、半；三、扶梯、电梯等负载投入不到一半。4.晚上轻载时，折算之后负荷总计占动力变压器容量的1-3%，因为：站厅照明、自动扶梯、空调等约2/3的负荷都处于停运；另外AFC设备、车控室等1/3的负荷为热备用状态，耗电功率一般不超过额定功率的10%。城市轨道交通城市轨道交通主要供用电设备分析主要供用电设备分析5.机车牵引负荷城市轨道交通直流牵引供电系统包括：城市轨道交通直流牵引供电系统包括：牵引变电所牵引变电所、牵引网牵引网和和电动车组电动车组，其中牵引网由馈电线、接触网、走行轨及回流线等构成。，其中牵引网由馈电线、接触网、走行轨及回流线等构成。直流牵引供电系统模型直流牵引供电系统模型牵引机车负荷的特

18、点为：牵引机车负荷的特点为：1、启停频繁；、启停频繁；2、有冲击；、有冲击；3、整流器可能导致谐波和、整流器可能导致谐波和三相不平衡。三相不平衡。城市轨道交通城市轨道交通主要供用电设备分析主要供用电设备分析6.轨道交通供用电系统的特点1.电压等级为：110kV=35kV=400V和1.18kV；。2.35kV和400V大量使用电缆，必须充分考虑电缆的特点，尤其是充电无功。3.地铁系统所采用的电力牵引机车为整流型负荷，是一个典型的非线性冲击性负荷。4.动力和照明负荷较复杂，负荷种类较多，包括：照明、自动扶梯等常规负荷，以及给排水、空调和通风系统等使用的电动机负荷，还有一些对电能质量较为敏感的主控

19、系统、控制系统、信号系统等。城市轨道交通城市轨道交通主要供用电设备分析主要供用电设备分析汇报提纲汇报提纲二城市轨道交通主要供用电设备分析城市轨道交通主要供用电设备分析电能质量与安全稳定问题电能质量与安全稳定问题四供电系统与电力系统的交互作用供电系统与电力系统的交互作用五动态无功补偿装置简介动态无功补偿装置简介一三城市轨道交通电气化概述城市轨道交通电气化概述六地铁三种动补方案的比较地铁三种动补方案的比较电能质量与安全稳定问题电能质量与安全稳定问题电能质量电能质量概述1.我国电能质量标准a.当前电网的当前电网的复杂程度越来越高复杂程度越来越高，各种特点迥异的负荷得到广，各种特点迥异的负荷得到广泛使

20、用使得供电系统故障或电能质量恶化；泛使用使得供电系统故障或电能质量恶化；b.供电系统供电系统非线性负载的大量增加非线性负载的大量增加，会引起电网电流、电压波形，会引起电网电流、电压波形畸变，引起电网的谐波“污染”；畸变，引起电网的谐波“污染”；c.电压波动、闪变、三相不平衡的电压波动、闪变、三相不平衡的日趋严重日趋严重。这些因素不仅会导致供用电设备本身的安全性降低，而且会这些因素不仅会导致供用电设备本身的安全性降低，而且会严重削弱和干扰电网的经济运行。严重削弱和干扰电网的经济运行。标标 准准 名名 称称标标 准准 编编 号号标标 准准 名名 称称标标 准准 编编 号号供电电压允许偏差供电电压允

21、许偏差GB12325电力系统频率允许偏差电力系统频率允许偏差GB/T15945电压允许波动和闪变电压允许波动和闪变GB12326电压波动和闪变电压波动和闪变GB12326公用电网谐波公用电网谐波GB/T14549暂时过电压和瞬态过电压暂时过电压和瞬态过电压GB/T18481三相电压允许不平衡度三相电压允许不平衡度GB/T15543电能质量与安全稳定问题电能质量与安全稳定问题电能质量电能质量2.国际电能质量标准标标 准准 名名 称称标标 准准 编编 号号电力系统谐波控制标准电力系统谐波控制标准IEEE Std 519敏感电子设备的供电及接地标准敏感电子设备的供电及接地标准IEEE Std 110

22、0电能质量监测标准电能质量监测标准IEEE Std 1159IECIEC标准标准IEC定义电能质量是指供电装置在正常工作情况下不中断和干定义电能质量是指供电装置在正常工作情况下不中断和干扰用户使用电力的物理特性。最严重的电能质量问题是扰用户使用电力的物理特性。最严重的电能质量问题是电压跌电压跌落落和和电压完全中断电压完全中断。IEEEIEEE标准标准其他国际标准其他国际标准制定了电能质量标准的其他国际组织：制定了电能质量标准的其他国际组织：1.欧洲电工技术标准委员会（欧洲电工技术标准委员会（CENELEC）；）；2、国际供电会议（、国际供电会议（CIRED）；）；3、国际大电网会议（、国际大电

23、网会议（CIGRE）。）。电能质量与安全稳定问题电能质量与安全稳定问题安全稳定问题安全稳定问题1.地铁无功功率无功功率主要用于在电气设备中建立和维持磁场，完成电磁能量无功功率主要用于在电气设备中建立和维持磁场，完成电磁能量的相互转换，的相互转换，不对外做功不对外做功，为系统，为系统提供电压支撑提供电压支撑，在电源与负荷，在电源与负荷之间之间提供电压降落所需的势能提供电压降落所需的势能。无功的冲击，将影响到电网的安。无功的冲击，将影响到电网的安全稳定运行。全稳定运行。变压器的无功损耗变压器的无功损耗负荷的无功功率负荷的无功功率a.空载损耗，根据有关资料变压器的空载空载损耗，根据有关资料变压器的空

24、载损耗按照变压器额定功率的损耗按照变压器额定功率的0.5%计算；计算；b.变压器带载运行，漏抗产生的感性无功。变压器带载运行，漏抗产生的感性无功。其中，其中，Q为漏抗产生无功，为漏抗产生无功，S为变压器复功为变压器复功率，率，PE为变压器额定容量，为变压器额定容量，L%为变压为变压器漏抗百分比。器漏抗百分比。%*2LPSQE=负荷的无功功率和其自身的额定功率，运行负荷的无功功率和其自身的额定功率，运行功率以及功率因素有关系功率以及功率因素有关系其中，其中，S为负荷复功率，为负荷复功率，P是负荷有功功率是负荷有功功率，单位为瓦特（，单位为瓦特（W），），Q为负荷无功功率，为负荷无功功率，单位为乏

25、单位为乏(Var)。Cos为功率为功率因数。因数。ffsincos*jVIVIjQPIVS+=+=无功功率概念无功功率概念电能质量与安全稳定问题电能质量与安全稳定问题安全稳定问题安全稳定问题1.1.电缆的充电无功影响较大电缆的充电无功影响较大。假设每个地铁主站下辖三个分区，假设每个地铁主站下辖三个分区，35kV高压电缆高压电缆100-200km，经，经PI型模型估算，充电无功基本上为型模型估算，充电无功基本上为主变压器容量的主变压器容量的10%-30%。夜晚负荷较轻，系统存在无功倒送。夜晚负荷较轻，系统存在无功倒送。此外，电缆产生的此外，电缆产生的容性无功对电压有抬升容性无功对电压有抬升的作用

26、，抬升到一定程的作用，抬升到一定程度，则会度，则会影响到设备的安全性影响到设备的安全性。2.夜晚功率因素低夜晚功率因素低。由于夜晚所有负荷基本停运，感性无功基本接由于夜晚所有负荷基本停运，感性无功基本接近为零；数百公里近为零；数百公里35kV高压电缆的存在，产生几高压电缆的存在，产生几MVA的容性无的容性无功。无功倒送进电力系统，导致功。无功倒送进电力系统，导致功率因素会很低功率因素会很低，一般低于，一般低于0.5。3.3.无功波动大无功波动大。感性无功主要存在于感性无功主要存在于:动力和照明负荷的无功功率，动力和照明负荷的无功功率，机车牵引负荷的无功功率，变压器的无功损耗以及漏抗产生的无机车

27、牵引负荷的无功功率，变压器的无功损耗以及漏抗产生的无功功率。地铁系统夜晚功功率。地铁系统夜晚容性无功容性无功倒送，白天负荷较重有一定数量倒送，白天负荷较重有一定数量的的感性无功感性无功，因而，地铁供电系统的，因而，地铁供电系统的无功波动较大无功波动较大。4.4.存在冲击性负荷存在冲击性负荷。机车牵引负荷是一种典型的冲击性负荷，除了机车牵引负荷是一种典型的冲击性负荷，除了给系统带来给系统带来有功冲击有功冲击也会带来也会带来无功冲击无功冲击。地铁无功功率特点地铁无功功率特点电能质量与安全稳定问题电能质量与安全稳定问题安全稳定问题安全稳定问题引起无功损耗引起无功损耗无功在线路中大量传输造成无功在线路

28、中大量传输造成线线路无功损耗路无功损耗；过升压；过升压(降压降压)变变压器时，会引起压器时，会引起变压器无功变压器无功损耗损耗。其中，其中，P为为有功，有功，Q为无功，为无功，U为系统电压，为系统电压，X为线路阻抗或为线路阻抗或变压器阻抗。变压器阻抗。可见：无功损耗伴随有功的变可见：无功损耗伴随有功的变化而成平方关系变化，当有功化而成平方关系变化，当有功增大一倍增大一倍时，时，无功损耗将增大无功损耗将增大数倍数倍。XUQPXIP+=22223损引起电压降落或引起电压降落或电压抬升电压抬升感性无功的大量存在感性无功的大量存在会会引起电压降落引起电压降落；容性无功的大量存在容性无功的大量存在会引起

29、会引起电压抬升电压抬升。电压过低或过高都会电压过低或过高都会对设备安全带来隐患对设备安全带来隐患无功冲击引起电无功冲击引起电压波动与闪变压波动与闪变冲击性负荷会带冲击性负荷会带来有功冲击和无来有功冲击和无功冲击，严重时功冲击，严重时会导致会导致电压波动电压波动和和闪变。闪变。无功的危害无功的危害电能质量与安全稳定问题电能质量与安全稳定问题安全稳定问题安全稳定问题2.电压波动与闪变电压波动是电压波动是冲击性负荷冲击性负荷引起的。冲击负荷有引起的。冲击负荷有:三相基本平衡、三三相基本平衡、三相不平衡相不平衡的冲击负荷。有功功率负荷功率变化速率，冲击负荷出的冲击负荷。有功功率负荷功率变化速率，冲击负

30、荷出现频度，与设备性能、产品材质、工艺、操作技能等有关。而无现频度，与设备性能、产品材质、工艺、操作技能等有关。而无功冲击负荷，除与上述诸因数有关外，还与设备电气传动采用功冲击负荷，除与上述诸因数有关外，还与设备电气传动采用晶晶闸管变流装置供电闸管变流装置供电及及调速调速有关。有关。注:电力机车为整流型负荷，是典型的电力机车为整流型负荷，是典型的非线性非线性负荷，同时由于启负荷，同时由于启停频繁，负荷较大，也是典型的停频繁，负荷较大，也是典型的冲击性冲击性负荷。负荷。a.a.对电力系统的影响。对电力系统的影响。企业无功冲击负荷引起的电压波动超过允许企业无功冲击负荷引起的电压波动超过允许值部分，

31、由值部分，由企业无功补偿来解决企业无功补偿来解决。b.b.对用电设备的影响。对用电设备的影响。烧坏电机，电磁元件、设备动作不可靠，整烧坏电机，电磁元件、设备动作不可靠，整流电压下降，电子控制系统失灵，影响电气照明质量，影响流电压下降，电子控制系统失灵，影响电气照明质量，影响广播通讯，造成汽轮机叶片断裂等。广播通讯，造成汽轮机叶片断裂等。电压波动与闪变概念电压波动与闪变概念电压波动与闪变危害电压波动与闪变危害电能质量与安全稳定问题电能质量与安全稳定问题安全稳定问题安全稳定问题a.地铁牵引供电系统采用地铁牵引供电系统采用等效等效24 脉波整流时脉波整流时,直直流侧主要含流侧主要含24 次脉动电次脉

32、动电压压,交流侧主要含有交流侧主要含有23、25 次谐波电流。实际上次谐波电流。实际上由于由于网压不对称网压不对称和和整流整流变压器三相阻抗不对称变压器三相阻抗不对称等各种因素的存在等各种因素的存在,产生产生非特征次谐波非特征次谐波,在交流侧在交流侧产生产生5、7、11、13 次谐次谐波。波。b.由于电源波动、整流件换由于电源波动、整流件换向、大负载变化、向、大负载变化、列车列车起动或制动起动或制动、供电臂切供电臂切换换、车辆逆变车辆逆变等会产生等会产生谐波。谐波。3.谐波电能质量与安全稳定问题电能质量与安全稳定问题安全稳定问题安全稳定问题C.C.动力照明负荷谐波含量动力照明负荷谐波含量电能质

33、量与安全稳定问题电能质量与安全稳定问题安全稳定问题安全稳定问题三相不平衡三相不平衡一般指交流额定频率为一般指交流额定频率为50Hz电力系统正常运行方式电力系统正常运行方式下由于下由于负序分量负序分量而引起的而引起的公共连接点的电压不平衡公共连接点的电压不平衡。三相不平衡度三相不平衡度指三相电力系统中三相不平衡的程度，用电压或指三相电力系统中三相不平衡的程度，用电压或电流电流负序与正序分量负序与正序分量的的方均根值百分比方均根值百分比表示。表示。两侧轨道阻抗的不平衡会造成牵引电流在两轨条上流过不相等的两侧轨道阻抗的不平衡会造成牵引电流在两轨条上流过不相等的电流值电流值,从而在轨间形成从而在轨间形

34、成不平衡电压差不平衡电压差(V=V左轨条左轨条-V右轨条右轨条)。4.三相不平衡三相不平衡概念三相不平衡概念地铁产生不平衡的原因地铁产生不平衡的原因负序的国标负序的国标电力系统公共点电力系统公共点正常电压不平衡正常电压不平衡允许度为允许度为2%，短时不得超过，短时不得超过4%电能质量与安全稳定问题电能质量与安全稳定问题安全稳定问题安全稳定问题牵引牵引电流电流不平不平衡测衡测试试分析分析:直流牵引方式下，牵引电流交流部分会产生三相电流不平衡直流牵引方式下，牵引电流交流部分会产生三相电流不平衡三相不平衡危害三相不平衡危害牵引不平衡电流示意图牵引不平衡电流示意图牵引电流不牵引电流不平衡系数：平衡系数

35、：K=K=1.1.对变压器的危害：对变压器的危害：造成变压器的损耗增大；造成零序电流过大，局造成变压器的损耗增大；造成零序电流过大，局部金属件升温增高，甚至会导致变压器烧毁。部金属件升温增高，甚至会导致变压器烧毁。电能质量与安全稳定问题电能质量与安全稳定问题安全稳定问题安全稳定问题2.2.对用电设备的影响：对用电设备的影响：导致达到导致达到数倍电流数倍电流不平衡的发生；诱导电动机不平衡的发生；诱导电动机中中逆扭矩增加逆扭矩增加，从而使电动机的，从而使电动机的温度上升温度上升，能耗增加能耗增加，震动等；，震动等；导致用电设备导致用电设备寿命缩短寿命缩短，加速加速设备设备更换频率更换频率，增加维护

36、的成本；，增加维护的成本；断路器允许电流的余量减少，当负载变更或交替时容易发生超载断路器允许电流的余量减少，当负载变更或交替时容易发生超载、短路现象；中性线增粗。、短路现象；中性线增粗。3.3.对线损的影响：对线损的影响：当三相负荷不平衡时，无论何种负荷分配情况，当三相负荷不平衡时，无论何种负荷分配情况，电电流不平衡度越大流不平衡度越大，线损增量也越大线损增量也越大。电能质量问题对地铁安全稳定运行的影响电能质量问题的长期存在，会对变压器、电缆、电动机等负荷的使用寿命带来负面影响增加系统损耗主控系统、通信系统和信号系统的易受干扰，直接威胁地铁系统的可靠运行汇报提纲汇报提纲二地铁主要供用电设备分析

37、地铁主要供用电设备分析电能质量与安全稳定问题电能质量与安全稳定问题四地铁系统与电力系统的交互作用地铁系统与电力系统的交互作用五动态无功补偿装置简介动态无功补偿装置简介一三地铁电气化概述地铁电气化概述六地铁三种动补方案的比较地铁三种动补方案的比较供电供电系统与电力系统的交互作用系统与电力系统的交互作用1.功率因素问题电气电气设备设备运行运行条件条件有功功率无功功率维持电气设备在额定磁场状态下工作，稳定其端电压满足设备负荷的需要如果从发电机和高压输电线路来供给设备大量的无功功率，则使功率因数变得很小，有功功率供给也会远远满足不了负荷的需要。同时还会造成供电质量的下降，所以从发电机和高压输电线路来供

38、给设备的无功功率是不合理的。这就需要在电网增加无功补偿设备来补偿无功率，以保证电气设备的运行，可见在电网中进行无功补偿是十分必要的。地铁运营期间的功率因数经常会有过补偿及功率因数低等，一方面使地铁用电质量受到影响，增加了线损；另一方面增加了电网负担，电力公司会对地铁公司进行罚款，带来不必要的损失。供电供电系统与电力系统的交互作用系统与电力系统的交互作用2.电能质量的相互影响地铁运营过程中存在电压波动、谐波和负序等电能质量问题，而电力系统中同样也会存在此类问题。地铁供电系统电力系统相互影响电压波动与闪变谐波负序3.电压稳定问题电网运行要有足够的无功备用容量。在电力市场环境下，必须制定统一的法规以

39、激励独立发电商从维护整个系统安全的角度考虑，发送无功功率并为系统提供充足的无功备用。运行的电网不仅需要有功电力的旋转备用，而且需要适量的动态无功支撑，并且动态无功储备对确保电网安全至关重要。供电供电系统与电力系统的交互作用系统与电力系统的交互作用4.改善电压稳定的技术1、投入必要的发电设备：在偶然事故期间或当新线路或变压器被推迟投入的时候，运行不经济的发电机以改变潮流或提供电压支持。2、串联电容器：使用串联电容器可有效地减少线路电抗，从而降低净无功网损。基于这一措施，线路可以从在其一端的强系统向在其另一端的无功短缺的系统传送更多的无功功率。3、并联电容器：虽然并联电容器的过分使用可能是电压不稳

40、定问题的一部分原因，但是有时附加的电容器也能解决电压不稳定问题，因为此时可以在发电机中预留出“旋转无功储备”。通常，所要求的无功功率大多是就地提供的，而发电机主要提供有功功率。4、静止无功补偿器（SVC/SVG）：SVC/SVG和同步补偿机配合使用对控制电压和防止电压崩溃是有效的，但必须认识到它有很确定的极限。当一个超过了规划准则的扰动使SVC/SVG达到顶值时，系统中的电压崩溃会与SVC/SVG有很大的关系。4.改善电压稳定的技术5、在较高电压下运行：在较高电压下运行可减少系统的无功需求，因为它使发电机运行在远离无功极限的地方，因此帮助运行人员预留了对电压的控制。6、低电压甩负荷：减少一定的

41、负荷可能避免电压崩溃。在辐射状负荷的场合下，甩负荷应该基于一次侧电压。在静态稳定问题中，甩掉受端系统中的负荷将是最有效的。7、低功率因数发电机：在新增的发电很靠近无功短缺地区或靠近偶而需要大的无功储备的地区时，采用功率因数为0.85或0.8的发电机为宜。然而采用具有无功过负荷能力的高功率因数发电机加并联电容器组，可能更灵活、更经济。8、利用发电机无功过负荷能力：发电机和励磁机过负荷的能力可被用来推迟电压崩溃。在此期间运行人员可以改变调度或削减负荷。最有用的是应该进一步定义无功过负荷的能力，训练运行人员使用它，并重新整定保护装置以便不再妨碍无功过负荷的使用。供电供电系统与电力系统的交互作用系统与

42、电力系统的交互作用5.电力部门对配电、用电的要求无功补偿应按照国家的有关规定执行，如电力系统电压和无功电力技术导则（SD325-1989）、全国供电导则等。例如，全国供用电规则4.3 条中规定“无功电力应就地平衡，用户应在提高用电自然功率因数的基础上，设计和装置无功补偿设备，并做到随负荷和电压变动及时投入和切除，防止无功电力倒送”。对于35KV110KV 变电站其低压侧出线功率因数j cos 不应小于0.900.95，装设电容器的容量一般为主变压器容量的1520。根据民用建筑电气设计规范（JGJ/T16-92）3.5.2条，对于高压供电的用电单位，功率因数为0.9 以上；低压供电的用电单位，功

43、率因数为0.85 以上。当采用提高功率因数措施后，仍达不到此要求时，应采用并联电力电容器作为无功补偿装置。无功补偿宜采用就地平衡原则，低压部分的无功负荷由低压电容器补偿，高压部分的无功负荷由高压电容器补偿。容量较大，负荷平稳且经常使用的用电设备的无功负荷宜单独就地补偿。供电供电系统与电力系统的交互作用系统与电力系统的交互作用汇报提纲汇报提纲二地铁主要供用电设备分析地铁主要供用电设备分析电能质量与安全稳定问题电能质量与安全稳定问题四地铁系统与电力系统的交互作用地铁系统与电力系统的交互作用五动态无功补偿装置简介动态无功补偿装置简介一三地铁电气化概述地铁电气化概述六地铁三种动补方案的比较地铁三种动补

44、方案的比较动态无功补偿装置简介动态无功补偿装置简介分组投切电容分组投切电容1.分组投切电容简介并联电容器组是最早就出现的静止型无功补偿方式并联电容器组是最早就出现的静止型无功补偿方式，因其结构简单等特点而得因其结构简单等特点而得到了广泛的应用到了广泛的应用，一般的并联电容器组都是应用在负荷较为平稳的场合一般的并联电容器组都是应用在负荷较为平稳的场合，由手由手工进行投切工进行投切，每天的投切次数不超过每天的投切次数不超过1010次次。自动投切并联电容器组则根据系统所需无功自动进行投切操作自动投切并联电容器组则根据系统所需无功自动进行投切操作，其投切次数可其投切次数可达每天数十次达每天数十次，甚至

45、数百次甚至数百次。2.分组投切电容工作特点响应速度：响应速度：刚切除后的电容器组刚切除后的电容器组，需待放电完全后才能再次投入需待放电完全后才能再次投入，至少需要至少需要数十秒以上数十秒以上，实际工程中一般需要实际工程中一般需要5 5-1010分钟分钟。损耗：损耗：只有并补电容器和串联电抗器产生损耗只有并补电容器和串联电抗器产生损耗，因此损耗非常小因此损耗非常小（约在约在0 0.1 1%左右左右）。谐波电流：谐波电流：不产生也不滤波谐波电流不产生也不滤波谐波电流。三相不平衡：三相不平衡：并联补偿电容器组是三相完全平衡的并联补偿电容器组是三相完全平衡的，因此不能改善不平衡度因此不能改善不平衡度。

46、调节特性：调节特性：只能投入或者切除并联电容器组只能投入或者切除并联电容器组，无功变化较大无功变化较大，无法平滑线性无法平滑线性调节无功输出调节无功输出。动态无功补偿装置简介动态无功补偿装置简介静止型动态无功补偿装置静止型动态无功补偿装置1.TCR+FC型SVC设备的原理TCR+FCTCR+FC型型 SVCSVC组成示意图组成示意图FCFC：向系统提供固定的容性无功并滤除高压母线上的各次谐波；其：向系统提供固定的容性无功并滤除高压母线上的各次谐波；其直挂于高压母线下多组固定不变的滤波器直挂于高压母线下多组固定不变的滤波器，其滤波阻抗曲线固定不变其滤波阻抗曲线固定不变，能将负荷变化过程产生的变化

47、的谐波有效滤除能将负荷变化过程产生的变化的谐波有效滤除，达到国标要求达到国标要求。SVCSVC设设备备TCRTCR：为晶闸管串联电抗器装置：为晶闸管串联电抗器装置，由控制系统实时跟踪负荷变化来改由控制系统实时跟踪负荷变化来改变晶闸管触发角从而向系统提供实时可变的感性无功变晶闸管触发角从而向系统提供实时可变的感性无功。其快速跟踪负其快速跟踪负荷变化荷变化（响应时间小于响应时间小于1010msms）。容性无功和感性无功的相位容性无功和感性无功的相位相反相反，二者相加将改变无功二者相加将改变无功变化量变化量，从而达到抑制电压从而达到抑制电压波动波动、提高功率因数等作用提高功率因数等作用。TCR+FC

48、TCR+FC型型SVCSVC设备设备，通过通过FCFC部分设置与电网特征谐波相部分设置与电网特征谐波相同的滤波器对谐波进行滤除同的滤波器对谐波进行滤除。荣信有多套类似设备的谐波荣信有多套类似设备的谐波治理经验治理经验，可以有效的治理可以有效的治理负载产生的谐波负载产生的谐波。动态无功补偿装置简介动态无功补偿装置简介静止型动态无功补偿装置静止型动态无功补偿装置无功补偿原理图无功补偿原理图QLtQctQRttQL+QR-QCtQR-QC-电网负荷产生的动态感性无功功率电网负荷产生的动态感性无功功率-TCRTCR设备提供的动态感性无功功率设备提供的动态感性无功功率-滤波器组滤波器组（或电容器组或电容

49、器组）提供的固定无功提供的固定无功功率功率TCR+FCTCR+FC型型SVCSVC的无功补偿原理的无功补偿原理LQRQCQ汇报提纲汇报提纲二地铁主要供用电设备分析地铁主要供用电设备分析电能质量与安全稳定问题电能质量与安全稳定问题四地铁系统与电力系统的交互作用地铁系统与电力系统的交互作用五动态无功补偿装置简介动态无功补偿装置简介一三地铁电气化概述地铁电气化概述六地铁三种动补方案的比较地铁三种动补方案的比较地铁三种动补方案的比较地铁三种动补方案的比较提出三种方案提出三种方案地铁系统电力系统的结构型式地铁系统电力系统的结构型式为为110主站主站+35kV分区的思路分区的思路三种动态无功三种动态无功补

50、偿的方案补偿的方案集中式补偿集中式补偿，就就是指在是指在110110kVkV主主站集中进行无功站集中进行无功治理治理区集中补偿区集中补偿，就就是指在每个分区是指在每个分区进行动态无功补进行动态无功补偿偿。分布式补偿分布式补偿，就是就是指在每个指在每个3535kVkV的降的降压所压所、跟随所和牵跟随所和牵引所都进行动态无引所都进行动态无功补偿功补偿地铁三种动补方案的比较地铁三种动补方案的比较技术经济比较技术经济比较注：注：考虑到分布式补偿比分区集中补偿投入成本要高得多考虑到分布式补偿比分区集中补偿投入成本要高得多，因此在实际工因此在实际工程中程中，分布式补偿基本上可以不予考虑分布式补偿基本上可以