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广州地铁供电系统的谐波抑制

www.cechina.cn2009.06.02

  摘 要:利用西门子“SALOMON”程序对广州地铁供电系统进行谐波分析和预测,确定广州地铁用电系统的谐波抑制措施,以提高电能质量,确保地铁供电网的电压总谐波畸变率和各次谐波电压含有率符合规程的要求,使各车站电气设备安全经济地运行。
  关键词:地铁;供电系统;谐波;滤波电路
  Abstract:Harmonic analysis and forecast for Guangzhou metro power supply system are conducted using the “SALOMON”software of Siemens.On this basis,appropriate harmonic suppression measures are selected to improve electric power quality and to ensure that the overall harmonic distortion rate and n-th harmonic voltage content can meet the demands of national

standards;thereby enabling the safe and economic operation of metro station electric apparatus.
  Key words:metro;power supply system;harmonic;filter circuit
  1 系统概况
  广州地铁一号线全长18.4 km,有16个车站、1个车辆段和1个控制中心。全线设置8座33/1.5 kV DC,33/0.4 kV牵引降压混合变电所(简称TPLS);25座33/0.4 kV降压变电所(简称PLS)。33 kV线路采用双回240(300)mm2的XLPE电缆,按4个供电区域内各车站变电所分别环接,组成33 kV环网供电,并在公园前车站设环网分段点。每个TPLS内均设置2台整流机组,采用12相全波脉动整流方式,通过直流馈线以1.5 kV向地铁车辆供电。每个TPLS和PLS均设置2台动力变压器,降压至0.4 kV向车站、区间的动力、照明、通信、信号、防灾报警、电力监控、车站设备监控和自动售检票等系统供电。
  地铁33 kV环网与广东电力系统的联接点设在地铁专用的2座变电站,即110/33 kV坑口(MPS1)及广和(MPS2)主变所,分别由220 kV芳村站和220 kV天河站各提供2回取自不同母线的110 kV专线电源。MPS内均设置2台31.5 MVA控制工程网版权所有,110/35 kV主变压器www.cechina.cn,正常运行时控制工程网版权所有,两台主变压器分裂运行;当一台主变压器故障或一路电源线路故障时,另一台主变压器负担全站负荷用电。
  地铁供电系统中的波形畸变主要来源于车辆牵引供电的整流、逆变装置,其次是直流电源成套装置及其他电子装置。为了保证电网和用电设备安全经济地运行,广州地铁总公司对地铁供电系统的高次谐波采取了抑制措施。
  2 模拟计算供电系统的谐波情况
  利用西门子公司的“SALOMON”软件,计算分析广州地铁一号线供电系统在初期(1998年)、中期(2008年)及后期(2023年)的谐波情况控制工程网版权所有,对比加装滤波装置的前后结果,确定装设滤波装置的方案。
  2.1 计算条件
  a)牵引整流变压器采用12脉波整流器。
  b)根据地铁近期、中期及远期客流分析,供电网中牵引供电的日平均负荷和高峰小时负荷预测见表1。


  表1 牵引供电的日平均负荷和高峰小时负荷  MW


  c)MPS的主变压器接线组别:YONyou(d)-12,33 kV中性点装设中性点接地电阻,每台31.5 MVA主变压器均设定有5 MW、低压0.4 kV的连续负荷。
  d)0.4 kV低压配电系统假定有电容被偿器装置,其扼流线圈电抗在工频时占电容器抗的7%。低压系统66段母线各装设1组196 kvar补偿电容,具体配置见第3.2节。
  e)110 kV系统短路容量:坑口主变电所为4 GVA,广和主变电所为3 GVA。
  f)公共连接点220 kV芳村变电站和220 kV天河变电站各次背景谐波电压畸变率测量值见表2。


  表2 注入公共连接点背景谐波    %


  g)参照国际GB/T14549—93对谐波的要求[1]。
  h)主变所低压侧设备装置情况:第一种情况,设4组3 MVA电容补偿器,其扼流线圈电抗在工频时占电容器容抗的7%(简称电容补偿器);第二种情况CONTROL ENGINEERING China版权所有,装设5次、11次谐波滤波装置(简称滤波装置)。
  2.2 模拟计算结果分析
  从计算结果(表3、表4)可看出:33 kV电网的电压总谐波畸变率较高,尤其后期严重。
  表3 预测初、中、后期


  在设置电容补偿器的情

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