电气化铁路和城市轨道的电能质量问题及影响

汇报提纲汇报提纲一、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”方法二、电铁谐波的“三级评估”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系统电压/kV0.436.5及以下及以下66和和132275和和400电压总谐波畸变率电压总谐波畸变率/%8853.5系统电压系统电压/kV0.46.6,11,2020145275,400电压总谐波畸变率电压总谐波畸变率/%5433二、电铁谐波的“三级评估”方法二、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。类别类别THD明显值明显值不良影响不良影响异步电机异步电机20铜、铁损稍高，有振动，杂音，但铜、铁损稍高，有振动，杂音，但仍能工作仍能工作同步电机同步电机10效率开始下降，有振动，杂音效率开始下降，有振动，杂音电容器电容器发生谐振发生谐振超过允许值而损坏超过允许值而损坏计量仪表计量仪表101的计量误差的计量误差电子开关电子开关10开始出现误动开始出现误动电子计算机电子计算机5运行异常运行异常电视机电视机 不太敏感不太敏感二、电铁谐波的“三级评估”方法二、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限值低压系统THD0=10%；中压35kV THD0=6%，620kV THD0=8%；高压系统THD0=4%20THDTHDKK11.522.533.54THD(%)0.38kV108.167.076.325.775.355.0010kV86.535.665.064.624.284.0035kV64.904.243.793.463.213.00110kV 43.272.832.532.312.142.00二、电铁谐波的“三级评估”方法二、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（415V）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。22)(HVHMMVMVLTGLHhhLllHMTHDHTHDLT121211HMLVMVMVHVTGLL)(22二、电铁谐波的“三级评估”方法二、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母线(PCC）110kV节点编号节点编号171615131065THD（%）3.83.342.351.661.791.41.36母线母线(PCC）110kV35kV10kV-节点编号节点编号438721-THD（%）1.251.221.020.790.430.55-牵引变电所牵引变电所TT1(17)TT2(16)TT3(15)谐波电压发送限值谐波电压发送限值1.791.411.79二、电铁谐波的“三级评估”方法二、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53.0111212HhhLlltTHDHTHDLK74.3)(22HMLVMVMVHVTGLL牵引变电所牵引变电所TT1TT2TT3谐波电压发送限值谐波电压发送限值2.231.762.23三、城市轨道的主所SVG集中补偿三、城市轨道的主所SVG集中补偿主所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11035()SVGkVkVQQQ 223511011035costanPCCkVkVSVGSVGPCCkVkVPPQQQQPQQ三、城市轨道的SVG补偿与谐波治理三、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 1段母线 SVG投入00:0006:0012:0018:0000:00-4000-200002000400000:0006:0012:0018:0000:000.20.40.60.8100：0006：0012：0018：0000：00-1000-50005001000150020000.80.850.90.9511.051段，PCC无功功率kVar1段，PCC功率因数1段，PCC无功功率kVar1段，PCC功率因数三、城市轨道的SVG补偿与谐波治理三、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 2段母线 SVG投入00:0006:0012:0018:0000:00-6000-5000-4000-300000:0006:0012:0018:0000:0000.20.40.60.8100：0006：0012：0018：0000：00-2000-1500-1000-500000：0006：0012：0018：0000：000.90.920.940.960.9812段，PCC无功功率kVar2段，PCC功率因数2段，PCC无功功率kVar2段，PCC功率因数三、城市轨道的SVG补偿与谐波治理三、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容量设计日功率因数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)1段三、城市轨道的SVG补偿与谐波治理三、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容量设计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)2段四、城市轨道四、城市轨道400V动力负荷电能质量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负荷种类冷源冷源车站照明车站照明环控环控商业商业弱电系统弱电系统其它其它用电量用电量（kWh）520803052365624237512109922152四、城市轨道四、城市轨道400V动力负荷电能质量动力负荷电能质量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段负载率20.70%20.30%21.70%12.90%13.40%11.70%11.40%10.30%6.10%12.4%010203040500123降压所进线谐波电压含有率95%概率大值谐波次数95%概率大值(%)15182100030611.522.5时间/hTHD/%降压所进线谐波电压畸变率四、城市轨道四、城市轨道400V动力负荷电能质量动力负荷电能质量环控负荷谐波分析15182103601020304050环控负荷谐波电流时间/h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次谐波次谐波5次谐波次谐波7次谐波次谐波9次谐波次谐波11次谐波次谐波95%概率大值（概率大值（A）1.824.615.70.62.7平均值平均值(A)1.1423.915.00.42.2四、城市轨道四、城市轨道400V动力负荷电能质量动力负荷电能质量冷源负荷谐波分析151821036050100150200250冷源负荷基波电流时间/h电流/A 2次谐波次谐波3次谐波次谐波5次谐波次谐波7次谐波次谐波运营时间运营时间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、城市轨道四、城市轨道400V动力负荷电能质量动力负荷电能质量电扶梯负荷谐波分析151821036024681012自动扶梯基波电流时间/h电流/A 3次谐波次谐波5次谐波次谐波7次谐波次谐波9次谐波次谐波11次谐波次谐波13次谐波次谐波95%概率大值概率大值0.983.491.990.240.550.42平均值平均值0.311.651.120.100.410.240510 1520 2530 3540 4550020406080100自动扶梯各次谐波电流含有率95%概率大值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 百分比百分比限值限值实测实测谐波含有率谐波含有率I5/I1%3188.41I7/I1%2071.11I11/I1%1242.00I13/I1%728.81谐波畸变率谐波畸变率THD%37-总结总结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、GB/Z 17625.4-2000中的第三级评估方法对电铁牵引畸变负荷是适用的。3、以日功率因数为考核指标，按照实测城市轨道主所负荷过程数据，地铁无功补偿容量应在合理补偿区间范围。现有设计一般容量裕度较大或者容量的组合有一定问题。4、城市轨道降压所负载率普遍偏低，一般在25%左右。环控和冷源占据较大的负荷比例。环控负荷的5、7次是最大的谐波污染源。电梯负荷的谐波电流含量超标。APF的设计应该和地面站、地下站；负载率等挂钩。谢 谢