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摘要：伴随着近年来的城市地铁工程快速发展，传统的地铁低压配电系统谐波分析及治理方法已经不能满足当前地铁发展的现实需求。找寻一种更有效的分析和治理谐波的方法显得格外重要。本文从对谐波分析出发，提出相应治理措施，促进城市地铁更加高效安全的发展。
关键词：地铁低压配电；谐波；研究
我国现代化建设和社会经济的迅猛发展，城市化进程的不断加快，导致城市人口数量的快速增长，城市用地面积逐年扩张，随之而来的城市交通拥挤问题也日益凸显。地铁轨道交通的全面发展为解决城市交通堵塞发挥着重要作用。作为城市交通系统的重要组成部分的地铁系统，其运行安全及质量问题越来越被人们所重视。地铁中电力系统产生的谐波污染已经极大的妨碍了地铁发展。随着电力电子技术的飞速发展，传统的谐波分析和传统的谐波治理方法已经不能满足新型的地铁运营要求。如何减少谐波对配电系统的污染，减少谐波造成的危害，为地铁车站及其他用户电气设备的使用创造一个既安全又经济的低压配电系统环境是我们设计人员要关注的问题。
1谐波对地铁系统的影响
1.1谐波对于输变电设备的影响
地铁谐波会使电力变压器、供电线路及其他的用电设备的寿命缩短，严重情况下会导致安全事故的发生；谐波还有可能引起继电保护装置的拒动或误动，这种情况在地铁运行中是严格避免的；此外谐波还可能对电表的准确性产生负面影响。下面就谐波对地铁低压配电产生的影响进行简单的分析。
1.1.1对供配电线路的影响
在通电供应的情况下，谐波的电压增加了介质的电场强度。导致电缆等通电介质的局部温度升高、放电等现象的产生，大大的影响了其使用寿命，带来了安全的隐患。谐波的危害程度与电缆供应配电的电压等级成正相关性。由于谐波电流产生电场，导致局部的放电现象增加，介质损耗明显加重，促使温度升高，影响介质寿命。交流电流趋向于在导体的外表面流动，称为集肤效应。特别是5次（300Hz）以上的谐波，集肤效应更加显著。集肤效应会导致电线电缆阻抗增加、温度升高、损耗增加，甚至绝缘损坏而引起事故发生。在为非线性设备配电选择电缆时，电缆的额定容量需适当降低，以便留出适当的容量裕量。
1.1.2对变压器的影响
如果是Y，yn0型接线类型的变压器，其变压器的副边没有设置谐波通道，特别是3次及其倍数次零序谐波，对变压器的输出会产生较打的畸变。供给不对称负荷的变压器，我们还要考虑到如果负荷电流中存在直流，导致变压器磁路的饱和度增高，从而使交流电流中的谐波成分剧烈增加。谐波对变压器产生的负面影响是电路在配电过程中热损耗增加，绝缘部分老化，缩短寿命；相关数据表明，同样的电缆敷设状态下，含有谐波介质寿命要明显小于一般工频电流介质。
1.1.3对继电保护装置的影响
谐波会影响继电器的动作性畸变或工作效果降低，从而造成保护装置的误动或拒动。虽然近年来通过采用滤波器等设施，进行磁通补偿、谐波注入、直流纹波注入等措施去降低谐波污染，但是其效果也不尽如意。日益增大的高度非线性设别的使用数量和额定容量，部分地区的电网中的谐波危害在慢慢加大。
1.1.4对电容器的影响
地铁车站内降压变电所一般在0.4kV上配备电容器集中补偿器，为了提高配电变压器的使用率及功率。因为并联电容器的容抗与电流频率呈负相关，电容器对谐波表现出了吸收作用，因此电容器具有一定的过滤谐波的作用。谐波电流会导致电容器发热，甚至严重者可以使其绝缘失效。尤其当发生谐振时，情况更为严重。
1.2谐波对于通信系统的影响
在国际上通信系统受到谐波影响已经越来越被重视，谐波干扰会影响通信系统的清晰度，引起通信系统的噪声。谐波污染严重者会引起信号的丢失，在谐波和基波的共同作用下引起通信设备的失效。
1.3谐波对地铁安全运行的影响
地铁低压配电系统的谐波治理对系统的安全运行发挥着巨大作用。地铁系统谐波治理能带来的经济效益是一个持久的过程。用电负荷在地铁车站内主要包括照明系统、电梯、通信信号、环控系统等。大量的谐波源设备被安放在地铁配电系统中，如前文所述的节能灯、软启动器、变频器、UPS不间断电源、EPS应急照明系统等等。单个的谐波源所造成的危害是比较小的，但不经治理的谐波汇集到400V母线时，会对系统的安全稳定运行造成危害。由于目前我国采用的电力电子新技术的各种设备越来越繁杂。由此导致的谐波危害引发是事故的概率也每年增加。
2地铁低压配电系统谐波治理措施
2.1谐波治理设备
无源滤波器（LC滤波器）、有源电力滤波器为目前市面上常见的谐波治理设备。无源滤波器（LC滤波器）利用电感、电容和电阻的组合设计构成的滤波电路，可滤除某一次或多次谐波，最普通易于采用的无源滤波器结构是将电感与电容串联，可对主要次谐波构成低阻抗旁路。有源滤波器的主要工作原理等同于一台谐波发生器。通过技术手段向电网注入一定量的谐波电流，这种谐波电流的频率、相位、幅值均可控。在检测负载谐波状况的前提下，使得输出电流能抵消掉谐波源负载产生的谐波电流，达到消除谐波危害的目的。
2.2谐波治理措施
区别于一般谐波治理方式，地铁车站低压配电系统的谐波治理的侧重点应该放在以下三哥方面上：一是消除谐波对通信、信号等直接影响地铁运行的特别重要的影响污染。二是消除或降低谐波引发中性线过载而导致电气火灾发生的可能。三是降低地铁低压配电系统对上级电网（包括自用变压器）的污染。
由于通信、信号等负荷安全性要求高，如在变压器下做集中补偿，虽能避免对上级电网的谐波污染、消除或降低电气火灾的发生几率，但无法消除谐波源对这些重要负载的威胁，因此，在地铁车站低压配电系统中最好尽量选用就地补偿模式，对谐波源所产生的污染做就地补偿，将谐波危害消除在源头。所谓就地补偿就是通过滤波器就近补偿谐波，将滤波器安装在谐波源的交流进线处，达到彻底消除谐波危害的目的。
就地补偿的方式被采用后，在谐波源处所产生的谐波电流事先被补偿，能够有效的消除谐波对上级电网以及关键性敏感负载如信号系统及生产监控系统、微机控制系统的影响。在各种补偿方式中，谐波的就地补偿的效果和作用最大，但是缺点是其补偿的成本相对来说比其他的补偿方式要高。就地治理的补偿方式的优势在于对谐波源到达变压器的这一段电缆线路中以及该低压配电系统的其他负荷均有保护作用，而相比较于集中治理的方案，是有所缺陷的。
3总结
本文通过对低压配电系统中谐波的简单分析，对几种谐波对地铁低压配电系统的影响进行了简单的阐述。目前，我国的城市化不断的加快进程，城市公共交通拥挤现象越来越制约社会经济的增长。地铁作为先进的城市轨道交通，其安全性可靠性已经越来越被公众所关注，其中地铁低压配电系统谐波对地铁的影响不容忽视。开展地铁低压配电系统的谐波治理方案研究，对于以后的地铁设计、运营都具有一定的理论支持和指导意义。
参考文献
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