Kako lahko visokonapetostni serijski reaktorji rešijo problem harmoničnega onesnaževanja v sistemih za oskrbo z električno energijo v železniškem prometu?

V sistemih za oskrbo z električno energijo v železniškem prometu visokonapetostni serijski reaktorji in kondenzatorske banke tvorijo vrsto filtrov za učinkovito reševanje problema harmoničnega onesnaženja. Osnovni mehanizem in izvedbeni elementi so naslednji:
I. Viri in nevarnosti harmoničnega onesnaženja
Harmoniki v sistemih oskrbe z električno energijo v železniškem prometu v glavnem izhajajo iz usmerniških enot (kot je 24-impulzni usmernik v vlečnih transformatorskih postajah). Čeprav lahko več-impulzna tehnika zmanjša nizek harmonski red, bodo v praksi še vedno prisotni 5, 7 in 11 karakteristični harmoniki, pa tudi nekarakteristični harmoniki, ki jih povzroča asimetrija električnega omrežja. Harmoniki lahko povzročijo:
Pregrevanje in poškodbe kondenzatorja: harmonični tok poveča izgube kondenzatorja in pospeši staranje izolacije.
Harmonično ojačanje in resonanca: Kondenzatorji in induktivna reaktanca omrežja lahko tvorijo resonančna vezja, ki ojačajo specifične harmonike in ogrožajo varnost opreme.
Nepravilno delovanje relejne zaščite: Harmonične motnje lahko povzročijo diferencialno zaščito, zaščito na daljavo itd. in vplivajo na stabilnost sistema.
ii. Načelo delovanja visoko{1}}napetostnih serijskih reaktorjev
Visokonapetostni serijski reaktor duši harmonike na naslednje načine:
Spremenite impedančno karakteristiko sistema: ko je v seriji s kondenzatorjem, se oblikuje veja LC filtra. Njegova impedanca se inducira pri določeni harmonični frekvenci, kar preprečuje, da bi harmonični tok pritekel v kondenzatorsko baterijo.
Na primer, za 5 harmonikov (250 Hz) je veja kondenzatorja induktivna za 5 harmonikov, ko je upornost izbrana na 6 %, da se izogne ​​resonanci.
Zagonski tok: Ko je kondenzator priključen na napajanje, induktivnost reaktorja zavira trenutni zagonski tok, ščiti stikalno napravo in sam kondenzator.
Frekvenčno razdeljeno filtriranje: s prilagoditvijo reaktančne stopnje (npr. 4,5 %, 6 %, 12 %) je mogoče filtrirati ključne harmonike, kot so tri in pet faz. Na primer:
6 % reaktanca: Učinkovito zatiranje 5 harmonikov, medtem ko preprečuje ojačitev 3 harmonikov.
12-odstotna reaktanca: Primerno za močno tri-fazno harmonično kontaminacijo, kot so transformatorske postaje z velikimi eno-faznimi nelinearnimi obremenitvami.
III. Tipične uporabe železniškega tranzita
Vzemimo za primer metro 110kV postajo:
Ozadje sistema: Dve novi kondenzatorski bateriji 2400 kvar sta bili nameščeni s serijskimi reaktorji (144 kvar) s 6-odstotno stopnjo reaktivnosti.
Po odpravljanju napak je skupna stopnja popačenja napetosti 10kV zbiralke dosegla 4,33 % (4 % nad mejo), od tega je bila stopnja popačenja tretje harmonike 3,77 % % (3,2 % nad mejo).
Analiza problema: Prvotna izbira reaktančne stopnje ni v celoti upoštevala harmoničnega ozadja sistema, kar je povzročilo ojačitev treh harmonikov.
Izračuni kažejo, da je kapacitivnost kondenzatorja blizu 5,1 % kratkostične-kapacitete zbiralke pod 6 % reaktanco in je enostavno sprožiti vzporedno resonanco.
Optimizacijski ukrepi: reaktanca je prilagojena na 12 % in ponovno izračunana harmonična impedanca:
Stopnja ojačenja tretje harmonske napetosti je zmanjšana na 0,50, kar ustreza standardu.
S tem se izognete nevarnosti resonance in omejite naval vzbujanja.
IV. UVOD Tehnični parametri in principi izbire
Izbira reaktančnega razmerja:
Prevladujoči 3. harmonik: izberite 12-odstotno reaktančno razmerje, da omogočite veji kondenzatorja zaznavanje tretjega harmonika.
Prevladujoča 5. harmonika: izberite 6-odstotno reaktančno razmerje, da uravnotežite učinkovitost filtracije in stroške.
Splošni scenariji: 4,5-odstotno reaktančno razmerje lahko prenese harmonično dušenje magnitude 5 in več.
Nazivna napetost in zmogljivost:
Nazivna napetost se mora ujemati s sistemsko napetostjo (npr. . 10kV, 35kV).
Nazivna zmogljivost se izračuna tako, da se kapacitivnost pomnoži z reaktančnim razmerjem (npr. . 144 kW=2,400 kW x 6 %).
Zgradba in materiali: tuljave, ojačane z epoksi-, in jedro iz uvoženega silicijevega jekla zagotavljajo nizek dvig temperature in nizek hrup.
Gumijasta podloga za dušenje vibracij iz silikonske gume je primerna za kompakten prostor železniškega tranzita.
V. Rezultati izvajanja in industrijske prakse
Učinkovitost ublažitve harmoničnega popačenja: Po prilagoditvi stopnje reaktanse se je stopnja tretjega harmoničnega popačenja podzemne postaje zmanjšala s 3,77 % na 2,8 %, skupna stopnja popačenja pa na 3,9 %, kar je doseglo standard GB/T 14549-1993.
Stopnja okvar kondenzatorja se zmanjša za 80 %, kar podaljša življenjsko dobo opreme.
Industrijski trendi: dinamična kompenzacija v kombinaciji z aktivnimi močnostnimi filtri (APF) rešuje izziv vse bolj zapletenega harmoničnega spektra.
Inteligentni nadzorni sistem lahko spremlja harmonične spremembe v realnem času in optimizira strategije prilagajanja parametrov reaktorja.