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摘要：在地铁正常运行中，低压配电系统若出现谐波，则会影响供电系统的正常，进而阻碍地铁的安全运行。因此，为了降低地铁低压配电系统出现异常的频率，必须分析研究谐波电源出现的原因，并制定治理谐波的技术方案，从而确保地铁的安全稳定运行，为人们的出行提供保障。
关键词：地铁；低压；配电；系统；谐波
1.治理地铁低压配电系统谐波的重要性
在城市交通系统中，地铁是不可缺少的组成部分，它可以大幅缓解城市的交通压力，为城市的经济发展奠定基础，地铁车站供电系统由强电、弱电高压、低压、交流、直流等多种供电系统组成，管理起来极为复杂，稍有不慎，将影响供电系统的正常运行。在地铁供电系统中，不仅有负责牵引直流电动车辆的系统，站内还配备了大量动力照明设施，以为人们的出行提供极大便利，但因大量非线性设备在运行过程中会产生不同的谐波电源，影响地铁的安全稳定运行，因此，需要采取相应的治理技术方案，降低谐波电源对地铁配电系统的影响，为公众创造一个舒适安全的出行环境。
2.地铁低压配电系统谐波分析
一般，地铁低压配电系统由单母线分段完成接线，在正常情况下，母联分段，两台相同的变压装置并列工作运行，如果其中的一台装置遇到故障或者需要检修时，需对三级负荷进行切除处理，由另一台变压装置承担全部供电负荷，以确保地铁的安全运行。地铁低压配电系统用电负荷较多，如照明、通信、信号、给排水、监控等均为低压用电负荷。
2.1地铁谐波源分布
通常，地铁低压配电系统中会有许多台非线性电气装置，具体如下：
2.1.1荧光灯
荧光灯是地铁低压配电系统中的一种非线性电气装置，其具备显色度好、光效高、在配备电子镇流器后可调光等优势，因而被广泛在各类工程中使用，但由于在使用荧光灯过程中会产生奇次谐波，如一般绕线式电感镇流器会产生3次谐波（谐波量为12%-13％）；通常，电子镇流器是应用功率晶体管的高频开关取代电感，正常工作频率可达20-60kHz，在使用时不仅会产生3次谐波（谐波量为10%-20%），而且还会产生高次谐波（产生量为3%-10％），普通型电子镇流设备一般设置的滤波电路类型为逐流型，谐波产生量高达20%，而低谐波型电子镇流器具备过滤谐波的功能，可以将产生的谐波量控制在15%以下；另外，为使功率因数得到提高，地铁内的荧光灯均配备了并联电容装置，但其缺点是会放大谐波。
2.1.2计算机类弱电负荷
一般，计算机都配备了开关电源，简称SMPS，它通过替换传统的变压器和整流器，将其换成电源直接经可控制的整流器，完成存贮电容器的充电工作，利用高频PWM（脉冲宽度调制）信号对开关管输出的多个直流电流进行管控，通过对PWM占空比进行控制，从而确保输出安全。由于其在获取脉冲电流时，无法直接从电源获取连续性正弦电流，因而会产生三次及高次谐波。尤其是初期研发生产的SMPS，三次和高次谐波产生量远高于传统整流器，但在SMPS模块化和谐波隔离技术不断发展的基础上，可进一步降低谐波量。
2.1.3 UPS（通信、售票等弱电系统）、EPS（直流屏、消防应急电源）电源
UPS和EPS电源的谐波来源于其内部整流器，因为它们的谐波含量与整流器相似度极高。地铁配电设备产生的谐波不仅会影响站内电网整体质量，而且会影响电气设备的安全运行。尤其在使用无功补偿装置时会放大谐波，极易损坏电容器。
2.1.4变频器和软启动器
在地铁系统中，应用的变频器和软启动器越来越多，一般用于水泵电梯通风和空调系统中，其中变频器有交-直-变频器、交-交变频器两大类，它们都是应用的相位控制技术，因而在变换以后会产生较多类型的谐波。
2.1.5检修电源
在检修地铁车站风机室和区间隧道过程中，均会产生相应的电弧。由于电弧具备较强的负阻性，将会产生短时谐波电流，一般，对供电系统影响不大。
2.2谐波对地铁系统的影响
2.2.1谐波对输变电设备的影响
谐波的出现，会影响输电线路、变压器、无功补偿电容器使用年限，若谐波电流较大，会引发一些安全事故；另外，谐波还会误动或拒动继电保护器。
（1）谐波对输电线路的影响：由于谐波会产生频率较高的电场，在此情况下，会加大局部绝缘放电，增加介质温度和耗损，对绝缘使用年限造成影响；（2）谐波对变压器的影响：常规变压器会产生3次和其倍数次零序谐波，需要采取相应的技术措施进行解决，从而避免谐波形成换流后，增加绕组温度；而供给不对称负荷的变压器，若负荷电流中有一定的直流分量，将会提升变压器磁路饱和度，进而增加交流磁电流谐波分量；（3）谐波对无功补偿电容器的影响：电容装置会放大谐波电流，导致原有谐波增加2-5倍，谐振时谐波高达30倍，在谐振的影响下过电流和过电压，会增加电容装置温度，加大损耗，从而毁坏电容装置。
2.2.2谐波对通讯系统的影响
谐波会对通信系统造成干扰，导致通话音质下降。若干扰过于严重，会影响通信信号，同时，在谐波与基波两者的共同干扰下，会导致电话响铃，情节严重不仅会毁坏设备，而且还会引发重大安全事故。
3.地铁谐波治理技术与方案分析
在治理地铁低压配电系统谐波时，一般是采取两种方式，即就地补偿和集中补偿，集中补偿是通过将谐波补偿设备设置在用电系统与电网连接点位置，其优势是当谐波源到达变压器母线位置时，会相互进行叠加并减小，在治理谐波时具备成本低、可以有效对上级电网进行保护的优点，但对下级电网没有保护作用；就地补偿是在谐波源交流进线位置设置相应的滤波器，应用滤波器就近对谐波进行补偿，以降低谐波对其他设备的损坏，虽然就地补偿的效果非常突出，但其在实际应用中造价较高。通常，在治理地铁低压配电系统谐波过程中，应将重点放在以下几个方面：
3.1最大限度规避谐波电流对一些重要通讯、测控、指挥系统的影响
3.2最大限度规避谐波电流引起的中线过载问题，降低发生电气火灾的几率
3.3降低地铁配电系统对上级电网（包括自用变压器）的影响
因一些重要系统（如负载测控、通讯、指挥系统等）对负载的安全性提出了较高的要求，若采取集中补偿变压器的方式，虽然可以降低谐波对上级电网的影响和发生电气火灾的几率，但没有办法规避谐波源影响重点设备的正常运行，因此，尽量在地铁低压配电系统中采取就地补偿的方式，补偿谐波源造成的污染，进而从根本上消除谐波造成的影响。但由于就地补偿的造价相对较高，且选型较为复杂，施工压力较大，为了进一步降低设计预算和滤波器的设计数量，在地铁低压配电系统设计过程中，可以将负载分类与集中补偿相结合，从而降低工程预算。
首先，在设计地铁低压配电系统时，可以分类集中全部谐波源负荷与受到保护的通讯、控制、指挥系统负载。在低压母排的末端集中设计重点谐波源负载；在靠近变压器的一侧设置需保护负荷；在谐波源与被保护负荷两者间设计一个滤波器，从而采取集中消除的方式，消除谐波对地铁电网系统的影响。通过此种处理设计方式，可以使谐波仅存于谐波源负荷间；另外，通过滤波器集中治理的方式，可以降低谐波对上级电网系统和重要负载的干扰，进而达到降低补偿谐波费用的目的。
结束语
在地铁低压配电系统正常运行过程中，均会产生不同的谐波电流，影响地铁低压配电系统的正常运行，情节严重还会毁坏相应的电气设备，因此，需对谐波产生的原因进行深入研究和分析，并根据实际情况，采取治理谐波的技术方案，保障地铁电网系统的正常运行，为人们的出行提供保障。
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