Wie können Hochspannungs-Reihenreaktoren das Problem der Oberwellenverschmutzung in Stromversorgungssystemen des Schienenverkehrs lösen?

In Stromversorgungssystemen für den Schienenverkehr bilden Hochspannungs-Reihenreaktoren und Kondensatorbänke eine Reihe von Filtern, um das Problem der Oberwellenverschmutzung wirksam zu lösen. Der Kernmechanismus und die Implementierungselemente sind wie folgt:
I. Quellen und Gefahren der harmonischen Verschmutzung
Oberschwingungen in Stromversorgungssystemen des Schienenverkehrs werden hauptsächlich von Gleichrichtereinheiten abgeleitet (z. B. dem 24-Puls-Gleichrichter in Umspannwerken). Obwohl die Multipulstechnik niedrige harmonische Ordnungen reduzieren kann, gibt es in der Praxis immer noch 5, 7 und 11 charakteristische Harmonische sowie nicht charakteristische Harmonische, die durch die Asymmetrie des Stromnetzes verursacht werden. Harmonische können Folgendes verursachen:
Überhitzung und Beschädigung des Kondensators: Oberschwingungsströme erhöhen die Kondensatorverluste und beschleunigen die Alterung der Isolierung.
Oberwellenverstärkung und Resonanz: Kondensatoren und induktive Netzreaktanzen können Resonanzkreise bilden, die bestimmte Oberwellen verstärken und die Gerätesicherheit gefährden.
Fehlfunktion des Relaisschutzes: Harmonische Störungen können zu Differentialschutz, Distanzschutz usw. führen und die Systemstabilität beeinträchtigen.
ii. Funktionsprinzip von Hochspannungs-Reihenreaktoren
Die Hochspannungs-Reihendrossel unterdrückt Oberschwingungen auf folgende Weise:
Ändern Sie die Impedanzcharakteristik des Systems: In Reihe mit einem Kondensator wird der LC-Filterzweig gebildet. Seine Impedanz wird bei einer bestimmten harmonischen Frequenz induziert, wodurch verhindert wird, dass harmonischer Strom in die Kondensatorbank fließt.
Bei 5 Harmonischen (250 Hz) ist der Kondensatorzweig beispielsweise induktiv gegenüber 5 Harmonischen, wenn der spezifische Widerstand auf 6 % eingestellt ist, um Resonanzen zu vermeiden.
Einschaltstrom: Wenn der Kondensator an eine Stromversorgung angeschlossen ist, hemmt die Induktivität der Drossel den momentanen Einschaltstrom und schützt so das Schaltgerät und den Kondensator selbst.
Frequenzteilungsfilterung: Durch Anpassen der Reaktanzrate (z. B. 4,5 %, 6 %, 12 %) können wichtige Harmonische wie drei und fünf Phasen herausgefiltert werden. Zum Beispiel:
6 % Reaktanzrate: Effektive Unterdrückung von 5 Harmonischen bei gleichzeitiger Verhinderung der Verstärkung von 3 Harmonischen.
12 % Reaktanzrate: Geeignet für schwere dreiphasige harmonische Verschmutzungen, wie etwa Umspannwerke mit großen einphasigen nichtlinearen Lasten.
III. Typische Anwendungen im Schienenverkehr
Nehmen Sie zum Beispiel ein 110-kV-Umspannwerk in der Metro:
Systemhintergrund: Zwei neue 2400-kvar-Kondensatorbatterien wurden mit Reihenreaktoren (144 kvar) mit einer Reaktivitätsrate von 6 % installiert.
Nach der Fehlerbehebung erreichte die Gesamtspannungsverzerrungsrate der 10-kV-Sammelschiene 4,33 % (4 % über dem Grenzwert), wovon die dritte harmonische Verzerrungsrate 3,77 % (3,2 % über dem Grenzwert) betrug.
Problemanalyse: Bei der ursprünglichen Auswahl der Reaktanzrate wurde der harmonische Hintergrund des Systems nicht vollständig berücksichtigt, was zu einer dreiharmonischen Verstärkung führte.
Berechnungen zeigen, dass die Kapazität des Kondensators bei einer Reaktanz von 6 % nahezu 5,1 % der Kurzschlusskapazität der Sammelschiene beträgt und es leicht zu Parallelresonanzen kommt.
Optimierungsmaßnahmen: Die Reaktanzrate wurde auf 12 % angepasst und die harmonische Impedanz neu berechnet:
Die Spannungsverstärkungsrate der dritten Harmonischen wird auf 0,50 reduziert, was der Norm entspricht.
Dadurch wird die Gefahr von Resonanzen vermieden und der Erregerstrom begrenzt.
IV. EINFÜHRUNG Technische Parameter und Auswahlprinzipien
Auswahl des Reaktanzverhältnisses:
Vorherrschende 3. Harmonische: Wählen Sie ein Reaktanzverhältnis von 12 %, damit der Kondensatorzweig die dritte Harmonische erfassen kann.
5. Harmonische vorherrschend: Wählen Sie ein Reaktanzverhältnis von 6 %, um die Filtereffektivität und die Kosten auszugleichen.
Allgemeine Szenarien: Ein Reaktanzverhältnis von 4,5 % kann eine Oberschwingungsunterdrückung der Stärke 5 und höher bewältigen.
Nennspannung und Kapazität:
Die Nennspannung muss mit der Systemspannung übereinstimmen (z. B. . 10kV, 35kV).
Die Nennkapazität wird berechnet, indem die Kapazitätskapazität mit dem Reaktanzverhältnis multipliziert wird (z. B. . 144 kW=2,400 kW x 6 %).
Struktur und Materialien: Epoxidverstärkte Spulen und ein importierter Siliziumstahlkern sorgen für einen geringen Temperaturanstieg und geringe Geräuschentwicklung.
Das Vibrationsdämpfungspolster aus Silikonkautschuk eignet sich für den kompakten Raum im Schienenverkehr.
V. Umsetzungsergebnisse und Branchenpraktiken
Wirksamkeit der Harmonischen-Abschwächung: Nach der Anpassung der Reaktanzrate verringerte sich die Verzerrungsrate der dritten Harmonischen im U-Bahn-Umspannwerk von 3,77 % auf 2,8 % und die Gesamtverzerrungsrate verringerte sich auf 3,9 %, wodurch der GB/T 14549-1993-Standard erreicht wurde.
Die Ausfallrate von Kondensatoren wurde um 80 % reduziert und die Lebensdauer der Geräte verlängert.
Branchentrends: Dynamische Kompensation in Kombination mit aktiven Leistungsfiltern (APF) löst die Herausforderung eines immer komplexer werdenden harmonischen Spektrums.
Ein intelligentes Überwachungssystem kann harmonische Änderungen in Echtzeit verfolgen und Strategien zur Anpassung der Reaktorparameter optimieren.