Como os reatores em série de{0}alta tensão podem resolver o problema da poluição harmônica em sistemas de fornecimento de energia para transporte ferroviário?

Em sistemas de fornecimento de energia de trânsito ferroviário, reatores em série de alta tensão e bancos de capacitores formam uma série de filtros para resolver efetivamente o problema de poluição harmônica. O mecanismo principal e os elementos de implementação são os seguintes:
I. Fontes e perigos da poluição harmônica
Harmônicos em sistemas de fornecimento de energia de trânsito ferroviário são derivados principalmente de unidades retificadoras (como o retificador de 24-pulsos em subestações de tração). Embora a técnica de multi-pulsos possa reduzir a ordem harmônica baixa, na prática ainda haverá 5, 7 e 11 harmônicos característicos, bem como harmônicos não característicos causados ​​pela assimetria da rede elétrica. Harmônicos podem causar:
Superaquecimento e danos ao capacitor: a corrente harmônica aumenta as perdas do capacitor e acelera o envelhecimento do isolamento.
Amplificação e ressonância harmônica: Os capacitores e a reatância indutiva da rede podem formar circuitos ressonantes que amplificam harmônicos específicos e ameaçam a segurança do equipamento.
Mau funcionamento da proteção do relé: A interferência harmônica pode levar à proteção diferencial, proteção de distância, etc., e afetar a estabilidade do sistema.
ii. Princípio de funcionamento de reatores em série de{1}alta tensão
O reator em série de alta tensão suprime harmônicos das seguintes maneiras:
Altere a característica de impedância do sistema: quando em série com um capacitor, forma-se o ramo do filtro LC. Sua impedância é induzida em uma frequência harmônica específica, evitando que a corrente harmônica flua para o banco de capacitores.
Por exemplo, para 5 harmônicos (250 Hz), o ramo do capacitor é indutivo para 5 harmônicos quando a resistividade é selecionada em 6% para evitar ressonância.
Corrente de irrupção: Quando o capacitor está conectado a uma fonte de alimentação, a indutância do reator inibe a corrente de irrupção instantânea, protegendo o dispositivo de comutação e o próprio capacitor.
Filtragem por divisão de frequência: ajustando a taxa de reatância (por exemplo, 4,5%, 6%, 12%), harmônicos principais, como três e cinco fases, podem ser filtrados. Por exemplo:
Taxa de reatância de 6%: Supressão eficaz de 5 harmônicos enquanto evita a amplificação de 3 harmônicos.
Taxa de reatância de 12%: adequada para contaminação harmônica-trifásica grave, como subestações com grandes cargas não lineares-monofásicas.
III. Aplicações típicas de trânsito ferroviário
Tomemos, por exemplo, uma subestação de metrô de 110kV:
Histórico do sistema: Dois novos bancos de capacitores de 2.400 kvar foram instalados com reatores em série (144 kvar) com taxa de reatividade de 6%.
Após a depuração, a taxa total de distorção de tensão do barramento de 10kV atingiu 4,33% (4% acima do limite), dos quais a taxa de distorção do terceiro harmônico foi de 3,77%% (3,2% acima do limite).
Análise do problema: A seleção original da taxa de reatância não levou totalmente em consideração o fundo harmônico do sistema, resultando em uma amplificação de três harmônicos.
Os cálculos mostram que a capacidade do capacitor está próxima de 5,1% da capacidade de curto-circuito do barramento sob reatância de 6% e é fácil acionar ressonância paralela.
Medidas de Otimização: a taxa de reatância ajustada para 12% e a impedância harmônica recalculada:
A terceira taxa de amplificação de tensão harmônica é reduzida para 0,50, o que atende ao padrão.
Isto evita o risco de ressonância e limita a irrupção de excitação.
4. INTRODUÇÃO Parâmetros Técnicos e Princípios de Seleção
Seleção da relação de reatância:
3ª Harmônica Predominante: Selecione uma taxa de reatância de 12% para permitir que o ramo do capacitor detecte a terceira harmônica.
5º Harmônico Predominante: Selecione uma taxa de reatância de 6% para equilibrar a eficácia e o custo da filtração.
Cenários Gerais: Uma taxa de reatância de 4,5% pode lidar com a supressão harmônica de magnitude 5 e superior.
Tensão nominal e capacidade:
A tensão nominal deve corresponder ao nível de tensão do sistema (por exemplo,. 10kV, 35kV).
A capacidade nominal é calculada multiplicando a capacidade de capacitância pela relação de reatância (por exemplo,. 144 kW=2,400 kW x 6%).
Estrutura e materiais: bobinas reforçadas-com epóxi e núcleo de aço silício importado garantem baixo aumento de temperatura e baixo ruído.
A almofada de amortecimento de borracha vibratória de borracha de silicone é adequada para espaços compactos de trânsito ferroviário.
V. Resultados de implementação e práticas do setor
Eficácia da mitigação harmônica: Após ajustar a taxa de reatância, a subestação do metrô com taxa de distorção de terceira harmônica diminuiu de 3,77% para 2,8% e a taxa de distorção total diminuiu para 3,9%, atingindo o padrão GB/T 14549-1993.
Taxa de falha do capacitor reduzida em 80%, prolongando a vida útil do equipamento.
Tendências do setor: A compensação dinâmica combinada com filtros de potência ativos (APF) resolve o desafio do espectro harmônico cada vez mais complexo.
O sistema de monitoramento inteligente pode rastrear mudanças harmônicas em tempo real e otimizar estratégias de ajuste de parâmetros do reator.