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地鐵諧波治理技術知識普及
由于電鐵牽引負荷的“四非”特性——非線性(大功率整流設備)、非正弦性(波形畸變)、非對稱性(單相大功率負荷)、非連續性(有功、無功沖擊嚴重、電壓波動大),其諧波、負序等電力公害不僅危及共用電網其它用戶的安全生產,還會危及電鐵系統自身的安全與可靠運行。因此,英、美、法、德、日等發達國家,甚至澳大利亞、南非都加大了對電鐵諧波、負序等公害治理的力度,廣泛采用了SVC(TCR+PF)或SVC(TCR+PF+AF)的綜合治理方案,獲得了不少實踐經驗。此外,根據國際“電磁兼容”的要求,法國就在8K電力機車上安裝了數千kvar的PF濾波器,以減少機車大功率整流設備產生的諧波,克服對電子通訊及共用電網其它用戶的干擾,欲達到同一電網供電,彼此互不干擾、“電磁兼容”的目的,但效果并不理想。
國內雖在20世紀80年代就開始研究電鐵諧波的治理,20世紀90年代還舉行過幾次專家論證,也就電鐵諧波治理達到一定的共識,但由于某些客觀和主觀的因素影響到至今尚未正式開展綜合治理,自1984年以來,導致北京、張家口、駐馬店、信陽、晉東南、遵義大面積停電,設備燒毀等惡性事故,這個教訓是值得深刻檢討的,但就在“電鐵公害”難以治理的情況下,華北電力科學院、河南電力試驗研究所、西北電力試驗研究院、鐵道研究院、西南交大等也相繼提出了云南永豐營、河南湯陰、江西威舍、廣西百色、河北柳新莊等電鐵牽引站治理方案,有的還付諸實踐進行了治理,如清華大學與河南電力試驗研究所為穩定河南電網電壓,合作開發了±20 Mvar新型靜止無功發生器(SVG,也稱STATCOM),采用四重化共48只GTO的電壓型逆變器以消除12K±1(K=1、2、3……)以上的特征諧波,并支撐、穩定河南電網電壓,免受河南電鐵的間隙性無功沖擊的電壓波動影響,于1999年4月投入運行,成為中國SVG技術應用的先驅。此外,四川省電力局與四川大學合作,提出了成昆電鐵涼山段電能質量綜合治理的可行性研究報告,為一攬子解決10個牽引站的一個220 kV變電站的諧波、負序等公害問題,為下一步AVG系統工程設計打下了基礎。
就專門進行諧波負序綜合治理的企業而言,東北榮信公司在20世紀90年代末就完成了西北某電鐵牽引站無源濾波器的設計制造,投入運行后,又于2001年與陜西銀河中試測量公司合作,承擔了陜西神朔兩個電鐵牽引站共7.6萬kvar的SVC(TCR+PF)工程的設計制造任務,已于2002年7月底調試投運成功,8月10日移交正式運行,從而揭開了大容量SVC綜合治理電鐵諧波的序幕。
筆者在20世紀80年代初留歐期間引進BBC(現ABB)公司的SVC(TCR+FC)成套工程設計制造技術,填補了國內在該技術領域的空白(1992年獲國家機電部科技進步一等獎及國務院突出貢獻特貼專家榮譽),并結合國內外SVC工程實踐經驗,考慮模糊相關及加權處理的四參數補償容量QW的精密算法。在對某工程的實測中,QW算法的預測結果與實測結果的接近程度優于國際先進國家的預測計算水平。20多年來對銅川鋁廠、楚雄鐵合金廠、耀縣水泥廠、長江電機廠軋機、宣威磷化工廠以及電弧爐、電熱爐、中頻爐等諧波、負序綜合治理的檢測、設計或安裝調試、運行中探索到一些經驗,并收集了不少電鐵牽引站諧波、負序電能指標的實測數據。