Comment les réacteurs en série à haute tension- peuvent-ils résoudre le problème de pollution harmonique dans les systèmes d'alimentation électrique des transports ferroviaires ?

Dans les systèmes d'alimentation électrique du transport ferroviaire, les réacteurs en série haute tension et les batteries de condensateurs forment une série de filtres pour résoudre efficacement le problème de pollution harmonique. Le mécanisme de base et les éléments de mise en œuvre sont les suivants :
I. Sources et dangers de pollution harmonique
Les harmoniques dans les systèmes d'alimentation électrique du transport ferroviaire proviennent principalement d'unités de redressement (telles que le redresseur à 24-impulsions dans les sous-stations de traction). Bien que la technique multi-impulsions puisse réduire les faibles harmoniques, en pratique, il y aura toujours 5, 7 et 11 harmoniques caractéristiques, ainsi que des harmoniques non caractéristiques causées par l'asymétrie du réseau électrique. Les harmoniques peuvent provoquer :
Surchauffe et dommages du condensateur : le courant harmonique augmente les pertes du condensateur et accélère le vieillissement de l'isolation.
Amplification et résonance harmoniques : les condensateurs et la réactance inductive du réseau peuvent former des circuits résonants qui amplifient des harmoniques spécifiques et menacent la sécurité des équipements.
Dysfonctionnement de la protection du relais : les interférences harmoniques peuvent entraîner une protection différentielle, une protection de distance, etc., et affecter la stabilité du système.
ii. Principe de fonctionnement des réacteurs en série haute-tension
Le réacteur série haute tension supprime les harmoniques des manières suivantes :
Modifiez la caractéristique d'impédance du système : lorsqu'il est en série avec un condensateur, la branche du filtre LC est formée. Son impédance est induite à une fréquence harmonique spécifique, empêchant le courant harmonique de circuler dans la batterie de condensateurs.
Par exemple, pour 5 harmoniques (250Hz), la branche du condensateur est inductive à 5 harmoniques lorsque la résistivité est sélectionnée à 6% pour éviter les résonances.
Courant d'appel : lorsque le condensateur est connecté à une alimentation électrique, l'inductance du réacteur inhibe le courant d'appel instantané, protégeant ainsi le dispositif de commutation et le condensateur lui-même.
Filtrage par division de fréquence : en ajustant le taux de réactance (par exemple, 4,5 %, 6 %, 12 %), les harmoniques clés telles que les trois et cinq phases peuvent être filtrées. Par exemple:
Taux de réactance de 6 % : Suppression efficace de 5 harmoniques tout en empêchant l’amplification de 3 harmoniques.
Taux de réactance de 12 % : convient aux contaminations harmoniques triphasées-graves, telles que les sous-stations avec de grandes charges non linéaires monophasées-.
III. Applications typiques du transport ferroviaire
Prenons par exemple une sous-station de métro 110kV :
Contexte du système : Deux nouvelles batteries de condensateurs de 2 400 kvar ont été installées avec des réacteurs en série (144 kvar) avec un taux de réactivité de 6 %.
Après débogage, le taux de distorsion de tension total du jeu de barres 10 kV a atteint 4,33 % (4 % au-dessus de la limite), dont le taux de distorsion du troisième harmonique était de 3,77 % % (3,2 % au-dessus de la limite).
Analyse du problème : La sélection initiale du taux de réactance n'a pas pleinement pris en compte le fond harmonique du système, ce qui a entraîné une amplification à trois harmoniques.
Les calculs montrent que la capacité du condensateur est proche de 5,1 % de la capacité de court-circuit-du jeu de barres sous une réactance de 6 % et qu'il est facile de déclencher une résonance parallèle.
Mesures d'optimisation : le taux de réactance ajusté à 12% et l'impédance harmonique recalculée :
Le taux d'amplification de tension du troisième harmonique est réduit à 0,50, ce qui répond à la norme.
Cela évite les risques de résonance et limite l'appel d'excitation.
IV. INTRODUCTION Paramètres techniques et principes de sélection
Sélection du rapport de réactance :
3e harmonique prédominante : sélectionnez un rapport de réactance de 12 % pour permettre à la branche du condensateur de détecter la troisième harmonique.
5e harmonique prédominante : sélectionnez un rapport de réactance de 6 % pour équilibrer l'efficacité et le coût de la filtration.
Scénarios généraux : Un rapport de réactance de 4,5 % peut gérer la suppression des harmoniques d'une magnitude de 5 et plus.
Tension nominale et capacité :
La tension nominale doit correspondre au niveau de tension du système (par exemple . 10 kV, 35 kV).
La capacité nominale est calculée en multipliant la capacité capacitive par le rapport de réactance (par exemple . 144 kW=2, 400 kW x 6 %).
Structure et matériaux : les bobines renforcées en époxy- et le noyau en acier au silicium importé garantissent une faible élévation de température et un faible bruit.
Le coussin d'amortissement des vibrations en caoutchouc de silicone convient aux espaces compacts du transport ferroviaire.
V. Résultats de la mise en œuvre et pratiques du secteur
Efficacité de l'atténuation des harmoniques : Après avoir ajusté le taux de réactance, la sous-station souterraine à taux de distorsion harmonique a diminué de 3,77 % à 2,8 % et le taux de distorsion total a diminué à 3,9 %, atteignant la norme GB/T 14549-1993.
Taux de défaillance des condensateurs réduit de 80 %, prolongeant la durée de vie de l'équipement.
Tendances du secteur : la compensation dynamique combinée aux filtres de puissance actifs (APF) résout le défi d'un spectre harmonique de plus en plus complexe.
Le système de surveillance intelligent peut suivre les changements harmoniques en temps réel et optimiser les stratégies d'ajustement des paramètres du réacteur.