¿Cómo pueden los reactores en serie de alto-voltaje resolver el problema de la contaminación armónica en los sistemas de suministro de energía para el transporte ferroviario?

En los sistemas de suministro de energía de tránsito ferroviario, los bancos de reactores en serie de alto voltaje y bancos de capacitores forman una serie de filtros para resolver eficazmente el problema de contaminación armónica. El mecanismo central y los elementos de implementación son los siguientes:
I. Fuentes y peligros de la contaminación armónica
Los armónicos en los sistemas de suministro de energía para el tránsito ferroviario se derivan principalmente de unidades rectificadoras (como el rectificador de 24-pulsos en las subestaciones de tracción). Aunque la técnica multi-pulso puede reducir los armónicos bajos, en la práctica seguirá habiendo 5, 7 y 11 armónicos característicos, así como armónicos no característicos causados ​​por la asimetría de la red eléctrica. Los armónicos pueden causar:
Sobrecalentamiento y daño del condensador: la corriente armónica aumenta las pérdidas del condensador y acelera el envejecimiento del aislamiento.
Amplificación y resonancia armónicas: los condensadores y la reactancia inductiva de la red pueden formar circuitos resonantes que amplifican armónicos específicos y amenazan la seguridad del equipo.
Mal funcionamiento de la protección del relé: la interferencia armónica puede provocar protección diferencial, protección de distancia, etc., y afectar la estabilidad del sistema.
ii. Principio de funcionamiento de los reactores en serie de alto-voltaje
El reactor en serie de alto voltaje suprime los armónicos de las siguientes maneras:
Cambie la característica de impedancia del sistema: cuando está en serie con un capacitor, se forma la rama del filtro LC. Su impedancia se induce a una frecuencia armónica específica, evitando que la corriente armónica fluya hacia el banco de capacitores.
Por ejemplo, para 5 armónicos (250 Hz), la rama del capacitor es inductiva para 5 armónicos cuando la resistividad se selecciona al 6% para evitar resonancia.
Corriente de irrupción: cuando el capacitor está conectado a una fuente de alimentación, la inductancia del reactor inhibe la corriente de irrupción instantánea, protegiendo el dispositivo de conmutación y el capacitor mismo.
Filtrado por división de frecuencia: ajustando la tasa de reactancia (por ejemplo, 4,5%, 6%, 12%), se pueden filtrar armónicos clave como tres y cinco fases. Por ejemplo:
Tasa de reactancia del 6 %: supresión efectiva de 5 armónicos y al mismo tiempo previene la amplificación de 3 armónicos.
Tasa de reactancia del 12 %: Adecuado para contaminación armónica trifásica severa-, como subestaciones con grandes cargas no lineales monofásicas-.
III. Aplicaciones típicas del tránsito ferroviario
Tomemos, por ejemplo, una subestación de metro de 110 kV:
Antecedentes del sistema: Se han instalado dos nuevos bancos de capacitores de 2400 kvar con reactores en serie (144 kvar) con una tasa de reactividad del 6%.
Después de la depuración, la tasa de distorsión de voltaje total de la barra colectora de 10 kV alcanzó el 4,33% (4% por encima del límite), de la cual la tasa de distorsión del tercer armónico fue del 3,77% (3,2% por encima del límite).
Análisis del problema: La selección de la tasa de reactancia original no tuvo completamente en cuenta el fondo armónico del sistema, lo que resultó en una amplificación de tres armónicos.
Los cálculos muestran que la capacidad del condensador está cerca del 5,1 % de la capacidad de cortocircuito de la barra colectora con una reactancia del 6 % y es fácil activar una resonancia en paralelo.
Medidas de optimización: la tasa de reactancia se ajustó al 12% y la impedancia armónica se recalculó:
La tasa de amplificación de voltaje del tercer armónico se reduce a 0,50, lo que cumple con el estándar.
Esto evita el riesgo de resonancia y limita la irrupción de excitación.
IV. INTRODUCCIÓN Parámetros técnicos y principios de selección
Selección de relación de reactancia:
Predominante del tercer armónico: seleccione una relación de reactancia del 12 % para permitir que la rama del capacitor detecte el tercer armónico.
Predominante del quinto armónico: seleccione una relación de reactancia del 6 % para equilibrar la efectividad y el costo de la filtración.
Escenarios generales: una relación de reactancia del 4,5 % puede manejar la supresión de armónicos de magnitud 5 y superiores.
Tensión nominal y capacidad:
El voltaje nominal debe coincidir con el nivel de voltaje del sistema (por ejemplo, . 10kV, 35 kV).
La capacidad nominal se calcula multiplicando la capacidad de capacitancia por la relación de reactancia (por ejemplo, . 144 kW=2,400 kW x 6%).
Estructura y materiales: las bobinas reforzadas con epoxi- y el núcleo de acero al silicio importado garantizan un bajo aumento de temperatura y un bajo nivel de ruido.
La almohadilla amortiguadora de caucho de silicona para vibraciones es adecuada para espacios compactos de tránsito ferroviario.
V. Resultados de la implementación y prácticas de la industria
Eficacia de mitigación armónica: Después de ajustar la tasa de reactancia, la subestación subterránea con tasa de distorsión del tercer armónico disminuyó del 3,77% al 2,8% y la tasa de distorsión total disminuyó al 3,9%, alcanzando el estándar GB/T 14549-1993.
Tasa de falla de condensadores reducida en un 80%, extendiendo la vida útil del equipo.
Tendencias de la industria: la compensación dinámica combinada con filtros de potencia activos (APF) resuelve el desafío del espectro armónico cada vez más complejo.
El sistema de monitoreo inteligente puede rastrear el cambio armónico en tiempo real y optimizar las estrategias de ajuste de parámetros del reactor.