城市軌道交通系統(tǒng)涵蓋地鐵、輕軌、單軌、有軌電車、磁浮、自動導(dǎo)向軌道及市域快速軌道等多元類型，其供電多取自城市公共電網(wǎng)，經(jīng)輸、變、配電等環(huán)節(jié)調(diào)壓后，為地鐵牽引及各類用電設(shè)備提供適配電壓。依據(jù)用電性質(zhì)差異，地鐵供電系統(tǒng)明確劃分為兩大核心板塊——牽引供電系統(tǒng)（保障列車運行）與動力照明供電系統(tǒng)（支撐車站照明、電梯等設(shè)備運轉(zhuǎn)），二者共同構(gòu)成軌道交通運營的電力保障基礎(chǔ)。
一、城市軌道交通系統(tǒng)主要負載特點
城市軌道交通系統(tǒng)的諧波污染來源具有顯著集中性，首要污染源為列車牽引設(shè)備的整流、逆變環(huán)節(jié)，其次是直流電源裝置、照明系統(tǒng)、電梯、顯示屏、空調(diào)及排水設(shè)備等配套設(shè)施。從實測數(shù)據(jù)來看，系統(tǒng)內(nèi)諧波以5、7、11、13次特征諧波為主，同時伴隨一定含量的3次諧波，這一特征在廣州地鐵18號線、深圳地鐵14號線等多個諧波治理項目中均得到驗證。
這類諧波不僅會增加線路能耗、加速設(shè)備老化，還會對系統(tǒng)內(nèi)無功補償電容器造成不可逆損害；更嚴重的是，諧波會干擾列車通信系統(tǒng)信號傳輸，特定頻次諧波若經(jīng)電容器等裝置放大形成諧振，可能引發(fā)供電系統(tǒng)故障，直接威脅行車安全，這也是武漢市軌道交通3號線二期工程專門將諧波治理成套裝置納入招標采購范圍的核心原因。
城市軌道交通對供電可靠性有著嚴苛要求，尤其是地鐵系統(tǒng)，一旦供電中斷可能引發(fā)大面積運營癱瘓，造成重大社會影響與經(jīng)濟損失。因此，電能質(zhì)量治理已成為軌道交通運營保障的核心環(huán)節(jié)。其中，諧波是破壞供電穩(wěn)定性的主要誘因，而功率因數(shù)偏低帶來的隱患同樣不容忽視。軌道交通供電系統(tǒng)的功率因數(shù)由牽引負荷與動力照明負荷共同決定，后者以感性無功為主，實測功率因數(shù)普遍偏低，深圳地鐵龍崗線運營初期甚至低至0.4~0.6，遠低于供電部門0.9的考核標準；即便是多數(shù)線路的0.4kV系統(tǒng)，功率因數(shù)也僅維持在0.78左右，這不僅會增加內(nèi)部供電線路損耗、降低變送電設(shè)備有效容量，還可能像山東鐵投集團下屬站點那樣，每月額外支出數(shù)萬元力調(diào)電費，最高占比達總電費的41.57%。此外，2025年新發(fā)布的《軌道交通 牽引供電系統(tǒng)交流25kV同相供電裝置》（GB/T 45658-2025）等國家標準，也明確將電能質(zhì)量治理納入牽引供電系統(tǒng)設(shè)計與檢驗的核心要求，進一步強化了治理的必要性。
諧波污染造成的危害有：
- 諧波會導(dǎo)致電網(wǎng)的功率損耗增加、設(shè)備壽命縮短、接地保護功能失常、遙控功能失常、線路和設(shè)備過熱等電能安全問題；
- 長期處于高諧波的環(huán)境還會使電網(wǎng)產(chǎn)生諧振、造成大規(guī)模的供電中斷從而造成較大事故；
- 諧波會導(dǎo)致系統(tǒng)中的設(shè)備和元件產(chǎn)生額外的附加損耗，從而引起變壓器、電纜、電機等設(shè)備發(fā)熱，使設(shè)備線路加速絕緣老化；
- 造成電子元件的繼電保護或自動裝置誤動作；
- 影響電子儀表和通信系統(tǒng)的正常工作，降低通信質(zhì)量。
無功造成的危害有：
- 功率因數(shù)過低會導(dǎo)致城市軌道交通系統(tǒng)的運維成本的提升，同時也會使配電系統(tǒng)的有效容量下降，減少設(shè)備的使用壽命。
三、解決方案
針對軌道交通核心電能質(zhì)量問題，ntps電能質(zhì)量治理裝置的綜合治理體系，適配地鐵隧道、車站等特殊場景需求：
1. 諧波治理核心方案：針對地鐵諧波主要來源于變頻設(shè)備、UPS/ESE、扶梯、綜合監(jiān)控、照明系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)及其他弱電設(shè)備的特點，依據(jù)實際情況配置相應(yīng)的有源濾波器（APF）設(shè)備進行有源濾波。該設(shè)備具有諧波補償、功率因數(shù)補償和三相不平衡補償?shù)榷喾N補償功能，能同時濾除三相四線制配電系統(tǒng)中2次到50次各次諧波，有效減少諧波含量、降低諧波畸變率，是諧波治理的理想方案。
2. 無功補償優(yōu)化方案：地鐵隧道內(nèi)需要安裝大量大功率設(shè)備，這些電氣設(shè)備容量大、工作連續(xù)性強，易對電網(wǎng)造成大量沖擊性負荷，產(chǎn)生大量無功功率。對此采用LC系列產(chǎn)品（電容電抗補償柜）進行補償，可改善電網(wǎng)供電質(zhì)量及提高用電的可靠性，且該設(shè)備安裝方便，占用面積小，能節(jié)省安裝空間，精準解決感性無功問題。
3. 協(xié)同保障策略：結(jié)合牽引供電系統(tǒng)與動力照明供電系統(tǒng)的不同負載特性，針對性部署APF有源濾波設(shè)備與LC系列補償柜，實現(xiàn)“諧波濾除+無功補償”雙管齊下的綜合治理。在牽引變電所、動力照明配電室等關(guān)鍵區(qū)域重點布局，確保兩類供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量均達到安全運行要求，全面規(guī)避供電風(fēng)險。
綜上，該綜合治理方案可全面解決城市軌道交通諧波與無功問題，契合最新行業(yè)標準要求。隨著軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運營推進，精準的電能質(zhì)量治理將成為保障運營安全、降本增效的核心支撐。
