機(jī)場電力系統(tǒng)諧波治理與節(jié)能分析

楊波

（黑龍江省機(jī)場管理集團(tuán) 150080）

隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電能質(zhì)量的監(jiān)測和治理日益引起用戶的廣泛關(guān)注。在現(xiàn)代社會(huì)中，機(jī)場電能既承擔(dān)服務(wù)社會(huì)，保證安全、可靠、優(yōu)質(zhì)供電的責(zé)任，是執(zhí)行國家節(jié)能政策任務(wù)的關(guān)鍵部門。隨著人們對電能質(zhì)量的要求越來越高，除了要求給一些重要用戶提供高質(zhì)量的電能外，還要提高設(shè)備性能，延長使用壽命。電力系統(tǒng)因受低電力質(zhì)量的影響而不能正常運(yùn)作，將會(huì)認(rèn)為是電網(wǎng)的一大公害。近幾年多家機(jī)場因電力諧波帶來了一些負(fù)面的影響，也使電力系統(tǒng)的能耗增加。諧波檢測是采取諧波治理措施有利的依據(jù)及基礎(chǔ)，也是對繼電保護(hù)、判斷故障點(diǎn)和故障類型等工作的重要前提。因此，通過有限的諧波源監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)量化評估諧波發(fā)射水平，有助于對各諧波源所產(chǎn)生的諧波污染問題進(jìn)行更明確的責(zé)任劃分。

1 機(jī)場電力系統(tǒng)諧波的概念及其危害

電力系統(tǒng)中，諧波產(chǎn)生的原因是由非線性負(fù)載所致。當(dāng)電流流經(jīng)非線性負(fù)載時(shí)就形成非正弦電流，即電路中有諧波產(chǎn)生；同時(shí)電力系統(tǒng)的某些設(shè)備如功率轉(zhuǎn)換器比較大的背離正弦曲線波形。這些曲線波形能夠把非正弦曲線信號(hào)分解成基本部分和它的倍數(shù)，也就是基波和幾次諧波。且諧波的頻率為基波頻率的整數(shù)倍。機(jī)場電力系統(tǒng)中存在大量的非整數(shù)次諧波，其數(shù)學(xué)模型可以表示為：x（f）＝噸＋Amcos；含有諧波的信號(hào)通常稱為非正弦周期信號(hào)，非正弦周期信號(hào)的有效值等于各諧波有效值的平方和的平方根值。非正弦周期信號(hào)波形偏離正弦波形的畸變程度，常用諧波畸變率來表示。隨著人民生活水平的提高，越來越多的大量諧波引起電網(wǎng)的電壓正弦波形嚴(yán)重畸變、三相電壓不對稱及發(fā)變電設(shè)備和用電設(shè)備的損害，危及電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 諧波的危害

諧波電流對公用電網(wǎng)是一種污染，它不僅僅危害周圍的通信系統(tǒng)和公用電網(wǎng)以外的設(shè)備，同時(shí)也給電力系統(tǒng)和各類用電設(shè)備帶來危害，輕則縮短壽命，重則影響安全生產(chǎn)：①諧波降低了發(fā)電、輸配電及用電設(shè)備的效率；②諧波會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)、噪聲以及使變壓器局部嚴(yán)重過熱；③諧波會(huì)使電視機(jī)、計(jì)算機(jī)的圖形畸變，畫面亮度發(fā)生波動(dòng)變化，并使機(jī)內(nèi)的元件出現(xiàn)過熱，使計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤。對于帶有啟動(dòng)用的鎮(zhèn)流器會(huì)因?yàn)樵谝欢▍?shù)的配合下形成諧振，進(jìn)而導(dǎo)致鎮(zhèn)流器或電容器因過熱而損壞；④使電能傳輸和利用的效率降低，使絕緣老化甚至發(fā)生故障或燒毀。諧波可造成電容器等設(shè)備燒毀。諧波還會(huì)使電能計(jì)量出現(xiàn)混亂。對于電力系統(tǒng)外部，諧波會(huì)對電子設(shè)備會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。尤其造成一些關(guān)鍵設(shè)備的損害；⑤諧波會(huì)引起電路系統(tǒng)的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而引起嚴(yán)重事故。由于大型調(diào)壓電容器組采用分組投切的運(yùn)行方式，諧振的產(chǎn)生會(huì)損壞電感元件，甚至?xí)?dǎo)致繼電器保護(hù)和自動(dòng)裝置的誤動(dòng)作。

3 諧波治理與節(jié)能技術(shù)

3.1 加大檢測力度

諧波檢測和諧波源定位的目的都是為了減少系統(tǒng)阻抗，即提高供電電壓等級。該方法主要用電設(shè)備是電弧爐，經(jīng)過了5次、7次諧波治理使這些非線性負(fù)荷的電氣距離大大下降，但這種方法往往需要和電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃相協(xié)調(diào)。

3.2 諧波的隔離

非線性用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波不僅直接影響到本級電網(wǎng)，而且還會(huì)影響到上幾級電網(wǎng)。

3.3 安裝濾波器

濾波器是目前研究最多的諧波抑制方法。當(dāng)發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)使濾波器兩端該次諧波的電壓幾乎接近零，以便達(dá)到治理諧波的目的。這種方法的主要缺點(diǎn)使Lc濾波器過載甚至燒毀。采用有源電力濾波器是從補(bǔ)償對象中檢測出諧波電流，促使電網(wǎng)電流只含有基波分量。這種濾波器受到廣泛的重視。

3.4 裝設(shè)靜止無功補(bǔ)償裝置

高壓靜止無功補(bǔ)償裝置是由靜止元件構(gòu)成的并聯(lián)可控?zé)o功功率補(bǔ)償裝置，通過改變其容性以維持或控制電力系統(tǒng)的特定參數(shù)。系統(tǒng)研究一般應(yīng)包括動(dòng)態(tài)特性的研究，諧波、負(fù)序、電壓波動(dòng)和閃變的研究以及過電壓的研究，但是當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，應(yīng)從暫態(tài)和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定角度評估所有規(guī)定的功能。

戶外布置的電容器裝置應(yīng)設(shè)置防止凝露引起污閃事故的措施。根據(jù)現(xiàn)場條件設(shè)置三相共用的框架。當(dāng)電容器雙排布置時(shí)，框架和墻之間的寬度不應(yīng)小于1m。當(dāng)采用電壓互感器作放電裝置時(shí)宜采用全絕緣產(chǎn)品；當(dāng)電容器的絕緣水平低于電網(wǎng)絕緣水平時(shí)，應(yīng)將電容器的外殼應(yīng)與框架可靠連接；電容器室與相鄰兩電容器室之間的防火隔墻如需開門時(shí)，應(yīng)能向兩個(gè)方向開啟。

3.5 控制設(shè)備能耗

諧波會(huì)對網(wǎng)中的設(shè)備的能耗也會(huì)大大的提高，而且也通過肌膚效應(yīng)表現(xiàn)出來。以變壓器按性質(zhì)分只有兩類：基本損耗和諧波損耗。

實(shí)際上，電纜、電機(jī)、電容器的損耗均是由基波損耗和諧波損耗構(gòu)成。各種諧波損失和諧波的次數(shù)有一定的比例關(guān)系，即諧波次數(shù)越高對于節(jié)能影響越大。所以，必須根據(jù)諧波損耗總計(jì)算公式，計(jì)算出諧波損耗是基波損耗的K倍，而K值在實(shí)際過程中往往大于1.5，因此諧波治理帶來的線損和變損的節(jié)電率就在4.5%以上。

總之，為減少諧波影響，除了要制定相應(yīng)的諧波治理技術(shù)方案外，還要大大的降低機(jī)場供電系統(tǒng)的電能消耗。

[1]汪彥良，岳智順，等.諧波附加損耗及其降損節(jié)能分析[J].電氣技術(shù)，2009（2）：15～19.

[2]王勇，王秋紅，張占龍.變壓器實(shí)時(shí)損耗在線監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012（03）：456～457.