機(jī)場電力系統(tǒng)諧波治理與節(jié)能分析

崔偉凱

摘要：隨著我國整體經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國航空業(yè)發(fā)展非常迅速。隨著社會(huì)的發(fā)展，電力電子技術(shù)也不斷發(fā)展，越來越多的非線性負(fù)載在電網(wǎng)中應(yīng)用，導(dǎo)致的諧波問題也越來越嚴(yán)重，對(duì)人們的生活也產(chǎn)生了廣泛的影響，對(duì)機(jī)場電力系統(tǒng)來講，也是深受諧波的影響。

關(guān)鍵詞：機(jī)場電力系統(tǒng);諧波治理與節(jié)能

引言

我國航空業(yè)隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展而發(fā)展迅速。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(duì)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。

1諧波的產(chǎn)生

在電力系統(tǒng)的供電過程中所產(chǎn)生的諧波類型主要分為兩種：第一種是短暫性的諧波。短暫性的諧波，主要是在電力系統(tǒng)的供電過程中，通過某些電氣開關(guān)的操作之后所造成的短暫性諧波。在電力系統(tǒng)中，如果某個(gè)環(huán)節(jié)的供電設(shè)備產(chǎn)生了短路或者是斷路的情況，也會(huì)產(chǎn)生一種短暫性的諧波問題。第二種是穩(wěn)定形態(tài)的諧波。穩(wěn)定形態(tài)下的諧波是在電力系統(tǒng)中存在的一些非線性負(fù)荷問題所造成的，在這些非線性負(fù)荷中包含了電流諧波大功率設(shè)備裝置。比如在一些大型的供電電源和電力機(jī)車以及大型的機(jī)械設(shè)備中，經(jīng)常會(huì)通過一些變頻器或者是轉(zhuǎn)換系統(tǒng)產(chǎn)生一些穩(wěn)定的諧波。另外還存在一種電壓源諧波的問題，在一些大型的供電設(shè)備中存在變壓器、電動(dòng)機(jī)或者是互感器等設(shè)備，會(huì)產(chǎn)生間接性的電壓諧波問題。在生活當(dāng)中一些比較常見的電氣設(shè)備（比如電視機(jī)或者是充電器等）在工作過程中也會(huì)產(chǎn)生一定的諧波。盡管這些電氣設(shè)備所需要的功率不是非常大，但是在使用的層面上相對(duì)比較普遍，同時(shí)數(shù)量也非常多。因此，在供電系統(tǒng)當(dāng)中這些小型的電氣設(shè)備所產(chǎn)生的諧波問題也是需要加以考慮的。

2機(jī)場電力系統(tǒng)的主要諧波源

機(jī)場電力系統(tǒng)的諧波來源廣泛，主要包括照明系統(tǒng)例如熒光燈，LED節(jié)能燈等單相諧波源負(fù)載會(huì)產(chǎn)生大量的三次諧波，非常容易導(dǎo)致中性線電流過大，嚴(yán)重的會(huì)引發(fā)火災(zāi);變頻調(diào)速設(shè)備例如空調(diào)等，三相變頻類用電設(shè)備的具體工作模式是結(jié)合六脈動(dòng)變流器的具體情況進(jìn)行調(diào)整的。捷運(yùn)系統(tǒng)的機(jī)車在運(yùn)行過程中是依賴交流變直流進(jìn)行牽引的，期間會(huì)有大量的諧波出現(xiàn);行李系統(tǒng)是機(jī)場內(nèi)部較大的系統(tǒng)，由上萬臺(tái)電動(dòng)機(jī)組成，并且每臺(tái)設(shè)備向電網(wǎng)內(nèi)部注入的諧波電源比較小，但是由于數(shù)量龐大，疊加起來的諧波也是比較大的，特別是在航班任務(wù)繁重的情況下，產(chǎn)生的諧波對(duì)電力系統(tǒng)造成的沖擊比較大;動(dòng)力系統(tǒng)主要有變頻調(diào)速設(shè)備組成，在變頻過程中也會(huì)有高次諧波產(chǎn)生;這些諧波的來源不同，但是對(duì)電力設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性卻都能產(chǎn)生較大的影響，所以機(jī)場方面必須就諧波問題引起高度的重視。

3電力系統(tǒng)諧波的危害

（1）諧波會(huì)使電網(wǎng)中的電力設(shè)備產(chǎn)生附加的損耗，降低了發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率。大量三次諧波流過中性線會(huì)使線路發(fā)熱，嚴(yán)重的甚至可能引發(fā)火災(zāi)。（2）諧波會(huì)影響電氣設(shè)備的正常工作，使電機(jī)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)和噪聲等故障，變壓器局部嚴(yán)重過熱，電容器、電纜等設(shè)備過熱，絕緣部分老化、變質(zhì)，設(shè)備壽命縮減，甚至損壞。（3）諧波會(huì)引起電網(wǎng)諧振，將諧波電流放大幾倍甚至數(shù)十倍，對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)成重大威脅。特別是對(duì)電容器和與之串聯(lián)的電抗器，電網(wǎng)諧振常會(huì)使之燒毀。（4）諧波會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置誤動(dòng)作，造成不必要的供電中斷和損失。（5）諧波會(huì)使電氣儀表計(jì)量不準(zhǔn)確，產(chǎn)生計(jì)量誤差，給供電企業(yè)或電力用戶帶來直接的經(jīng)濟(jì)損失。（6）諧波會(huì)對(duì)設(shè)備四周的通訊系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，輕則產(chǎn)生噪聲，降低通訊質(zhì)量;重則導(dǎo)致信息丟失，使通訊系統(tǒng)無法正常工作。（7）諧波會(huì)干擾計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備的正常工作，造成數(shù)據(jù)丟失或死機(jī)。

4機(jī)場電力系統(tǒng)諧波的治理

4.1捷運(yùn)系統(tǒng)的諧波治理

捷運(yùn)系統(tǒng)由若干個(gè)牽引變電站組成，每一個(gè)變電站都配有牽引變壓器，這些變壓器能夠?yàn)榻葸\(yùn)系統(tǒng)的負(fù)載提供電能，每一個(gè)牽引變電站又包括兩個(gè)變壓器，當(dāng)捷運(yùn)系統(tǒng)有車輛通過的時(shí)候，對(duì)變電站內(nèi)部的牽引機(jī)車及UPS控制系統(tǒng)的電源諧波進(jìn)行測量，總諧波的畸變率越高，諧波影響越大。捷運(yùn)系統(tǒng)的牽引系統(tǒng)和控制系統(tǒng)共用一臺(tái)變壓器，在具體運(yùn)行過程中，由于控制系統(tǒng)需要較高的電壓要求，如果變壓器的選型與控制系統(tǒng)的電壓要求不相符的時(shí)候，就會(huì)導(dǎo)致牽引系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生電壓波動(dòng)。為了提升捷運(yùn)系統(tǒng)控制系統(tǒng)的電源質(zhì)量，進(jìn)行控制系統(tǒng)的電源改造，這是解決諧波干擾的關(guān)鍵舉措，將諧波干擾的供電線路進(jìn)行調(diào)整，解決系統(tǒng)輸入電壓過高，輸入電壓波動(dòng)的問題，消除諧波的干擾，保障控制系統(tǒng)的用電穩(wěn)定。

4.2增加變流器的二次整流系數(shù)

對(duì)一些大容量的變流器來講，在內(nèi)部系統(tǒng)的設(shè)置過程當(dāng)中需要有效地提升整流系數(shù)的大小。系數(shù)提升得越多，那么在電網(wǎng)當(dāng)中所產(chǎn)生的諧波次數(shù)就越高。因此，諧波的電流量也就越來越小，形成了一種消除諧波的功能。如果電流內(nèi)部的整流系數(shù)設(shè)定為5相，那么在斜流電流當(dāng)中基礎(chǔ)電流量會(huì)占到18.5%左右，通過7次諧波電流的基礎(chǔ)流量占到了12%;如果將電流系數(shù)增加到12相左右，通過諧波的電流量可以降到基礎(chǔ)電流量的4.5%。在系統(tǒng)設(shè)置工作當(dāng)中采用了多聯(lián)和整流電路設(shè)定的方法，需要對(duì)安全保證措施進(jìn)行確定，通過電子元件相互之間的功能觸發(fā)，保證系統(tǒng)內(nèi)部工作的一致性，否則會(huì)產(chǎn)生更大的諧波問題。

4.3行李系統(tǒng)的諧波治理

結(jié)合行李系統(tǒng)的諧波特點(diǎn)及具體的供電情況，可以考慮安裝有源電力濾波器，在低壓側(cè)就地補(bǔ)償系統(tǒng)諧波，行李高速通道口位置安裝有源電力濾波器，經(jīng)過大量實(shí)踐證明，能夠?qū)⑿欣钔羞\(yùn)系統(tǒng)中的諧波電流有效地消除，使得電網(wǎng)中的諧波電流滿足國家既定的標(biāo)準(zhǔn)。

4.4采用無源濾波器（PF）

在諧波源附近或公共電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)裝設(shè)單調(diào)諧濾波器，由L、C、R元件構(gòu)成諧振回路，當(dāng)LC回路的諧振頻率和某一高次諧波電流頻率相同時(shí)，即可阻止該次諧波流入電網(wǎng)，相當(dāng)于吸收諧波電流，同時(shí)還可以進(jìn)行無功功率補(bǔ)償。由于具有投資少、效率高、結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠及維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，無源濾波器是目前采用的抑制諧波及無功補(bǔ)償?shù)闹饕侄?。但無源濾波器存在著許多缺點(diǎn)，如濾波易受系統(tǒng)參數(shù)的影響、耗費(fèi)多、體積大等。隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，人們將濾波研究方向逐步轉(zhuǎn)向有源濾波器。

4.5助航燈光系統(tǒng)諧波的治理

針對(duì)助航燈光系統(tǒng)進(jìn)行諧波治理，選擇合理的濾波器，正確的進(jìn)行濾波器的安裝和使用是關(guān)鍵。通常有以下幾種處理措施，有源電力濾波器，該種濾波器產(chǎn)生的幅值一致，相位相反的諧波電流將待治理諧波抵消，并且不受負(fù)載變化的影響;無源電力濾波器，有LC等元件構(gòu)成，可以將相對(duì)應(yīng)頻率的諧波電流進(jìn)行分流，但是該種濾波器只能將固定的諧波濾除，當(dāng)在靜態(tài)環(huán)境下治理的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)負(fù)載率較小的情況。

結(jié)語

綜上所述，機(jī)場電力系統(tǒng)中的諧波來源廣泛，并且對(duì)機(jī)場的運(yùn)行安全有直接的影響，所以需要就諧波的來源和危害進(jìn)行明確，然后針對(duì)性的采取解決對(duì)策，減少諧波對(duì)電力系統(tǒng)的影響，并且積極采取有效地節(jié)能措施，促進(jìn)機(jī)場電力系統(tǒng)供電的有效性。

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