機場供電系統(tǒng)電能質量分析

劉亮

摘要：隨著時代的進步，科技的發(fā)展越來越多的精密儀器、數(shù)字信息化的電子設備和多樣化的負荷入駐機場，它們當中含有大量的電力電子元器件。將產(chǎn)生大量的諧波，影響著機場供電系統(tǒng)的電能質量。除此之外，民航機場是交通網(wǎng)絡中重要的組成部分，機場的正常運行與旅客的生命安全息息相關。所以諧波治理迫在眉睫，本文以機場為研究對象，對他的供電系統(tǒng)電能質量進行分析。

關鍵詞：機場;供電系統(tǒng);諧波;諧波治理

1 電力諧波分析

1.1諧波的概念

由于諧波是以基波為標準的，通常情況下是基波的整數(shù)倍，一般大于1，所以也被稱為高次諧波”。但隨著電器設備的增多，諧波不一定是基波的整數(shù)倍，所以根據(jù)基波的不同可以劃分為下表中的諧波：

1.2諧波的產(chǎn)生源

電網(wǎng)的諧波源主要體現(xiàn)在發(fā)輸變配用中的發(fā)輸用三個方面，分別是產(chǎn)生電能設備、運輸分配電能的設備和電力系統(tǒng)終端的非線性負荷。

①電源端子發(fā)出的諧波

從基礎理論模型上講，發(fā)電機擁有A、B、C三相繞組，要求他們應該完全對稱，我們在電路和電機學當中都都學習過，所以我們知道在實際上很難實現(xiàn)。不但受加工工藝的影響，我們目前的工藝還不夠達到該標準，鐵心材料要求均勻程度保持一致，實際上很難實現(xiàn)，在世界上沒有絕對密度是均勻一致的，而且發(fā)電機的穩(wěn)定性等其他因素，都會產(chǎn)生一些諧波，值得慶幸的是對系統(tǒng)的影響不大。

②輸配電過程中產(chǎn)生的諧波

在運輸分配電能的系統(tǒng)中，包裹升壓變壓器、輸電線路、降壓變壓器等設備，其中諧波的主要來源是電力變壓器流過空載電流，變壓器鐵芯磁化曲線越過膝點到達非線性飽和的狀態(tài)，產(chǎn)生奇次諧波。大大下下不同電壓等級的變壓器數(shù)量眾多，所以就是要考慮到變壓器的經(jīng)濟性能。高飽和度的鐵芯會使變壓器工作點偏離標準的磁化曲線。

③電力設備產(chǎn)生諧波

1）晶閘管整流裝置。整流晶閘管應用的領域十分廣泛，小到開關控制設備，和隨處可見現(xiàn)在人們都離不開的充電設備，達到控制機器運行的機電設備，涉及之廣、種類之多、品種之復雜必然給電力系統(tǒng)帶來了大量的諧波。根據(jù)我國相關研究人員的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，整流器產(chǎn)生的諧波約占整流器總諧波的40%，占比最大是諧波的主要來源。

2）頻率轉換裝置。具有調頻功能的設備都具有該裝置，例如手扶電梯（無人時速度較慢可節(jié)約電能，運送乘客時速度較快提高效率節(jié)省時間）、電機（我們都知道的就是電機的轉速可以改變，且可以實現(xiàn)正轉和反轉）、抽水泵（水資源供給）、風機（進行空氣流通、散熱）等，它們大多數(shù)采用相位控制方法，因此其諧波組成成分比較復雜，除整數(shù)諧波成分外，還包含一定數(shù)量的分數(shù)諧波成分。

1.3諧波的危害

我們理想當中的電網(wǎng)，應該給提供負荷提供的具有平穩(wěn)的頻率、唯一的幅值以及符合電能質量要求的電壓。諧波電流和諧波電壓對于電網(wǎng)來說是像是癌癥細胞和定時炸彈，會讓用電設備所在的環(huán)境受到破壞，也會對除此之外的設備例如周圍的通用信息系統(tǒng)和公用電網(wǎng)帶來可怕的危害。諧波長此以往的存在會使各種設備出現(xiàn)故障，就如人體系統(tǒng)一樣，電機承受的負載加重，導致劇烈的振蕩轉矩，轉速周期性產(chǎn)生不良變化;使集膚效應現(xiàn)象更加突顯，后果就是發(fā)電機和變壓器銅損、鐵損大幅度增加產(chǎn)生更多熱量，熱量達到一定時會過熱;溫度過高后變壓器的鐵心會出現(xiàn)磁滯曲線伸縮的現(xiàn)象，機器運行的分貝加大達到噪音的程度，嚴重影響人們的身心健康和設備的使用壽命：產(chǎn)生電壓波形畸變不再是正弦波，對電機和變壓器絕緣性能起到阻礙的作用，使絕緣介質強度大幅度降低，使用壽命嚴重縮短;使電力電纜容量減小，損失增大，加快老化速度，泄露電流加大，有時會發(fā)生單相對地擊穿事件的風險。

1.4諧波的管理標準

如何判定一件事物的好壞，是因為存在一定的標準。我國乃至世界上任何一個國家，都制定了關于諧波的標準，具體內(nèi)容不盡相同，但是所表達的結果大同小異。下列是各國制定標準時應遵守的原則如下：

①首要任務是保證電網(wǎng)安全，限制諧波源產(chǎn)生的諧波電流。以及中心點的諧波電壓，防止其對電力系統(tǒng)產(chǎn)生較大的干擾。值得特別防范得是，要防止高壓配電網(wǎng)發(fā)生諧振或諧波放大。

②規(guī)定一個允許范圍，把電力系統(tǒng)中的諧波含量牢牢的控制在該范圍內(nèi)，還要保證電網(wǎng)提供的電壓波形為正弦波，使電網(wǎng)中的各種用電負荷正常工作，避免被諧波干擾。

③限制諧波含量的標準應該符合本國的戰(zhàn)略發(fā)展，并且有利于國際技術經(jīng)濟合作，絕大多數(shù)的國家標準都應有異曲同工之妙。

2.機場諧波的現(xiàn)狀分析

2.1機場的負荷組成

飛機場是一個龐大而又井井有條的有機結構體，由許多看似雜亂無章的部分組成，實則緊密相連，有的相互依存，有的相互制約，對于這一有機整體來說，持續(xù)安全可靠的能源供應，是維持安全運行的重要養(yǎng)料。就好像人沒有水和空氣是不行的。機場是非常重要的第一級負荷，它的用電負荷具有以下幾類特點：

①一級負荷重多，這一點當然無可厚非，而且比例很大。除一些娛樂休閑商業(yè)設施如快捷餐廳漢堡王、麥當勞、土特產(chǎn)、奢侈品店外，無論機場的規(guī)模大小和使用類型，都被定義為一級負荷，如T1、T2、T3航站樓、候機大廳、機場旅館等。有一大批重中之重的設備設施如：通用訊息系統(tǒng)、飛機引航裝置、飛行天氣預報系統(tǒng)、助航燈光系統(tǒng)、安全檢查系統(tǒng)、機場飛機加油站等。

②非線性負荷的數(shù)量越多，造成的諧波污染越嚴重。因此非線性負荷是影響電能質量的元兇之一，與此同時也會造成電壓波動和電壓閃變。飛機場周圍的非線性諧波源就像淋巴一樣無處不在，不僅設備容量大，而且數(shù)量多。諧波污染也就非常的嚴重。在測試中，機場助航燈光系統(tǒng)是支撐飛機安全飛行及安全降落的基礎，恒流調光器的穩(wěn)定運行至關重要。

③對電能質量提出了更高更嚴格的要求。任何機場的供電可靠性配置標準偏差應小于等于0.01%，以確保機場安全運行。與飛機的正常飛行、機場乘客的人身安全以及我國國家的經(jīng)濟平穩(wěn)快速的發(fā)展密切相關。因此，為維持機場安全、穩(wěn)定、可靠運行，對機場諧波的要求也更為嚴格。在正常工作時都會產(chǎn)生大量的諧波，造成供電系統(tǒng)電流電壓失真，影響供電質量。

根據(jù)上述機場的特點可以清楚快速的總結出，機場供電系統(tǒng)電能質量的重要性。一級負荷數(shù)量眾多，同時對電能質量要求較高由于存在大量的諧波源，就會給機場的供電系統(tǒng)正常維護運行帶來諸多難題，經(jīng)過儀表測試，分析諧波波形，采取相應的措施。

3 總結

隨著電力電子技術隊伍的不斷壯大，各種類型的電力電子設備和負荷持續(xù)地投入到機場供電系統(tǒng)系統(tǒng)中，后果就是產(chǎn)生了大量電力諧波，影響系統(tǒng)的電能質量。相同頻率的諧波在不同環(huán)境下造成的影響不同，但存在一定的相似之處。機場作為重要的交通樞紐，它存在的電力問題可以給其他機場帶來參考作用。機場對局部供電系統(tǒng)電力諧波進行治理的做法和經(jīng)驗在民航中具有很強的參考意義。

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