民航機(jī)場供電系統(tǒng)諧波測試

黎蘭豪崎 潘 楠 嚴(yán) 榮

（昆明理工大學(xué) 民航與航空學(xué)院，昆明 650500）

民航機(jī)場的客流密集，且用電量較大，因此保障供電系統(tǒng)穩(wěn)定安全運(yùn)行至關(guān)重要。在實際運(yùn)行過程中，機(jī)場供電系統(tǒng)容易受到電力諧波污染的干擾。這不僅會影響系統(tǒng)本身運(yùn)行的穩(wěn)定性，還會影響附近的通信系統(tǒng)，帶來嚴(yán)重的機(jī)場安全運(yùn)行隱患。為維護(hù)機(jī)場安全穩(wěn)定運(yùn)行，需分析民航機(jī)場供電系統(tǒng)諧波測試方法，并提出諧波治理的措施。

1 民航機(jī)場供電系統(tǒng)諧波測試的必要性

在供電系統(tǒng)中存在較多輸配電和用電設(shè)備。這些設(shè)備本身的非線性伏安特點(diǎn)是供電系統(tǒng)產(chǎn)生諧波的主要原因。當(dāng)有電流通過非線性負(fù)載時，電壓和電流為非線性關(guān)系，說明流經(jīng)該負(fù)載的電流是非正弦波電流，易對電力系統(tǒng)造成諧波污染。如果諧波污染嚴(yán)重，不僅會增加電力系統(tǒng)發(fā)生故障的概率，還會引發(fā)嚴(yán)重的電力安全事故。民航機(jī)場供電系統(tǒng)若受到諧波污染，會增加線路損耗，引發(fā)設(shè)備異常發(fā)熱，從而縮減設(shè)備使用壽命。另外，機(jī)場的客流量較大，人口密集，而嚴(yán)重的諧波污染會損害人的身體健康，影響機(jī)場的安全運(yùn)行。為提升民航機(jī)場供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，需測試分析民航機(jī)場的供電系統(tǒng)諧波狀況，并根據(jù)測試結(jié)果有針對性地治理諧波污染。

2 民航機(jī)場供電系統(tǒng)諧波測試方法

民航機(jī)場的供電系統(tǒng)主要以變電站為核心。在實際運(yùn)行過程中，變電站主要對航站樓、能源中心和燈光站進(jìn)行供電，平均每天負(fù)荷高達(dá)21MW。該變電站進(jìn)線電壓等級為110kV，分別源自兩個220kV 的變電站，出線電壓等級為10kV，共有4 段母線，且負(fù)荷各不相同。實際進(jìn)行諧波測試時需遵循4 個原則。第一，通過參考變電所內(nèi)開關(guān)柜二次圖，由現(xiàn)場工作人員進(jìn)行指導(dǎo)，以明確被測信號。第二，以額定電壓值和電流值為依據(jù)，需要明確各個信號的電壓、電流互感器的變比。第三，需要進(jìn)一步檢查被測信號的準(zhǔn)確性，以保證信號和設(shè)備之間準(zhǔn)確連接。第四，開啟上位機(jī)軟件，連續(xù)采集測試信號，并對該信號進(jìn)行實時計算，然后保存其最大值、波形、有效值以及各次諧波分類等測試信息。在實際測試過程中，可先對站點(diǎn)總進(jìn)線進(jìn)行測試，以諧波實際污染情況和波動規(guī)律為依據(jù)，合理安排測試時間。測試發(fā)現(xiàn)，若進(jìn)線諧波情況與要求相符，且諧波波動較穩(wěn)定，那么可直接結(jié)束該進(jìn)線的測試。反之，若諧波情況異常，與要求不符，或諧波本身有著較嚴(yán)重的波動，那么需要繼續(xù)測試該總進(jìn)線的下級開關(guān)柜，以便明確該進(jìn)線主要的諧波源與次要的諧波源[1]。

在獲取機(jī)場變電站進(jìn)線一110kV 諧波測試結(jié)果后，系統(tǒng)分析相應(yīng)的測試結(jié)果。通過測量儀器的上位機(jī)獲取電壓電流的原始波形，并根據(jù)電壓波形變化，發(fā)現(xiàn)在監(jiān)測時段內(nèi)電壓變化整體穩(wěn)定。相較于標(biāo)稱相電壓，A、B、C 三相電壓偏差均符合國家標(biāo)準(zhǔn)；在正負(fù)相差方面，它均在國家標(biāo)準(zhǔn)值標(biāo)稱電壓的10%以內(nèi)；電壓畸變率在1%～1.5%變化，均在國家標(biāo)準(zhǔn)限值的2%以內(nèi)；主要諧波電壓次數(shù)為奇次諧波，分別是3、5、7 和11 等。通過獲得的電流測試數(shù)據(jù)，結(jié)合110kV 諧波電流限值標(biāo)準(zhǔn)，完成進(jìn)線一個相電流各次諧波的有效值計算。根據(jù)計算結(jié)果得知，電流諧波為3、5、7 和11 等奇次諧波，其95%極大值均在國家標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，最終得出進(jìn)線一電壓畸變率為1%，有效值為71.5A，電流畸變率為1.8%，均符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)獲取的機(jī)場變電站進(jìn)線二110kV 諧波測試結(jié)果，系統(tǒng)分析相應(yīng)的測試結(jié)果。從電壓波形變化來看，在監(jiān)測時段內(nèi)，電壓變化比較穩(wěn)定。相較于標(biāo)稱相電壓，A、B、C 三相電壓偏差均符合國家標(biāo)準(zhǔn)；正負(fù)相差均在國家標(biāo)準(zhǔn)值標(biāo)稱電壓的10%以內(nèi)；電壓畸變率穩(wěn)定在2%左右，接近國家標(biāo)準(zhǔn)限值2%，但是由于該處諧波電流與國家標(biāo)準(zhǔn)限值依然有差距，因此可以判定該諧波電壓會受電力系統(tǒng)本身攜帶的諧波疊加影響，說明該諧波電壓沒有超標(biāo)；主要電壓諧波為奇次諧波，分別是3、5 和7 等，其中3 次諧波的占比較高，需要著重關(guān)注。通過獲得的電流測試數(shù)據(jù)，結(jié)合110kV 諧波電流限值標(biāo)準(zhǔn)，完成進(jìn)線一個相電流各次諧波的有效值計算。進(jìn)線二的電流諧波以奇次諧波為主，分別是3、5、7 和11 等，其95%極大值均在國家標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，最終得出進(jìn)線二電壓畸變率為2%，有效值為53.2A，電流畸變率為4.3%，均符合國家標(biāo)準(zhǔn)[2]。

3 民航機(jī)場供電系統(tǒng)常用諧波治理措施

3.1 主動諧波治理措施

主動諧波治理以抑制諧波源產(chǎn)生為主，采用二次改造的方式改造機(jī)場電力設(shè)備。第一，針對外界諧波，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，在外加電流于原始波形之上，電流頻率變?yōu)樵瓉淼? 倍，從而起到一定的治理效果。第二，在機(jī)場設(shè)備上外加變流器。在諧波源之上外加變流器，要求變流器有較高的功率因數(shù)，如采用矩陣式變頻器能夠減少諧波波形畸變，提高諧波治理效果。第三，對于全控性器件，可以在脈寬調(diào)制技術(shù)的幫助下提高其頻率，有效降低波形畸變率。第四，改造機(jī)場諧波源。采用能夠互補(bǔ)的主動治理設(shè)備并將其集中起來，能有效治理諧波污染。

3.2 被動治理措施

被動治理是在機(jī)場供電系統(tǒng)中安裝諧波濾波器來降低諧波影響，針對性較強(qiáng)，治理效果較理想，得到了廣泛應(yīng)用。無源電力濾波器由諧波電容器和電抗器組成，能針對性濾除特定頻率的諧波。另外，將該濾波器與無功補(bǔ)償設(shè)備共同使用，能夠有效提升無功補(bǔ)償效果。無源濾波器可分為兩類：一類是調(diào)諧濾波器，可分為單調(diào)諧濾波器和雙調(diào)諧濾波器，前者能夠過濾一次諧波，并具備自動調(diào)諧能力，后者能夠過濾二次諧波；另一類是高通濾波器，能允許高頻信號通過，并截斷低頻信號。在實際應(yīng)用過程中，為提高應(yīng)用效果，一般會將調(diào)諧濾波器和高通濾波器配合使用[3]。

對于有源濾波器，能夠從諧波電流本身入手，通過自身產(chǎn)生一個與諧波電流幅值和頻率相同的電流，從而達(dá)到抑制諧波的作用。該電流相位與原諧波電流相差180°，因此不需要考慮電網(wǎng)阻抗因素，理論上相對容易實現(xiàn)。有源濾波器分為兩種，一種是串聯(lián)型有源濾波器，另一種是并聯(lián)型有源濾波器。前者在實際應(yīng)用中由于運(yùn)行機(jī)制復(fù)雜、損耗較大，因此應(yīng)用較少。后者在實際應(yīng)用時能夠進(jìn)行無功功率補(bǔ)償，但整體造價較高。

3.3 受端治理措施

受端治理是從受到諧波影響的機(jī)場設(shè)備或系統(tǒng)的角度出發(fā)，通過提高設(shè)備抗諧波干擾能力來有效應(yīng)對諧波污染的影響。第一，為避免電容器對諧波的影響，需改造電容機(jī)組，避免設(shè)備進(jìn)一步擴(kuò)大產(chǎn)生的諧波，從而有效提高電容機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性。第二，不斷提升供電方式的科學(xué)合理性，結(jié)合供電需求，選擇科學(xué)的供電方式，以提高配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的合理性，減少諧波的產(chǎn)生量。第三，提升設(shè)備抗諧波干擾能力，加強(qiáng)設(shè)備改造。

4 結(jié)語

民航機(jī)場在實際運(yùn)作過程中主要通過供電系統(tǒng)進(jìn)行能源供應(yīng)。供電系統(tǒng)容易受到電力諧波的影響，不僅會增大供電損耗，而且會干擾供電設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，嚴(yán)重時還會引發(fā)嚴(yán)重的電力安全事故。因此，需要加強(qiáng)對民航機(jī)場供電系統(tǒng)的諧波測試分析，并采用一些對諧波污染有針對性的治理措施，以保障民航機(jī)場安全穩(wěn)定運(yùn)行。