民航机场供电系统谐波测试

2021-04-03黎兰豪崎

现代制造技术与装备 2021年2期

黎兰豪崎潘楠严荣

（昆明理工大学民航与航空学院，昆明 650500）

民航机场的客流密集，且用电量较大，因此保障供电系统稳定安全运行至关重要。在实际运行过程中，机场供电系统容易受到电力谐波污染的干扰。这不仅会影响系统本身运行的稳定性，还会影响附近的通信系统，带来严重的机场安全运行隐患。为维护机场安全稳定运行，需分析民航机场供电系统谐波测试方法，并提出谐波治理的措施。

1 民航机场供电系统谐波测试的必要性

在供电系统中存在较多输配电和用电设备。这些设备本身的非线性伏安特点是供电系统产生谐波的主要原因。当有电流通过非线性负载时，电压和电流为非线性关系，说明流经该负载的电流是非正弦波电流，易对电力系统造成谐波污染。如果谐波污染严重，不仅会增加电力系统发生故障的概率，还会引发严重的电力安全事故。民航机场供电系统若受到谐波污染，会增加线路损耗，引发设备异常发热，从而缩减设备使用寿命。另外，机场的客流量较大，人口密集，而严重的谐波污染会损害人的身体健康，影响机场的安全运行。为提升民航机场供电系统的稳定性，需测试分析民航机场的供电系统谐波状况，并根据测试结果有针对性地治理谐波污染。

2 民航机场供电系统谐波测试方法

民航机场的供电系统主要以变电站为核心。在实际运行过程中，变电站主要对航站楼、能源中心和灯光站进行供电，平均每天负荷高达21MW。该变电站进线电压等级为110kV，分别源自两个220kV 的变电站，出线电压等级为10kV，共有4 段母线，且负荷各不相同。实际进行谐波测试时需遵循4 个原则。第一，通过参考变电所内开关柜二次图，由现场工作人员进行指导，以明确被测信号。第二，以额定电压值和电流值为依据，需要明确各个信号的电压、电流互感器的变比。第三，需要进一步检查被测信号的准确性，以保证信号和设备之间准确连接。第四，开启上位机软件，连续采集测试信号，并对该信号进行实时计算，然后保存其最大值、波形、有效值以及各次谐波分类等测试信息。在实际测试过程中，可先对站点总进线进行测试，以谐波实际污染情况和波动规律为依据，合理安排测试时间。测试发现，若进线谐波情况与要求相符，且谐波波动较稳定，那么可直接结束该进线的测试。反之，若谐波情况异常，与要求不符，或谐波本身有着较严重的波动，那么需要继续测试该总进线的下级开关柜，以便明确该进线主要的谐波源与次要的谐波源[1]。

在获取机场变电站进线一110kV 谐波测试结果后，系统分析相应的测试结果。通过测量仪器的上位机获取电压电流的原始波形，并根据电压波形变化，发现在监测时段内电压变化整体稳定。相较于标称相电压，A、B、C 三相电压偏差均符合国家标准；在正负相差方面，它均在国家标准值标称电压的10%以内；电压畸变率在1%～1.5%变化，均在国家标准限值的2%以内；主要谐波电压次数为奇次谐波，分别是3、5、7 和11 等。通过获得的电流测试数据，结合110kV 谐波电流限值标准，完成进线一个相电流各次谐波的有效值计算。根据计算结果得知，电流谐波为3、5、7 和11 等奇次谐波，其95%极大值均在国家标准之内，最终得出进线一电压畸变率为1%，有效值为71.5A，电流畸变率为1.8%，均符合国家标准。

根据获取的机场变电站进线二110kV 谐波测试结果，系统分析相应的测试结果。从电压波形变化来看，在监测时段内，电压变化比较稳定。相较于标称相电压，A、B、C 三相电压偏差均符合国家标准；正负相差均在国家标准值标称电压的10%以内；电压畸变率稳定在2%左右，接近国家标准限值2%，但是由于该处谐波电流与国家标准限值依然有差距，因此可以判定该谐波电压会受电力系统本身携带的谐波叠加影响，说明该谐波电压没有超标；主要电压谐波为奇次谐波，分别是3、5 和7 等，其中3 次谐波的占比较高，需要着重关注。通过获得的电流测试数据，结合110kV 谐波电流限值标准，完成进线一个相电流各次谐波的有效值计算。进线二的电流谐波以奇次谐波为主，分别是3、5、7 和11 等，其95%极大值均在国家标准之内，最终得出进线二电压畸变率为2%，有效值为53.2A，电流畸变率为4.3%，均符合国家标准[2]。

3 民航机场供电系统常用谐波治理措施

3.1 主动谐波治理措施

主动谐波治理以抑制谐波源产生为主，采用二次改造的方式改造机场电力设备。第一，针对外界谐波，在现有基础上，在外加电流于原始波形之上，电流频率变为原来的3 倍，从而起到一定的治理效果。第二，在机场设备上外加变流器。在谐波源之上外加变流器，要求变流器有较高的功率因数，如采用矩阵式变频器能够减少谐波波形畸变，提高谐波治理效果。第三，对于全控性器件，可以在脉宽调制技术的帮助下提高其频率，有效降低波形畸变率。第四，改造机场谐波源。采用能够互补的主动治理设备并将其集中起来，能有效治理谐波污染。

3.2 被动治理措施

被动治理是在机场供电系统中安装谐波滤波器来降低谐波影响，针对性较强，治理效果较理想，得到了广泛应用。无源电力滤波器由谐波电容器和电抗器组成，能针对性滤除特定频率的谐波。另外，将该滤波器与无功补偿设备共同使用，能够有效提升无功补偿效果。无源滤波器可分为两类：一类是调谐滤波器，可分为单调谐滤波器和双调谐滤波器，前者能够过滤一次谐波，并具备自动调谐能力，后者能够过滤二次谐波；另一类是高通滤波器，能允许高频信号通过，并截断低频信号。在实际应用过程中，为提高应用效果，一般会将调谐滤波器和高通滤波器配合使用[3]。

对于有源滤波器，能够从谐波电流本身入手，通过自身产生一个与谐波电流幅值和频率相同的电流，从而达到抑制谐波的作用。该电流相位与原谐波电流相差180°，因此不需要考虑电网阻抗因素，理论上相对容易实现。有源滤波器分为两种，一种是串联型有源滤波器，另一种是并联型有源滤波器。前者在实际应用中由于运行机制复杂、损耗较大，因此应用较少。后者在实际应用时能够进行无功功率补偿，但整体造价较高。

3.3 受端治理措施

受端治理是从受到谐波影响的机场设备或系统的角度出发，通过提高设备抗谐波干扰能力来有效应对谐波污染的影响。第一，为避免电容器对谐波的影响，需改造电容机组，避免设备进一步扩大产生的谐波，从而有效提高电容机组的运行稳定性。第二，不断提升供电方式的科学合理性，结合供电需求，选择科学的供电方式，以提高配电网结构的合理性，减少谐波的产生量。第三，提升设备抗谐波干扰能力，加强设备改造。