楊忱

（北京首都機場動力能源有限公司，北京 100621）

在新時期背景下，人們的生活質(zhì)量不斷提升，越來越多的人會選擇飛機作為交通出行的工具，究其原因，主要是飛機具有速度快且運行穩(wěn)定的特點。由于機場航站樓內(nèi)存在大量的電氣設(shè)備，這些設(shè)備在運行過程中會產(chǎn)生諧波電流。與此同時，還存在強電系統(tǒng)、弱電系統(tǒng)，故高壓和低壓等級并存，從而導(dǎo)致諧波污染成為影響空運發(fā)展的重要因素。在此背景下，研究機場航站樓低壓配電系統(tǒng)諧波處理問題，具有十分重要的意義。

1 某機場航站樓低壓配電系統(tǒng)諧波來源分析

某機場航站樓低壓配電系統(tǒng)由以下部分組成：（1）20 臺400Hz 的 電 源；（2）多 個 最 大 容 量 為200kVA 的UPS；（3）其他電子設(shè)備，比如，計算機、通信設(shè)備等；（4）電機調(diào)速設(shè)備。這些負荷大都為非線性負荷，故諧波會因此而產(chǎn)生，再加上這些設(shè)備具有非常大的容量，且數(shù)量眾多，故產(chǎn)生的影響非常嚴重。

2 諧波的危害

諧波產(chǎn)生的危害不容忽視，以機場航站樓低壓配電系統(tǒng)為例，其所產(chǎn)生的危害包括以下幾點：（1）電機過熱；（2）變壓器輸出功率下降；（3）電力電纜壽命下降；（4）開關(guān)熄弧失??；（5）繼電保護動作和電子儀表失去原有的作用；（6）并聯(lián)無功補償裝置會在諧波的影響下無法正常工作，所產(chǎn)生的電壓接近臨界值，如圖1 所示。

根據(jù)圖2 得到以下等式：

圖1 并聯(lián)無功補償裝置

圖2 并聯(lián)電容器集中無功補償

由于并聯(lián)電容器是集中無功補償?shù)闹饕獔鏊?，通過結(jié)合公式（2）得知，在諧波的影響下，電容器起到了放大諧波的作用，甚至?xí)c變壓器形成并聯(lián)諧波，并聯(lián)電容器也會因此而損壞。

在機場航站樓低壓配電系統(tǒng)中，諧波即使在高壓側(cè)輸入，并聯(lián)電容器同樣會對其進行放大處理，與此同時，諧波還會與變壓器串聯(lián)，繼而形成串聯(lián)諧振。

3 機場航站樓低壓配電系統(tǒng)諧波治理方案

通過上述分析可知，機場航站樓低壓配電系統(tǒng)諧波會對設(shè)備和系統(tǒng)造成嚴重的影響，鑒于此，提出了以下幾種治理低壓配電系統(tǒng)諧波的方案。

3.1 選擇合適的諧波治理設(shè)備

現(xiàn)階段，市面上流通的諧波治理設(shè)備主要包括兩類，分別為有源電力濾波器和無源濾波器。

（1）有源電力濾波器。這種電力濾波器，具有更強的諧波治理效果，其優(yōu)勢更為顯著，究其原因，主要是有源電力濾波器是在無源濾波器基礎(chǔ)上發(fā)展形成的，屬于一種全新的濾波器。其工作原理與諧波發(fā)生器較為類似，采取一定的手段，在電網(wǎng)中注入與諧波量大致相同的諧波電流，所注入的諧波電流，可以被全面把控，具體包括電流頻率、電流幅值以及電流相位等，在進行負載諧波檢測時，被注入電網(wǎng)中的諧波電流就會抵消系統(tǒng)中原有的諧波電流，治理諧波的目標(biāo)會因此而達成。

目前，常用的有源電力濾波器為兩種：一種是并聯(lián)裝置；另一種是串聯(lián)裝置，二者治理諧波的方向不同，其中，串聯(lián)型裝置在治理諧波電壓問題時較為適用，而并聯(lián)裝置在治理諧波電流問題時較為適用。二者具有大致相同的諧波治理原理，并聯(lián)裝置在檢測負載電流時，會通過計算方法的使用，對諧波電流進行計算，然后，會向電網(wǎng)注入與計算結(jié)果相同的電流，從而實現(xiàn)治理諧波電流的目的。有源電力濾波器的優(yōu)勢主要包括以下幾點：①具有非?？斓南鄳?yīng)速度，能夠在極短的時間內(nèi)，對負荷諧波量的變化進行響應(yīng)，可以對大部分情況下的補償需要進行滿足。②系統(tǒng)阻抗不會對其運行造成干擾，故具有十分穩(wěn)定的補償能力。③很少與系統(tǒng)發(fā)生諧振。④具有靈活的補償方式，不僅可以對變化的諧波進行補償，還能對變化的無功進行補償。

（2）無源濾波器。無源濾波器又可以被稱為LC濾波器，屬于一種集電容、電阻和電感于一體經(jīng)設(shè)計而構(gòu)成的濾波電路，可以對一次或多次諧波進行濾除，串聯(lián)電感和電容的結(jié)構(gòu)是最常用的無源濾波器結(jié)構(gòu)。無源濾波器由多個部分組成，分別是電阻、電容和電抗。通過對電容電阻固有阻抗特性的使用，可以根據(jù)諧波頻率的不同，提供不同的阻抗的通道，這樣一來，就會與電網(wǎng)阻抗形成分流的關(guān)系，濾波器因此成了特定頻率諧波的流入目的地，以此達成治理諧波的目的。這種治理方式具有使用方式簡單且成本低廉的優(yōu)勢，但與此同時，也存在一些不足，具體表現(xiàn)為無源濾波器在系統(tǒng)阻抗的影響下，其濾波效果會不斷下降，故很難達成預(yù)期的治理目的。再加上無源元件容易與電網(wǎng)阻抗產(chǎn)生作用，導(dǎo)致諧振發(fā)生，諧波會在諧振的作用下被放大，從而影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（3）諧波治理設(shè)備的選擇。通過上述分析可知，有源與無源濾波器相比，其優(yōu)勢更為顯著，并且，無源濾波器在治理諧波時，可能會與低壓配電系統(tǒng)產(chǎn)生其他作用，不利于低壓配電系統(tǒng)的安全，而有源電力濾波器的動態(tài)特性顯著，通過對注入電流的有效把控，能夠避免系統(tǒng)過補償問題的產(chǎn)生，因此，與機場航站樓低壓配電系統(tǒng)諧波治理需要相符，因此，建議機場航展樓在治理諧波時，選擇有源電力濾波器。

3.2 諧波治理方式

目前，常用的諧波治理方式包括就地補償、集中補償和支路補償。但基于機場航站樓低壓配電系統(tǒng)的特點，適用于其中諧波治理方式為集中補償。

（1）集中補償方式。集中補償方式，就是將諧波補償裝置加裝到用戶用電系統(tǒng)和電網(wǎng)連接點處，通常情況下，變壓器低壓側(cè)是主要安裝位置。以某項目為例，對其應(yīng)用效果進行分析。①項目案例。在社會經(jīng)濟高速發(fā)展的背景下，單晶硅這種高科技資源受到了人們的高度關(guān)注，其生產(chǎn)工藝較為簡單，主要包括熔融加熱和直流加熱，這兩種加熱方式雖然采用的設(shè)備不同，但均采用了半導(dǎo)體可控整流方式，正因如此，在實際加熱過程中，產(chǎn)生的諧波數(shù)量十分巨大，對電網(wǎng)造成的諧波污染不容忽視，在這些諧波的影響下，電力系統(tǒng)中的電氣設(shè)備很難發(fā)揮作用，系統(tǒng)無功補償也受到了影響，導(dǎo)致低壓配電系統(tǒng)在供電過程中，損失了大量的電能。②治理方案。針對諧波問題，工作人員在了解諧波產(chǎn)生原因之后，通過集中補償方式的使用，在補償和負載之間安裝了有源濾波器，以實現(xiàn)對系統(tǒng)諧波完全濾除的目的。此外，在諧波完全濾除后，無功補償裝置正常工作，保證了電力系統(tǒng)運行的質(zhì)量。③結(jié)論。通過有源電力濾波器的合理使用，改善了低壓配電系統(tǒng)的質(zhì)量，使諧波得到了有效質(zhì)量。

（2）就地補償方式。就地補償方式是指在諧波源交流進線處安裝濾波器，然后，對濾波器的就近補償諧波進行利用，對低壓配電系統(tǒng)中的諧波進行濾除，以保證系統(tǒng)的安全。接下來，以某項目為例，對治理方案進行分析。①項目案例。某服裝加工廠應(yīng)用了大容量的電腦織機和UPS，這是低壓配電系統(tǒng)的主要負載，因為UPS 屬于非線性負載，故在運行過程中產(chǎn)生了大量的諧波電流，低壓配電系統(tǒng)也在諧波的影響下被污染。②治理方案。技術(shù)人員通過試驗的方式，明確了諧波出現(xiàn)的原因，故決定采用就地補償方式濾除諧波。③治理效果。應(yīng)用就地補償方式后，諧波總由28.9%下降到了7%，諧波濾除率高達78%以上。

（3）機場航航站樓低壓配電系統(tǒng)諧波治理方式。機場航站樓低壓配電系統(tǒng)諧波治理，與常規(guī)治理方式存在顯著的差別，工作人員應(yīng)該將下述幾點內(nèi)容作為諧波治理重點。①對諧波污染進行控制，避免其影響低壓配電系統(tǒng)的正常運行；②對因為諧波而引起的火災(zāi)事故進行控制或消除；③對飛機航站樓低壓配電系統(tǒng)對上級電網(wǎng)造成的污染進行控制。

由于機場航站樓對通信、信號等負荷安全提出了非常高的要求，如果采用集中補償方式，雖然可以對電網(wǎng)諧波污染進行規(guī)避，并降低火災(zāi)發(fā)生的概率，卻難以消除諧波源對重要負載的影響。因此，建議機場航站樓選擇就地補償，這樣一來，方能實現(xiàn)對諧波危害的控制。但這種補償方式，使用成本較高，且設(shè)計難度和工作量大，為控制成本，機場航站樓應(yīng)選擇集中補償方式和重要負載分類的諧波治理方式。

4 結(jié)語

綜上所述，機場航站樓低壓配電系統(tǒng)，關(guān)系到飛機的安全，因此，有關(guān)企業(yè)應(yīng)該加強對低壓配電系統(tǒng)諧波治理的關(guān)注，并針對諧波來源和危害，采取有效的諧波治理方式。