機場電力系統諧波治理與節能分析

楊波

（黑龍江省機場管理集團 150080）

隨著電網規模的不斷擴大，電能質量的監測和治理日益引起用戶的廣泛關注。在現代社會中，機場電能既承擔服務社會，保證安全、可靠、優質供電的責任，是執行國家節能政策任務的關鍵部門。隨著人們對電能質量的要求越來越高，除了要求給一些重要用戶提供高質量的電能外，還要提高設備性能，延長使用壽命。電力系統因受低電力質量的影響而不能正常運作，將會認為是電網的一大公害。近幾年多家機場因電力諧波帶來了一些負面的影響，也使電力系統的能耗增加。諧波檢測是采取諧波治理措施有利的依據及基礎，也是對繼電保護、判斷故障點和故障類型等工作的重要前提。因此，通過有限的諧波源監測點數據量化評估諧波發射水平，有助于對各諧波源所產生的諧波污染問題進行更明確的責任劃分。

1 機場電力系統諧波的概念及其危害

電力系統中，諧波產生的原因是由非線性負載所致。當電流流經非線性負載時就形成非正弦電流，即電路中有諧波產生；同時電力系統的某些設備如功率轉換器比較大的背離正弦曲線波形。這些曲線波形能夠把非正弦曲線信號分解成基本部分和它的倍數，也就是基波和幾次諧波。且諧波的頻率為基波頻率的整數倍。機場電力系統中存在大量的非整數次諧波，其數學模型可以表示為：x（f）＝噸＋Amcos；含有諧波的信號通常稱為非正弦周期信號，非正弦周期信號的有效值等于各諧波有效值的平方和的平方根值。非正弦周期信號波形偏離正弦波形的畸變程度，常用諧波畸變率來表示。隨著人民生活水平的提高，越來越多的大量諧波引起電網的電壓正弦波形嚴重畸變、三相電壓不對稱及發變電設備和用電設備的損害，危及電網安全穩定運行。

2 諧波的危害

諧波電流對公用電網是一種污染，它不僅僅危害周圍的通信系統和公用電網以外的設備，同時也給電力系統和各類用電設備帶來危害，輕則縮短壽命，重則影響安全生產：①諧波降低了發電、輸配電及用電設備的效率；②諧波會產生機械振動、噪聲以及使變壓器局部嚴重過熱；③諧波會使電視機、計算機的圖形畸變，畫面亮度發生波動變化，并使機內的元件出現過熱，使計算機及數據處理系統出現錯誤。對于帶有啟動用的鎮流器會因為在一定參數的配合下形成諧振，進而導致鎮流器或電容器因過熱而損壞；④使電能傳輸和利用的效率降低，使絕緣老化甚至發生故障或燒毀。諧波可造成電容器等設備燒毀。諧波還會使電能計量出現混亂。對于電力系統外部，諧波會對電子設備會產生嚴重干擾。尤其造成一些關鍵設備的損害；⑤諧波會引起電路系統的并聯諧振和串聯諧振，從而引起嚴重事故。由于大型調壓電容器組采用分組投切的運行方式，諧振的產生會損壞電感元件，甚至會導致繼電器保護和自動裝置的誤動作。

3 諧波治理與節能技術

3.1 加大檢測力度

諧波檢測和諧波源定位的目的都是為了減少系統阻抗，即提高供電電壓等級。該方法主要用電設備是電弧爐，經過了5次、7次諧波治理使這些非線性負荷的電氣距離大大下降，但這種方法往往需要和電網發展規劃相協調。

3.2 諧波的隔離

非線性用電設備產生的諧波不僅直接影響到本級電網，而且還會影響到上幾級電網。

3.3 安裝濾波器

濾波器是目前研究最多的諧波抑制方法。當發生串聯諧振時使濾波器兩端該次諧波的電壓幾乎接近零，以便達到治理諧波的目的。這種方法的主要缺點使Lc濾波器過載甚至燒毀。采用有源電力濾波器是從補償對象中檢測出諧波電流，促使電網電流只含有基波分量。這種濾波器受到廣泛的重視。

3.4 裝設靜止無功補償裝置

高壓靜止無功補償裝置是由靜止元件構成的并聯可控無功功率補償裝置，通過改變其容性以維持或控制電力系統的特定參數。系統研究一般應包括動態特性的研究，諧波、負序、電壓波動和閃變的研究以及過電壓的研究，但是當系統發生擾動時，應從暫態和動態穩定角度評估所有規定的功能。

戶外布置的電容器裝置應設置防止凝露引起污閃事故的措施。根據現場條件設置三相共用的框架。當電容器雙排布置時，框架和墻之間的寬度不應小于1m。當采用電壓互感器作放電裝置時宜采用全絕緣產品；當電容器的絕緣水平低于電網絕緣水平時，應將電容器的外殼應與框架可靠連接；電容器室與相鄰兩電容器室之間的防火隔墻如需開門時，應能向兩個方向開啟。

3.5 控制設備能耗

諧波會對網中的設備的能耗也會大大的提高，而且也通過肌膚效應表現出來。以變壓器按性質分只有兩類：基本損耗和諧波損耗。

實際上，電纜、電機、電容器的損耗均是由基波損耗和諧波損耗構成。各種諧波損失和諧波的次數有一定的比例關系，即諧波次數越高對于節能影響越大。所以，必須根據諧波損耗總計算公式，計算出諧波損耗是基波損耗的K倍，而K值在實際過程中往往大于1.5，因此諧波治理帶來的線損和變損的節電率就在4.5%以上。

總之，為減少諧波影響，除了要制定相應的諧波治理技術方案外，還要大大的降低機場供電系統的電能消耗。

[1]汪彥良，岳智順，等.諧波附加損耗及其降損節能分析[J].電氣技術，2009（2）：15～19.

[2]王勇，王秋紅，張占龍.變壓器實時損耗在線監測及預警系統[J].重慶科技學院學報（自然科學版），2012（03）：456～457.