民航機場供電系統諧波測試

黎蘭豪崎 潘 楠 嚴 榮

（昆明理工大學 民航與航空學院，昆明 650500）

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

1 民航機場供電系統諧波測試的必要性

在供電系統中存在較多輸配電和用電設備。這些設備本身的非線性伏安特點是供電系統產生諧波的主要原因。當有電流通過非線性負載時，電壓和電流為非線性關系，說明流經該負載的電流是非正弦波電流，易對電力系統造成諧波污染。如果諧波污染嚴重，不僅會增加電力系統發生故障的概率，還會引發嚴重的電力安全事故。民航機場供電系統若受到諧波污染，會增加線路損耗，引發設備異常發熱，從而縮減設備使用壽命。另外，機場的客流量較大，人口密集，而嚴重的諧波污染會損害人的身體健康，影響機場的安全運行。為提升民航機場供電系統的穩定性，需測試分析民航機場的供電系統諧波狀況，并根據測試結果有針對性地治理諧波污染。

2 民航機場供電系統諧波測試方法

民航機場的供電系統主要以變電站為核心。在實際運行過程中，變電站主要對航站樓、能源中心和燈光站進行供電，平均每天負荷高達21MW。該變電站進線電壓等級為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，且負荷各不相同。實際進行諧波測試時需遵循4 個原則。第一，通過參考變電所內開關柜二次圖，由現場工作人員進行指導，以明確被測信號。第二，以額定電壓值和電流值為依據，需要明確各個信號的電壓、電流互感器的變比。第三，需要進一步檢查被測信號的準確性，以保證信號和設備之間準確連接。第四，開啟上位機軟件，連續采集測試信號，并對該信號進行實時計算，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，可先對站點總進線進行測試，以諧波實際污染情況和波動規律為依據，合理安排測試時間。測試發現，若進線諧波情況與要求相符，且諧波波動較穩定，那么可直接結束該進線的測試。反之，若諧波情況異常，與要求不符，或諧波本身有著較嚴重的波動，那么需要繼續測試該總進線的下級開關柜，以便明確該進線主要的諧波源與次要的諧波源[1]。

在獲取機場變電站進線一110kV 諧波測試結果后，系統分析相應的測試結果。通過測量儀器的上位機獲取電壓電流的原始波形，并根據電壓波形變化，發現在監測時段內電壓變化整體穩定。相較于標稱相電壓，A、B、C 三相電壓偏差均符合國家標準；在正負相差方面，它均在國家標準值標稱電壓的10%以內；電壓畸變率在1%～1.5%變化，均在國家標準限值的2%以內；主要諧波電壓次數為奇次諧波，分別是3、5、7 和11 等。通過獲得的電流測試數據，結合110kV 諧波電流限值標準，完成進線一個相電流各次諧波的有效值計算。根據計算結果得知，電流諧波為3、5、7 和11 等奇次諧波，其95%極大值均在國家標準之內，最終得出進線一電壓畸變率為1%，有效值為71.5A，電流畸變率為1.8%，均符合國家標準。

根據獲取的機場變電站進線二110kV 諧波測試結果，系統分析相應的測試結果。從電壓波形變化來看，在監測時段內，電壓變化比較穩定。相較于標稱相電壓，A、B、C 三相電壓偏差均符合國家標準；正負相差均在國家標準值標稱電壓的10%以內；電壓畸變率穩定在2%左右，接近國家標準限值2%，但是由于該處諧波電流與國家標準限值依然有差距，因此可以判定該諧波電壓會受電力系統本身攜帶的諧波疊加影響，說明該諧波電壓沒有超標；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，需要著重關注。通過獲得的電流測試數據，結合110kV 諧波電流限值標準，完成進線一個相電流各次諧波的有效值計算。進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%極大值均在國家標準之內，最終得出進線二電壓畸變率為2%，有效值為53.2A，電流畸變率為4.3%，均符合國家標準[2]。

3 民航機場供電系統常用諧波治理措施

3.1 主動諧波治理措施

主動諧波治理以抑制諧波源產生為主，采用二次改造的方式改造機場電力設備。第一，針對外界諧波，在現有基礎上，在外加電流于原始波形之上，電流頻率變為原來的3 倍，從而起到一定的治理效果。第二，在機場設備上外加變流器。在諧波源之上外加變流器，要求變流器有較高的功率因數，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，可以在脈寬調制技術的幫助下提高其頻率，有效降低波形畸變率。第四，改造機場諧波源。采用能夠互補的主動治理設備并將其集中起來，能有效治理諧波污染。

3.2 被動治理措施

被動治理是在機場供電系統中安裝諧波濾波器來降低諧波影響，針對性較強，治理效果較理想，得到了廣泛應用。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償設備共同使用，能夠有效提升無功補償效果。無源濾波器可分為兩類：一類是調諧濾波器，可分為單調諧濾波器和雙調諧濾波器，前者能夠過濾一次諧波，并具備自動調諧能力，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。在實際應用過程中，為提高應用效果，一般會將調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，通過自身產生一個與諧波電流幅值和頻率相同的電流，從而達到抑制諧波的作用。該電流相位與原諧波電流相差180°，因此不需要考慮電網阻抗因素，理論上相對容易實現。有源濾波器分為兩種，一種是串聯型有源濾波器，另一種是并聯型有源濾波器。前者在實際應用中由于運行機制復雜、損耗較大，因此應用較少。后者在實際應用時能夠進行無功功率補償，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場設備或系統的角度出發，通過提高設備抗諧波干擾能力來有效應對諧波污染的影響。第一，為避免電容器對諧波的影響，需改造電容機組，避免設備進一步擴大產生的諧波，從而有效提高電容機組的運行穩定性。第二，不斷提升供電方式的科學合理性，結合供電需求，選擇科學的供電方式，以提高配電網結構的合理性，減少諧波的產生量。第三，提升設備抗諧波干擾能力，加強設備改造。

4 結語

民航機場在實際運作過程中主要通過供電系統進行能源供應。供電系統容易受到電力諧波的影響，不僅會增大供電損耗，而且會干擾供電設備正常運轉，嚴重時還會引發嚴重的電力安全事故。因此，需要加強對民航機場供電系統的諧波測試分析，并采用一些對諧波污染有針對性的治理措施，以保障民航機場安全穩定運行。