機(jī)場供電系統(tǒng)電能質(zhì)量分析

劉亮

摘要：隨著時(shí)代的進(jìn)步，科技的發(fā)展越來越多的精密儀器、數(shù)字信息化的電子設(shè)備和多樣化的負(fù)荷入駐機(jī)場，它們當(dāng)中含有大量的電力電子元器件。將產(chǎn)生大量的諧波，影響著機(jī)場供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量。除此之外，民航機(jī)場是交通網(wǎng)絡(luò)中重要的組成部分，機(jī)場的正常運(yùn)行與旅客的生命安全息息相關(guān)。所以諧波治理迫在眉睫，本文以機(jī)場為研究對象，對他的供電系統(tǒng)電能質(zhì)量進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：機(jī)場;供電系統(tǒng);諧波;諧波治理

1 電力諧波分析

1.1諧波的概念

由于諧波是以基波為標(biāo)準(zhǔn)的，通常情況下是基波的整數(shù)倍，一般大于1，所以也被稱為高次諧波”。但隨著電器設(shè)備的增多，諧波不一定是基波的整數(shù)倍，所以根據(jù)基波的不同可以劃分為下表中的諧波：

1.2諧波的產(chǎn)生源

電網(wǎng)的諧波源主要體現(xiàn)在發(fā)輸變配用中的發(fā)輸用三個(gè)方面，分別是產(chǎn)生電能設(shè)備、運(yùn)輸分配電能的設(shè)備和電力系統(tǒng)終端的非線性負(fù)荷。

①電源端子發(fā)出的諧波

從基礎(chǔ)理論模型上講，發(fā)電機(jī)擁有A、B、C三相繞組，要求他們應(yīng)該完全對稱，我們在電路和電機(jī)學(xué)當(dāng)中都都學(xué)習(xí)過，所以我們知道在實(shí)際上很難實(shí)現(xiàn)。不但受加工工藝的影響，我們目前的工藝還不夠達(dá)到該標(biāo)準(zhǔn)，鐵心材料要求均勻程度保持一致，實(shí)際上很難實(shí)現(xiàn)，在世界上沒有絕對密度是均勻一致的，而且發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定性等其他因素，都會(huì)產(chǎn)生一些諧波，值得慶幸的是對系統(tǒng)的影響不大。

②輸配電過程中產(chǎn)生的諧波

在運(yùn)輸分配電能的系統(tǒng)中，包裹升壓變壓器、輸電線路、降壓變壓器等設(shè)備，其中諧波的主要來源是電力變壓器流過空載電流，變壓器鐵芯磁化曲線越過膝點(diǎn)到達(dá)非線性飽和的狀態(tài)，產(chǎn)生奇次諧波。大大下下不同電壓等級的變壓器數(shù)量眾多，所以就是要考慮到變壓器的經(jīng)濟(jì)性能。高飽和度的鐵芯會(huì)使變壓器工作點(diǎn)偏離標(biāo)準(zhǔn)的磁化曲線。

③電力設(shè)備產(chǎn)生諧波

1）晶閘管整流裝置。整流晶閘管應(yīng)用的領(lǐng)域十分廣泛，小到開關(guān)控制設(shè)備，和隨處可見現(xiàn)在人們都離不開的充電設(shè)備，達(dá)到控制機(jī)器運(yùn)行的機(jī)電設(shè)備，涉及之廣、種類之多、品種之復(fù)雜必然給電力系統(tǒng)帶來了大量的諧波。根據(jù)我國相關(guān)研究人員的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，整流器產(chǎn)生的諧波約占整流器總諧波的40%，占比最大是諧波的主要來源。

2）頻率轉(zhuǎn)換裝置。具有調(diào)頻功能的設(shè)備都具有該裝置，例如手扶電梯（無人時(shí)速度較慢可節(jié)約電能，運(yùn)送乘客時(shí)速度較快提高效率節(jié)省時(shí)間）、電機(jī)（我們都知道的就是電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以改變，且可以實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)）、抽水泵（水資源供給）、風(fēng)機(jī)（進(jìn)行空氣流通、散熱）等，它們大多數(shù)采用相位控制方法，因此其諧波組成成分比較復(fù)雜，除整數(shù)諧波成分外，還包含一定數(shù)量的分?jǐn)?shù)諧波成分。

1.3諧波的危害

我們理想當(dāng)中的電網(wǎng)，應(yīng)該給提供負(fù)荷提供的具有平穩(wěn)的頻率、唯一的幅值以及符合電能質(zhì)量要求的電壓。諧波電流和諧波電壓對于電網(wǎng)來說是像是癌癥細(xì)胞和定時(shí)炸彈，會(huì)讓用電設(shè)備所在的環(huán)境受到破壞，也會(huì)對除此之外的設(shè)備例如周圍的通用信息系統(tǒng)和公用電網(wǎng)帶來可怕的危害。諧波長此以往的存在會(huì)使各種設(shè)備出現(xiàn)故障，就如人體系統(tǒng)一樣，電機(jī)承受的負(fù)載加重，導(dǎo)致劇烈的振蕩轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速周期性產(chǎn)生不良變化;使集膚效應(yīng)現(xiàn)象更加突顯，后果就是發(fā)電機(jī)和變壓器銅損、鐵損大幅度增加產(chǎn)生更多熱量，熱量達(dá)到一定時(shí)會(huì)過熱;溫度過高后變壓器的鐵心會(huì)出現(xiàn)磁滯曲線伸縮的現(xiàn)象，機(jī)器運(yùn)行的分貝加大達(dá)到噪音的程度，嚴(yán)重影響人們的身心健康和設(shè)備的使用壽命：產(chǎn)生電壓波形畸變不再是正弦波，對電機(jī)和變壓器絕緣性能起到阻礙的作用，使絕緣介質(zhì)強(qiáng)度大幅度降低，使用壽命嚴(yán)重縮短;使電力電纜容量減小，損失增大，加快老化速度，泄露電流加大，有時(shí)會(huì)發(fā)生單相對地?fù)舸┦录娘L(fēng)險(xiǎn)。

1.4諧波的管理標(biāo)準(zhǔn)

如何判定一件事物的好壞，是因?yàn)榇嬖谝欢ǖ臉?biāo)準(zhǔn)。我國乃至世界上任何一個(gè)國家，都制定了關(guān)于諧波的標(biāo)準(zhǔn)，具體內(nèi)容不盡相同，但是所表達(dá)的結(jié)果大同小異。下列是各國制定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)應(yīng)遵守的原則如下：

①首要任務(wù)是保證電網(wǎng)安全，限制諧波源產(chǎn)生的諧波電流。以及中心點(diǎn)的諧波電壓，防止其對電力系統(tǒng)產(chǎn)生較大的干擾。值得特別防范得是，要防止高壓配電網(wǎng)發(fā)生諧振或諧波放大。

②規(guī)定一個(gè)允許范圍，把電力系統(tǒng)中的諧波含量牢牢的控制在該范圍內(nèi)，還要保證電網(wǎng)提供的電壓波形為正弦波，使電網(wǎng)中的各種用電負(fù)荷正常工作，避免被諧波干擾。

③限制諧波含量的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該符合本國的戰(zhàn)略發(fā)展，并且有利于國際技術(shù)經(jīng)濟(jì)合作，絕大多數(shù)的國家標(biāo)準(zhǔn)都應(yīng)有異曲同工之妙。

2.機(jī)場諧波的現(xiàn)狀分析

2.1機(jī)場的負(fù)荷組成

飛機(jī)場是一個(gè)龐大而又井井有條的有機(jī)結(jié)構(gòu)體，由許多看似雜亂無章的部分組成，實(shí)則緊密相連，有的相互依存，有的相互制約，對于這一有機(jī)整體來說，持續(xù)安全可靠的能源供應(yīng)，是維持安全運(yùn)行的重要養(yǎng)料。就好像人沒有水和空氣是不行的。機(jī)場是非常重要的第一級負(fù)荷，它的用電負(fù)荷具有以下幾類特點(diǎn)：

①一級負(fù)荷重多，這一點(diǎn)當(dāng)然無可厚非，而且比例很大。除一些娛樂休閑商業(yè)設(shè)施如快捷餐廳漢堡王、麥當(dāng)勞、土特產(chǎn)、奢侈品店外，無論機(jī)場的規(guī)模大小和使用類型，都被定義為一級負(fù)荷，如T1、T2、T3航站樓、候機(jī)大廳、機(jī)場旅館等。有一大批重中之重的設(shè)備設(shè)施如：通用訊息系統(tǒng)、飛機(jī)引航裝置、飛行天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)、助航燈光系統(tǒng)、安全檢查系統(tǒng)、機(jī)場飛機(jī)加油站等。

②非線性負(fù)荷的數(shù)量越多，造成的諧波污染越嚴(yán)重。因此非線性負(fù)荷是影響電能質(zhì)量的元兇之一，與此同時(shí)也會(huì)造成電壓波動(dòng)和電壓閃變。飛機(jī)場周圍的非線性諧波源就像淋巴一樣無處不在，不僅設(shè)備容量大，而且數(shù)量多。諧波污染也就非常的嚴(yán)重。在測試中，機(jī)場助航燈光系統(tǒng)是支撐飛機(jī)安全飛行及安全降落的基礎(chǔ)，恒流調(diào)光器的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。

③對電能質(zhì)量提出了更高更嚴(yán)格的要求。任何機(jī)場的供電可靠性配置標(biāo)準(zhǔn)偏差應(yīng)小于等于0.01%，以確保機(jī)場安全運(yùn)行。與飛機(jī)的正常飛行、機(jī)場乘客的人身安全以及我國國家的經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)快速的發(fā)展密切相關(guān)。因此，為維持機(jī)場安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，對機(jī)場諧波的要求也更為嚴(yán)格。在正常工作時(shí)都會(huì)產(chǎn)生大量的諧波，造成供電系統(tǒng)電流電壓失真，影響供電質(zhì)量。

根據(jù)上述機(jī)場的特點(diǎn)可以清楚快速的總結(jié)出，機(jī)場供電系統(tǒng)電能質(zhì)量的重要性。一級負(fù)荷數(shù)量眾多，同時(shí)對電能質(zhì)量要求較高由于存在大量的諧波源，就會(huì)給機(jī)場的供電系統(tǒng)正常維護(hù)運(yùn)行帶來諸多難題，經(jīng)過儀表測試，分析諧波波形，采取相應(yīng)的措施。

3 總結(jié)

隨著電力電子技術(shù)隊(duì)伍的不斷壯大，各種類型的電力電子設(shè)備和負(fù)荷持續(xù)地投入到機(jī)場供電系統(tǒng)系統(tǒng)中，后果就是產(chǎn)生了大量電力諧波，影響系統(tǒng)的電能質(zhì)量。相同頻率的諧波在不同環(huán)境下造成的影響不同，但存在一定的相似之處。機(jī)場作為重要的交通樞紐，它存在的電力問題可以給其他機(jī)場帶來參考作用。機(jī)場對局部供電系統(tǒng)電力諧波進(jìn)行治理的做法和經(jīng)驗(yàn)在民航中具有很強(qiáng)的參考意義。

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