机场供电系统电能质量分析

刘亮

摘要：随着时代的进步，科技的发展越来越多的精密仪器、数字信息化的电子设备和多样化的负荷入驻机场，它们当中含有大量的电力电子元器件。将产生大量的谐波，影响着机场供电系统的电能质量。除此之外，民航机场是交通网络中重要的组成部分，机场的正常运行与旅客的生命安全息息相关。所以谐波治理迫在眉睫，本文以机场为研究对象，对他的供电系统电能质量进行分析。

关键词：机场;供电系统;谐波;谐波治理

1 电力谐波分析

1.1谐波的概念

由于谐波是以基波为标准的，通常情况下是基波的整数倍，一般大于1，所以也被称为高次谐波”。但随着电器设备的增多，谐波不一定是基波的整数倍，所以根据基波的不同可以划分为下表中的谐波：

1.2谐波的产生源

电网的谐波源主要体现在发输变配用中的发输用三个方面，分别是产生电能设备、运输分配电能的设备和电力系统终端的非线性负荷。

①电源端子发出的谐波

从基础理论模型上讲，发电机拥有A、B、C三相绕组，要求他们应该完全对称，我们在电路和电机学当中都都学习过，所以我们知道在实际上很难实现。不但受加工工艺的影响，我们目前的工艺还不够达到该标准，铁心材料要求均匀程度保持一致，实际上很难实现，在世界上没有绝对密度是均匀一致的，而且发电机的稳定性等其他因素，都会产生一些谐波，值得庆幸的是对系统的影响不大。

②输配电过程中产生的谐波

在运输分配电能的系统中，包裹升压变压器、输电线路、降压变压器等设备，其中谐波的主要来源是电力变压器流过空载电流，变压器铁芯磁化曲线越过膝点到达非线性饱和的状态，产生奇次谐波。大大下下不同电压等级的变压器数量众多，所以就是要考虑到变压器的经济性能。高饱和度的铁芯会使变压器工作点偏离标准的磁化曲线。

③电力设备产生谐波

1）晶闸管整流装置。整流晶闸管应用的领域十分广泛，小到开关控制设备，和随处可见现在人们都离不开的充电设备，达到控制机器运行的机电设备，涉及之广、种类之多、品种之复杂必然给电力系统带来了大量的谐波。根据我国相关研究人员的数据统计，整流器产生的谐波约占整流器总谐波的40%，占比最大是谐波的主要来源。

2）频率转换装置。具有调频功能的设备都具有该装置，例如手扶电梯（无人时速度较慢可节约电能，运送乘客时速度较快提高效率节省时间）、电机（我们都知道的就是电机的转速可以改变，且可以实现正转和反转）、抽水泵（水资源供给）、风机（进行空气流通、散热）等，它们大多数采用相位控制方法，因此其谐波组成成分比较复杂，除整数谐波成分外，还包含一定数量的分数谐波成分。

1.3谐波的危害

我们理想当中的电网，应该给提供负荷提供的具有平稳的频率、唯一的幅值以及符合电能质量要求的电压。谐波电流和谐波电压对于电网来说是像是癌症细胞和定时炸弹，会让用电设备所在的环境受到破坏，也会对除此之外的设备例如周围的通用信息系统和公用电网带来可怕的危害。谐波长此以往的存在会使各种设备出现故障，就如人体系统一样，电机承受的负载加重，导致剧烈的振荡转矩，转速周期性产生不良变化;使集肤效应现象更加突显，后果就是发电机和变压器铜损、铁损大幅度增加产生更多热量，热量达到一定时会过热;温度过高后变压器的铁心会出现磁滞曲线伸缩的现象，机器运行的分贝加大达到噪音的程度，严重影响人们的身心健康和设备的使用寿命：产生电压波形畸变不再是正弦波，对电机和变压器绝缘性能起到阻碍的作用，使绝缘介质强度大幅度降低，使用寿命严重缩短;使电力电缆容量减小，损失增大，加快老化速度，泄露电流加大，有时会发生单相对地击穿事件的风险。

1.4谐波的管理标准

如何判定一件事物的好坏，是因为存在一定的标准。我国乃至世界上任何一个国家，都制定了关于谐波的标准，具体内容不尽相同，但是所表达的结果大同小异。下列是各国制定标准时应遵守的原则如下：

①首要任务是保证电网安全，限制谐波源产生的谐波电流。以及中心点的谐波电压，防止其对电力系统产生较大的干扰。值得特别防范得是，要防止高压配电网发生谐振或谐波放大。

②规定一个允许范围，把电力系统中的谐波含量牢牢的控制在该范围内，还要保证电网提供的电压波形为正弦波，使电网中的各种用电负荷正常工作，避免被谐波干扰。

③限制谐波含量的标准应该符合本国的战略发展，并且有利于国际技术经济合作，绝大多数的国家标准都应有异曲同工之妙。

2.机场谐波的现状分析

2.1机场的负荷组成

飞机场是一个庞大而又井井有条的有机结构体，由许多看似杂乱无章的部分组成，实则紧密相连，有的相互依存，有的相互制约，对于这一有机整体来说，持续安全可靠的能源供应，是维持安全运行的重要养料。就好像人没有水和空气是不行的。机场是非常重要的第一级负荷，它的用电负荷具有以下几类特点：

①一级负荷重多，这一点当然无可厚非，而且比例很大。除一些娱乐休闲商业设施如快捷餐厅汉堡王、麦当劳、土特产、奢侈品店外，无论机场的规模大小和使用类型，都被定义为一级负荷，如T1、T2、T3航站楼、候机大厅、机场旅馆等。有一大批重中之重的设备设施如：通用讯息系统、飞机引航装置、飞行天气预报系统、助航灯光系统、安全检查系统、机场飞机加油站等。

②非线性负荷的数量越多，造成的谐波污染越严重。因此非线性负荷是影响电能质量的元凶之一，与此同时也会造成电压波动和电压闪变。飞机场周围的非线性谐波源就像淋巴一样无处不在，不仅设备容量大，而且数量多。谐波污染也就非常的严重。在测试中，机场助航灯光系统是支撑飞机安全飞行及安全降落的基础，恒流调光器的稳定运行至关重要。

③对电能质量提出了更高更严格的要求。任何机场的供电可靠性配置标准偏差应小于等于0.01%，以确保机场安全运行。与飞机的正常飞行、机场乘客的人身安全以及我国国家的经济平稳快速的发展密切相关。因此，为维持机场安全、稳定、可靠运行，对机场谐波的要求也更为严格。在正常工作时都会产生大量的谐波，造成供电系统电流电压失真，影响供电质量。

根据上述机场的特点可以清楚快速的总结出，机场供电系统电能质量的重要性。一级负荷数量众多，同时对电能质量要求较高由于存在大量的谐波源，就会给机场的供电系统正常维护运行带来诸多难题，经过仪表测试，分析谐波波形，采取相应的措施。

3 总结

随着电力电子技术队伍的不断壮大，各种类型的电力电子设备和负荷持续地投入到机场供电系统系统中，后果就是产生了大量电力谐波，影响系统的电能质量。相同频率的谐波在不同环境下造成的影响不同，但存在一定的相似之处。机场作为重要的交通枢纽，它存在的电力问题可以给其他机场带来参考作用。机场对局部供电系统电力谐波进行治理的做法和经验在民航中具有很强的参考意义。

参考文献：

[1]黄彪.双流机场供电系统谐波测试及其分析[D].四川：西南交通大学，2018.

[2]GB50052-2009. 供配電系统设计规范[S].北京：中国计划出版社，2009.

[3]崔凯，史梓男，赵娟.配电网评价指标体系研究[].电力建设，2013，34（2）：18-21.