淺析空管臺(tái)站配電系統(tǒng)諧波治理

陳會(huì)梓

（民航華東空管局技術(shù)保障中心浦東動(dòng)力設(shè)備室，上海200335）

1 引言

空管臺(tái)站諸如塔臺(tái)、綜合業(yè)務(wù)樓、管制中心等大型空管臺(tái)站含有大量非線性負(fù)載，如各種開關(guān)電源、整流器、6 脈沖三相UPS、變頻空調(diào)，其電力電子裝置的開關(guān)動(dòng)作向電力系統(tǒng)注入了較多的諧波成分，導(dǎo)致交流系統(tǒng)的電壓電流失真，形成了供電系統(tǒng)的污染。電力品質(zhì)的下降嚴(yán)重影響了臺(tái)站供電設(shè)備的正常運(yùn)行，而抑制諧波干擾可以提高UPS 供電系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量。

2 電源側(cè)濾波器性能分析及應(yīng)用

根據(jù)臺(tái)站供電容量較大的臺(tái)站，諸如航管樓、綜合業(yè)務(wù)樓、管制中心等，可以在低壓配電系統(tǒng)安裝電源側(cè)諧波濾波器，治理低壓配電系統(tǒng)以及UPS 輸入產(chǎn)生的諧波干擾，同時(shí)避免電網(wǎng)對(duì)臺(tái)站的諧波干擾[1]。如有源濾波器ELECON-HPD2000，配置高精度適用于諧波采集的電流互感器，采集諧波電流參數(shù)并進(jìn)行計(jì)算，并和濾波器補(bǔ)償電流比較，得到差值作為實(shí)時(shí)補(bǔ)償信號(hào)輸出到驅(qū)動(dòng)電路，觸發(fā)IGBT 逆變器將補(bǔ)償諧波電流注入電網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)濾除諧波的功能。根據(jù)諧波量動(dòng)態(tài)變化輸出補(bǔ)償電流。同時(shí)高性能濾波器可以過濾零線中的諧波，響應(yīng)時(shí)間小于50μs，對(duì)階躍變化的諧波完成補(bǔ)償時(shí)間小于5ms。并且自動(dòng)適應(yīng)諧波情況，自動(dòng)濾除，實(shí)現(xiàn)智能化治理諧波；具備過流、過熱、速斷保護(hù)，避免由于濾波器故障影響到低壓配電系統(tǒng)運(yùn)行；自動(dòng)限制在100%額定容量輸出，避免發(fā)生濾波器過載。當(dāng)濾波器輸入斷路器合閘后，濾波器應(yīng)首先對(duì)內(nèi)部直流母線電容器充電，防止對(duì)電容器的沖擊。直流電容主要是為濾波器內(nèi)部IGBT 和電抗器提供電能，同時(shí)為內(nèi)部的控制PCB 和電路提供電源。

電源側(cè)諧波電流計(jì)算：低壓配電系統(tǒng)諧波電流計(jì)算公式，可滿足工程設(shè)計(jì)要求：

式中：ITHD——諧波電流（單位A）；S變——變壓器額定容量（單位：kVA）；K1——負(fù)荷率（亦即計(jì)算負(fù)荷占變壓器額定容量的比例，通常在0.5～0.7）；K2——補(bǔ)償系數(shù)（通常在0.5～2.0）。

K2選取值1.2～1.5 中等干擾項(xiàng)目，指電子計(jì)算機(jī)、變頻空調(diào)、變頻電梯、電子節(jié)能燈、UPS/EPS、可控硅調(diào)光設(shè)備等非線性負(fù)荷普遍使用的建筑如數(shù)據(jù)中心等；1.5～1.8 中等偏多干擾的項(xiàng)目，如周邊有較多變頻器、電焊機(jī)、整流裝置或中頻爐/電弧爐的工廠企業(yè)。如果空管臺(tái)站設(shè)立在一些供電條件較差，電網(wǎng)受諧波干擾嚴(yán)重的地區(qū)如存在很多工廠企業(yè)向電網(wǎng)注入較大諧波的地區(qū)，就需要安裝電源側(cè)濾波器[2]。但這種情況需要在建設(shè)臺(tái)站前予以考慮，并在事后進(jìn)行測(cè)試，并選擇相應(yīng)容量的濾波器。

按式（1）計(jì)算出電源側(cè)諧波電流，按照此電流值選取相應(yīng)的濾波器規(guī)格。

如：S變變壓器額定容量為2000kVA，負(fù)荷率為0.6，補(bǔ)償系數(shù)K2取1.5。

則ITHD=2000×15%×0.6×1.5=270A。按就近原則，可以選擇諧波補(bǔ)償電流為300A 的諧波器。

3 負(fù)載側(cè)濾波器性能分析及應(yīng)用

針對(duì)負(fù)載側(cè)產(chǎn)生的諧波電流，可以采用負(fù)載側(cè)的諧波濾波器，如HPD1000 和HPD99。HPD1000 可以濾除負(fù)載側(cè)2KHz～10MHz 頻率的諧波干擾，消除負(fù)載設(shè)備產(chǎn)生的隨機(jī)高次諧波和高頻噪聲的干擾。HPD99 適用于小功率設(shè)備端的諧波電流消除。HPD1000 和HPD99 濾波器是通過開關(guān)并聯(lián)與電路中，能夠跟蹤電源波形，改善諧波影響而產(chǎn)生畸變的電源波形，將諧波消除與發(fā)生源[3]。其中HPD1000 可以安裝于UPS 輸出配電柜的進(jìn)線側(cè)，適用于380V TN-S/TN-C 電源系統(tǒng)，HPD99 可以安裝于單相或三相小功率設(shè)備開關(guān)出線側(cè)。該兩型提供了導(dǎo)航臺(tái)、甚高頻臺(tái)站等供電容量較小的以及UPS 輸出配電系統(tǒng)的諧波解決方案。在實(shí)際運(yùn)用中，對(duì)于單相設(shè)備可以應(yīng)用HPD99 單相濾波器。

4 結(jié)語

在電源側(cè)以及負(fù)載側(cè)安裝諧波濾波器對(duì)諧波干擾有較明顯的抑制作用，因此，針對(duì)安裝有大量計(jì)算機(jī)設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備、甚高頻內(nèi)話設(shè)備、傳輸設(shè)備的空管綜合性設(shè)備機(jī)房，為有效遏制諧波干擾對(duì)空管設(shè)備以及電源側(cè)低壓配電系統(tǒng)運(yùn)行帶來的影響，有必要安裝諧波濾波器，提升空管臺(tái)站供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。