支線機(jī)場(chǎng)航站樓電能質(zhì)量間諧波問(wèn)題分析及應(yīng)對(duì)措施

張靖宇

【摘? 要】由于支線機(jī)場(chǎng)航站樓內(nèi)電力運(yùn)行設(shè)備大量應(yīng)用整流和變頻調(diào)速裝置，使得大量非線性負(fù)載所產(chǎn)生的電能污染更加廣泛的影響機(jī)場(chǎng)航站樓內(nèi)的供配電網(wǎng)絡(luò)，而間諧波問(wèn)題從眾多電能質(zhì)量問(wèn)題中凸顯出來(lái)，給機(jī)場(chǎng)電力及設(shè)施設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。因此本文介紹了間諧波的基本原理，并簡(jiǎn)要分析了支線機(jī)場(chǎng)航站樓供配電系統(tǒng)間諧波的由來(lái)，論述了間諧波對(duì)航站樓內(nèi)主要相關(guān)設(shè)施設(shè)備的危害，并據(jù)此提出了應(yīng)對(duì)間諧波問(wèn)題的工程技術(shù)應(yīng)對(duì)措施，本文對(duì)提高支線機(jī)場(chǎng)航站樓電能質(zhì)量有積極的意義。

【關(guān)鍵詞】間諧波;電能質(zhì)量;支線機(jī)場(chǎng)

為全面貫徹落實(shí)民航局推進(jìn)新時(shí)代民用機(jī)場(chǎng)高質(zhì)量發(fā)展的要求，建設(shè)以“平安、綠色、智慧、人文”為核心的四型機(jī)場(chǎng)，其中平安機(jī)場(chǎng)對(duì)機(jī)場(chǎng)運(yùn)行狀態(tài)平穩(wěn)有序，安全穩(wěn)定提出了更高的要求。支線機(jī)場(chǎng)航站樓供配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量問(wèn)題與機(jī)場(chǎng)供配電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行密切關(guān)聯(lián)，在傳統(tǒng)的電能質(zhì)量問(wèn)題中的功率因數(shù)、諧波及電壓不平衡問(wèn)題，已經(jīng)得到關(guān)注和解決改善，而針對(duì)支線機(jī)場(chǎng)航站樓供電系統(tǒng)日益凸顯的間諧波電能質(zhì)量問(wèn)題，更應(yīng)該進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和著手應(yīng)對(duì)。本文將主要針對(duì)支線機(jī)場(chǎng)航站樓供配電系統(tǒng)內(nèi)非線性負(fù)荷所帶來(lái)的間諧波由來(lái)、所產(chǎn)生的影響和工程應(yīng)對(duì)措施進(jìn)行探討。

1 間諧波的簡(jiǎn)述

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 24337-2009電能質(zhì)量公用電網(wǎng)間諧波》的定義，間諧波是在工頻50Hz的電力系統(tǒng)中對(duì)電壓電流實(shí)時(shí)波形利用離散傅里葉分析后得到的頻率為工頻非整數(shù)倍的分量。其本身也是一個(gè)周期性的正弦波分量，但其頻率介于工頻50Hz和整倍數(shù)工頻頻率之間，因而得名“間”諧波。鑒于間諧波的非整數(shù)倍分量的特點(diǎn)，與工頻及整數(shù)倍諧波分量的周期肯定不同步，那么當(dāng)50Hz（工頻）供配電系統(tǒng)中含有間諧波成分時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)畸變波動(dòng)的電壓波形，圖1獨(dú)立展示了50Hz（工頻）電壓波形和8.8Hz電壓波形，圖2為50Hz和8.8Hz合成波形。由此可見，間諧波對(duì)工頻電力系統(tǒng)的影響是直接且明顯的。

2 支線機(jī)場(chǎng)航站樓間諧波的由來(lái)

支線機(jī)場(chǎng)航站樓內(nèi)為保障航班、旅客的進(jìn)出港流程、民航弱電信息設(shè)備的合理高效安全穩(wěn)定運(yùn)行，需要配置400Hz靜變電源、行李處理設(shè)備、電梯、扶梯、登機(jī)橋、LED燈具、大型顯示屏、變頻空調(diào)設(shè)備、不間斷電源（UPS）等眾多非線性負(fù)載，由于面積限制，相較大型干線機(jī)場(chǎng)航站樓往往綜合有商業(yè)等更多的業(yè)態(tài)而言，支線機(jī)場(chǎng)的非線性設(shè)備在整個(gè)航站樓用電設(shè)備中比重更大，同時(shí)在綠色機(jī)場(chǎng)建設(shè)過(guò)程中，支線航站樓供配電系統(tǒng)越來(lái)越多采用就近低壓并網(wǎng)接入光伏發(fā)電并網(wǎng)設(shè)備，而光伏發(fā)電并網(wǎng)設(shè)備本身隨著太陽(yáng)能的波動(dòng)，會(huì)出現(xiàn)間隙性的非線性電流注入，使得配電系統(tǒng)中既有的非線性電源，又有非線性負(fù)載的同時(shí)影響和干擾。非線性電源和負(fù)荷既會(huì)產(chǎn)生諧波分量，也會(huì)產(chǎn)生間諧波分量，而且具有一定的正相關(guān)性。根據(jù)非線性負(fù)荷畸變的物理成因不同，一般意義上，可以分三類，鐵磁飽和型（如變壓器等鐵芯設(shè)備）、電子開關(guān)型（如交直流換流設(shè)備和晶閘管等電子開關(guān)設(shè)備）和電弧型（如利用電極電弧產(chǎn)生的高溫電爐）。根據(jù)支線機(jī)場(chǎng)航站樓的情況，其間諧波主要屬于電子開關(guān)型，電子開關(guān)型的裝置考慮負(fù)荷的三相不對(duì)稱性和全控器件觸發(fā)角的誤差等因素所產(chǎn)生的特征波頻譜和非特征波頻譜的頻率均有明顯的特點(diǎn)，即在整數(shù)倍的工頻頻率的基礎(chǔ)上正負(fù)疊加整數(shù)倍的設(shè)備變流頻率。由此可見，支線機(jī)場(chǎng)航站樓內(nèi)間諧波問(wèn)題來(lái)自樓內(nèi)相關(guān)非線性設(shè)備的變流頻率不確定性。

3 間諧波對(duì)支線機(jī)場(chǎng)航站樓的影響

間諧波既與諧波的共同影響電力系統(tǒng)，又獨(dú)立于諧波額外產(chǎn)生不同的影響。主要有三個(gè)方面：對(duì)發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)等旋轉(zhuǎn)動(dòng)力設(shè)備的影響、對(duì)照明燈具的影響、對(duì)精密設(shè)備及儀器儀表的影響。對(duì)于屬于人員密集場(chǎng)所且需自啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)作為備用電源保障關(guān)鍵設(shè)備的支線機(jī)場(chǎng)航站樓，更應(yīng)該關(guān)注間諧波對(duì)發(fā)電機(jī)的影響和對(duì)照明的影響。

柴油發(fā)電機(jī)屬于工頻旋轉(zhuǎn)機(jī)械動(dòng)力設(shè)備，由于非同頻間諧波的干擾，會(huì)造成柴油發(fā)電機(jī)的機(jī)械諧振問(wèn)題，根據(jù)IEC相關(guān)資料，0.1%及以下的間諧波電流都能夠負(fù)面影響發(fā)電機(jī)運(yùn)行。同時(shí)支線機(jī)場(chǎng)航站樓屬于人員密集的公共交通建筑，往往規(guī)劃設(shè)計(jì)服務(wù)旅客出行的進(jìn)出港大廳，這些場(chǎng)所需要良好的照明滿足使用需求。然而相較諧波與工頻基波同步變化，不會(huì)影響波動(dòng)頻率，僅對(duì)波形有影響，但是間諧波會(huì)對(duì)基波造成非同頻干擾，進(jìn)而同時(shí)影響波動(dòng)頻率和波形，一旦間諧波與基波之間的差值在特定頻率附近所形成合成波形作用于照明燈具時(shí)會(huì)對(duì)人的視覺(jué)會(huì)受到嚴(yán)重的干擾，嚴(yán)重影響進(jìn)出港大廳等人員密集場(chǎng)所的照明質(zhì)量和效果。

對(duì)于支線機(jī)場(chǎng)航站樓柴油發(fā)電機(jī)往往又大量保障航站樓內(nèi)行李處理設(shè)備、電梯、登機(jī)橋、LED燈具、大型顯示屏、不間斷電源（UPS）等會(huì)造成間諧波的非線性負(fù)載，鑒于上述間諧波影響，更需要對(duì)間諧波提高認(rèn)識(shí)、密切關(guān)注。

4 應(yīng)對(duì)措施

目前民用建筑及民航相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定中未對(duì)間諧波問(wèn)題的處理措施作出相應(yīng)的條款要求，而且行業(yè)內(nèi)鮮有專門針對(duì)間諧波問(wèn)題進(jìn)行治理的產(chǎn)品和解決方案，究其根源主要是間諧波的檢測(cè)和分析技術(shù)還不夠成熟，因此只能在特定設(shè)備和局部末端場(chǎng)所配置針對(duì)特定頻率的間諧波治理設(shè)備，還無(wú)法做到針對(duì)性的系統(tǒng)側(cè)治理。從工程技術(shù)角度出發(fā)，也需要對(duì)支線機(jī)場(chǎng)航站樓供配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量間諧波問(wèn)題予以應(yīng)對(duì)和考慮。分析支線機(jī)場(chǎng)航站樓間諧波的由來(lái)，有一個(gè)重要的特點(diǎn)是間諧波與諧波的伴生性，即非線性設(shè)備的變流頻率不確定性。因此應(yīng)對(duì)間諧波問(wèn)題，既需要綜合考慮配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量綜合治理，包括諧波、無(wú)功、三相不平衡和間諧波等電能質(zhì)量影響因素，又需要相對(duì)針對(duì)性的技術(shù)措施予以控制。

一方面，加強(qiáng)間諧波污染源控制，優(yōu)先對(duì)間諧波發(fā)生源設(shè)備提出限制間諧波的設(shè)備要求，在設(shè)備制造時(shí)就采取自帶濾波機(jī)制和適當(dāng)?shù)募夹g(shù)手段，使其減少間諧波對(duì)系統(tǒng)污染，例如改變諧波源的配置或工作方式，集中配置有互補(bǔ)性的整流裝置，并考慮分散或交替使用，限制產(chǎn)生間諧波量大的工作狀態(tài)，如三相橋式全控整流電路中的控制角不要過(guò)寬。

另一方面，在供配電設(shè)計(jì)時(shí)，優(yōu)先選用能夠同時(shí)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償、諧波濾除和三相不平衡治理的功能的電能質(zhì)量補(bǔ)償或優(yōu)化設(shè)備。這類設(shè)備其本身是基于并優(yōu)化APF硬件基礎(chǔ)上，通過(guò)精細(xì)化算法將自換相橋式電路通過(guò)電抗器并聯(lián)在電網(wǎng)上進(jìn)而調(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值，使得設(shè)備吸收或者發(fā)出滿足要求的系統(tǒng)電流，實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償、諧波濾除和三相不平衡治理的綜合治理功能，同時(shí)在綜合治理過(guò)程中，設(shè)備會(huì)對(duì)系統(tǒng)電流進(jìn)行通頻濾波處理，在這個(gè)過(guò)程中對(duì)間諧波影響在一定程度上進(jìn)行綜合控制，進(jìn)而達(dá)到對(duì)系統(tǒng)間諧波問(wèn)題的主動(dòng)控制處理。

5 小結(jié)

在推進(jìn)新時(shí)代民用機(jī)場(chǎng)高質(zhì)量發(fā)展的行業(yè)大背景下，需要從多維度多方面考慮平安機(jī)場(chǎng)的建設(shè)，支線機(jī)場(chǎng)航站樓間諧波問(wèn)題也是平安機(jī)場(chǎng)供配電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行中的一個(gè)影響因素，需要予以共同關(guān)注，不應(yīng)該對(duì)此忽略，如果放任其發(fā)展，會(huì)直接影響整個(gè)供配電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，特別是對(duì)航站樓等對(duì)電能質(zhì)量有較高要求同時(shí)又較為敏感的場(chǎng)所，應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)條件和水平采用合適的應(yīng)對(duì)措施，進(jìn)行預(yù)防處理。未來(lái)隨著間諧波的檢測(cè)和分析技術(shù)日益發(fā)展和完善，相關(guān)的針對(duì)性解決方案亦會(huì)應(yīng)運(yùn)而生。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). GB/T 24337-2009 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)電能質(zhì)量公用電網(wǎng)間諧波[S]. 2009.

[2]姚黎婷. 光伏系統(tǒng)間諧波電流的解析模型及抑制策略研究[D]. 華北電力大學(xué)（北京），2018.

[3]邵民杰. 關(guān)于現(xiàn)代交通建筑中提高電能質(zhì)量問(wèn)題的思考[J]. 交通建筑. 2012（05）：3-8.

[4]楊志新，楊世海. 基于串聯(lián)補(bǔ)償?shù)拈g諧波抑制技術(shù)研究[J]. 江蘇電機(jī)工程. 2013（02）：38-42.

[5]胡杰. 間諧波參數(shù)對(duì)熒光燈閃變的影響及間諧波抑制方法的研究[D]. 重慶大學(xué)，2008.