机场电力系统谐波治理与节能分析

杨波

（黑龙江省机场管理集团 150080）

随着电网规模的不断扩大，电能质量的监测和治理日益引起用户的广泛关注。在现代社会中，机场电能既承担服务社会，保证安全、可靠、优质供电的责任，是执行国家节能政策任务的关键部门。随着人们对电能质量的要求越来越高，除了要求给一些重要用户提供高质量的电能外，还要提高设备性能，延长使用寿命。电力系统因受低电力质量的影响而不能正常运作，将会认为是电网的一大公害。近几年多家机场因电力谐波带来了一些负面的影响，也使电力系统的能耗增加。谐波检测是采取谐波治理措施有利的依据及基础，也是对继电保护、判断故障点和故障类型等工作的重要前提。因此，通过有限的谐波源监测点数据量化评估谐波发射水平，有助于对各谐波源所产生的谐波污染问题进行更明确的责任划分。

1 机场电力系统谐波的概念及其危害

电力系统中，谐波产生的原因是由非线性负载所致。当电流流经非线性负载时就形成非正弦电流，即电路中有谐波产生；同时电力系统的某些设备如功率转换器比较大的背离正弦曲线波形。这些曲线波形能够把非正弦曲线信号分解成基本部分和它的倍数，也就是基波和几次谐波。且谐波的频率为基波频率的整数倍。机场电力系统中存在大量的非整数次谐波，其数学模型可以表示为：x（f）＝吨＋Amcos；含有谐波的信号通常称为非正弦周期信号，非正弦周期信号的有效值等于各谐波有效值的平方和的平方根值。非正弦周期信号波形偏离正弦波形的畸变程度，常用谐波畸变率来表示。随着人民生活水平的提高，越来越多的大量谐波引起电网的电压正弦波形严重畸变、三相电压不对称及发变电设备和用电设备的损害，危及电网安全稳定运行。

2 谐波的危害

谐波电流对公用电网是一种污染，它不仅仅危害周围的通信系统和公用电网以外的设备，同时也给电力系统和各类用电设备带来危害，轻则缩短寿命，重则影响安全生产：①谐波降低了发电、输配电及用电设备的效率；②谐波会产生机械振动、噪声以及使变压器局部严重过热；③谐波会使电视机、计算机的图形畸变，画面亮度发生波动变化，并使机内的元件出现过热，使计算机及数据处理系统出现错误。对于带有启动用的镇流器会因为在一定参数的配合下形成谐振，进而导致镇流器或电容器因过热而损坏；④使电能传输和利用的效率降低，使绝缘老化甚至发生故障或烧毁。谐波可造成电容器等设备烧毁。谐波还会使电能计量出现混乱。对于电力系统外部，谐波会对电子设备会产生严重干扰。尤其造成一些关键设备的损害；⑤谐波会引起电路系统的并联谐振和串联谐振，从而引起严重事故。由于大型调压电容器组采用分组投切的运行方式，谐振的产生会损坏电感元件，甚至会导致继电器保护和自动装置的误动作。

3 谐波治理与节能技术

3.1 加大检测力度

谐波检测和谐波源定位的目的都是为了减少系统阻抗，即提高供电电压等级。该方法主要用电设备是电弧炉，经过了5次、7次谐波治理使这些非线性负荷的电气距离大大下降，但这种方法往往需要和电网发展规划相协调。

3.2 谐波的隔离

非线性用电设备产生的谐波不仅直接影响到本级电网，而且还会影响到上几级电网。

3.3 安装滤波器

滤波器是目前研究最多的谐波抑制方法。当发生串联谐振时使滤波器两端该次谐波的电压几乎接近零，以便达到治理谐波的目的。这种方法的主要缺点使Lc滤波器过载甚至烧毁。采用有源电力滤波器是从补偿对象中检测出谐波电流，促使电网电流只含有基波分量。这种滤波器受到广泛的重视。

3.4 装设静止无功补偿装置

高压静止无功补偿装置是由静止元件构成的并联可控无功功率补偿装置，通过改变其容性以维持或控制电力系统的特定参数。系统研究一般应包括动态特性的研究，谐波、负序、电压波动和闪变的研究以及过电压的研究，但是当系统发生扰动时，应从暂态和动态稳定角度评估所有规定的功能。

户外布置的电容器装置应设置防止凝露引起污闪事故的措施。根据现场条件设置三相共用的框架。当电容器双排布置时，框架和墙之间的宽度不应小于1m。当采用电压互感器作放电装置时宜采用全绝缘产品；当电容器的绝缘水平低于电网绝缘水平时，应将电容器的外壳应与框架可靠连接；电容器室与相邻两电容器室之间的防火隔墙如需开门时，应能向两个方向开启。

3.5 控制设备能耗

谐波会对网中的设备的能耗也会大大的提高，而且也通过肌肤效应表现出来。以变压器按性质分只有两类：基本损耗和谐波损耗。

实际上，电缆、电机、电容器的损耗均是由基波损耗和谐波损耗构成。各种谐波损失和谐波的次数有一定的比例关系，即谐波次数越高对于节能影响越大。所以，必须根据谐波损耗总计算公式，计算出谐波损耗是基波损耗的K倍，而K值在实际过程中往往大于1.5，因此谐波治理带来的线损和变损的节电率就在4.5%以上。

总之，为减少谐波影响，除了要制定相应的谐波治理技术方案外，还要大大的降低机场供电系统的电能消耗。

[1]汪彦良，岳智顺，等.谐波附加损耗及其降损节能分析[J].电气技术，2009（2）：15～19.

[2]王勇，王秋红，张占龙.变压器实时损耗在线监测及预警系统[J].重庆科技学院学报（自然科学版），2012（03）：456～457.