支线机场航站楼电能质量间谐波问题分析及应对措施获奖科研报告

支线机场航站楼电能质量间谐波问题分析及应对措施获奖科研报告【摘

要】由于支线机场航站楼内电力运行设备大量应用整流和变频调速装置，使得大量非线性负载所产生的电能污染更加广泛的影响机场航站楼内的供配电网络，而间谐波问题从众多电能质量问题中凸显出来，给机场电力及设施设备的安全稳定运行造成严重的挑战。因此本文介绍了间谐波的基本原理，并简要分析了支线机场航站楼供配电系统间谐波的由来，论述了间谐波对航站楼内主要相关设施设备的危害，并据此提出了应对间谐波问题的工程技术应对措施，本文对提高支线机场航站楼电能质量有积极的意义。

【关键词】间谐波;电能质量;支线机场

为全面贯彻落实民航局推进新时代民用机场高质量发展的要求，建设以“平安、绿色、智慧、人文”为核心的四型机场，其中平安机场对机场运行状态平稳有序，安全稳定提出了更高的要求。支线机场航站楼供配电系统的电能质量问题与机场供配电系统的安全稳定运行密切关联，在传统的电能质量问题中的功率因数、谐波及电压不平衡问题，已经得到关注和解决改善，而针对支线机场航站楼供电系统日益凸显的间谐波电能质量问题，更应该进一步认识和着手应对。本文将主要针对支线机场航站楼供配电系统内非线性负荷所带来的间谐波由来、所产生的影响和工程应对措施进行探讨。

1间谐波的简述

根据国家标准《GB/T24337-2009电能质量公用电网间谐波》的定义，间谐波是在工频50Hz的电力系统中对电压电流实时波形利用离散傅里叶分析后得到的频率为工频非整数倍的分量。其本身也是一个周期性的正弦波分量，但其频率介于工频50Hz和整倍数工频频率之间，因而得名“间”谐波。鉴于间谐波的非整数倍分量的特点，与工频及整数倍谐波分量的周期肯定不同步，那么当50Hz（工频）供配电系统中含有间谐波成分时，将会出现畸变波动的电压波形，图1独立展示了50Hz（工频）电压波形和8.8Hz电压波形，图2为50Hz和8.8Hz合成波形。由此可见，间谐波对工频电力系统的影响是直接且明显的。

2支线机场航站楼间谐波的由来

支线机场航站楼内为保障航班、旅客的进出港流程、民航弱电信息设备的合理高效安全稳定运行，需要配置400Hz静变电源、行李处理设备、电梯、扶梯、登机桥、LED灯具、大型显示屏、变频空调设备、不间断电源（UPS）等众多非线性负载，由于面积限制，相较大型干线机场航站楼往往综合有商业等更多的业态而言，支线机场的非线性设备在整个航站楼用电设备中比重更大，同时在绿色机场建设过程中，支线航站楼供配电系统越来越多采用就近低压并网接入光伏发电并网设备，而光伏发电并网设备本身随着太阳能的波动，会出现间隙性的非线性电流注入，使得配电系统中既有的非线性电源，又有非线性负载的同时影响和干扰。非线性电源和负荷既会产生谐波分量，也会产生间谐波分量，而且具有一定的正相关性。根据非线性负荷畸变的物理成因不同，一般意义上，可以分三类，铁磁饱和型（如变压器等铁芯设备）、电子开关型（如交直流换流设备和晶闸管等电子开关设备）和电弧型（如利用电极电弧产生的高温电炉）。根据支线机场航站楼的情况，其间谐波主要属于电子开关型，电子开关型的装置考虑负荷的三相不对称性和全控器件触发角的误差等因素所产生的特征波频谱和非特征波频谱的频率均有明显的特点，即在整数倍的工频频率的基础上正负叠加整数倍的设备变流频率。由此可见，支线机场航站楼内间谐波问题来自楼内相关非线性设备的变流频率不确定性。

3间谐波对支线机场航站楼的影响

间谐波既与谐波的共同影响电力系统，又独立于谐波额外产生不同的影响。主要有三个方面：对发电机和电动机等旋转动力设备的影响、对照明灯具的影响、对精密设备及仪器仪表的影响。对于属于人员密集场所且需自启动柴油发电机作为备用电源保障关键设备的支线机场航站楼，更应该关注间谐波对发电机的影响和对照明的影响。

柴油发电机属于工频旋转机械动力设备，由于非同频间谐波的干扰，会造成柴油发电机的机械谐振问题，根据IEC相关资料，0.1%及以下的间谐波电流都能够负面影响发电机运行。同时支线机场航站楼属于人员密集的公共交通建筑，往往规划设计服务旅客出行的进出港大厅，这些场所需要良好的照明满足使用需求。然而相较谐波与工频基波同步变化，不会影响波动频率，仅对波形有影响，但是间谐波会对基波造成非同频干扰，进而同时影响波动频率和波形，一旦间谐波与基波之间的差值在特定频率附近所形成合成波形作用于照明灯具时会对人的视觉会受到严重的干扰，严重影响进出港大厅等人员密集场所的照明质量和效果。

对于支线机场航站楼柴油发电机往往又大量保障航站楼内行李处理设备、电梯、登机桥、LED灯具、大型显示屏、不间断电源（UPS）等会造成间谐波的非线性负载，鉴于上述间谐波影响，更需要对间谐波提高认识、密切关注。

4应对措施

目前民用建筑及民航相关设计标准和规定中未对间谐波问题的处理措施作出相应的条款要求，而且行业内鲜有专门针对间谐波问题进行治理的产品和解决方案，究其根源主要是间谐波的检测和分析技术还不够成熟，因此只能在特定设备和局部末端场所配置针对特定频率的间谐波治理设备，还无法做到针对性的系统侧治理。从工程技术角度出发，也需要对支线机场航站楼供配电系统的电能质量间谐波问题予以应对和考虑。分析支线机场航站楼间谐波的由来，有一个重要的特点是间谐波与谐波的伴生性，即非线性设备的变流频率不确定性。因此应对间谐波问题，既需要综合考虑配电系统的电能质量综合治理，包括谐波、无功、三相不平衡和间谐波等电能质量影响因素，又需要相对针对性的技术措施予以控制。

一方面，加强间谐波污染源控制，优先对间谐波发生源设备提出限制间谐波的设备要求，在设备制造时就采取自带滤波机制和适当的技术手段，使其减少间谐波对系统污染，例如改变谐波源的配置或工作方式，集中配置有互补性的整流装置，并考虑分散或交替使用，限制产生间谐波量大的工作状态，如三相桥式全控整流电路中的控制角不要过宽。

另一方面，在供配电设计时，优先选用能够同时进行无功补偿、谐波滤除和三相不平衡治理的功能的电能质量补偿或优化设备。这类设备其本身是基于并优化APF硬件基础上，通过精细化算法将自换相桥式电路通过电抗器并联在电网上进而调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值，使得设备吸收或者发出满足要求的系统电流，实现无功补偿、谐波滤除和三相不平衡治理的综合治理功能，同时在综合治理过程中，设备会对系统电流进行通频滤波处理，在这个过程中对间谐波影响在一定程度上进行综合控制，进而达到对系统间谐波问题的主动控制处理。

5小结

在推进新时代民用机场高质量发展的行业大背景下，需要从多维度多方面考虑平安机场的建设，支线机场航站楼间谐波问题也是平安机场供配电系统的安全稳定运行中的一个影响因