支線機場航站樓電能質量間諧波問題分析及應對措施

張靖宇

【摘? 要】由于支線機場航站樓內電力運行設備大量應用整流和變頻調速裝置，使得大量非線性負載所產生的電能污染更加廣泛的影響機場航站樓內的供配電網絡，而間諧波問題從眾多電能質量問題中凸顯出來，給機場電力及設施設備的安全穩定運行造成嚴重的挑戰。因此本文介紹了間諧波的基本原理，并簡要分析了支線機場航站樓供配電系統間諧波的由來，論述了間諧波對航站樓內主要相關設施設備的危害，并據此提出了應對間諧波問題的工程技術應對措施，本文對提高支線機場航站樓電能質量有積極的意義。

【關鍵詞】間諧波;電能質量;支線機場

為全面貫徹落實民航局推進新時代民用機場高質量發展的要求，建設以“平安、綠色、智慧、人文”為核心的四型機場，其中平安機場對機場運行狀態平穩有序，安全穩定提出了更高的要求。支線機場航站樓供配電系統的電能質量問題與機場供配電系統的安全穩定運行密切關聯，在傳統的電能質量問題中的功率因數、諧波及電壓不平衡問題，已經得到關注和解決改善，而針對支線機場航站樓供電系統日益凸顯的間諧波電能質量問題，更應該進一步認識和著手應對。本文將主要針對支線機場航站樓供配電系統內非線性負荷所帶來的間諧波由來、所產生的影響和工程應對措施進行探討。

1 間諧波的簡述

根據國家標準《GB/T 24337-2009電能質量公用電網間諧波》的定義，間諧波是在工頻50Hz的電力系統中對電壓電流實時波形利用離散傅里葉分析后得到的頻率為工頻非整數倍的分量。其本身也是一個周期性的正弦波分量，但其頻率介于工頻50Hz和整倍數工頻頻率之間，因而得名“間”諧波。鑒于間諧波的非整數倍分量的特點，與工頻及整數倍諧波分量的周期肯定不同步，那么當50Hz（工頻）供配電系統中含有間諧波成分時，將會出現畸變波動的電壓波形，圖1獨立展示了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，間諧波對工頻電力系統的影響是直接且明顯的。

2 支線機場航站樓間諧波的由來

支線機場航站樓內為保障航班、旅客的進出港流程、民航弱電信息設備的合理高效安全穩定運行，需要配置400Hz靜變電源、行李處理設備、電梯、扶梯、登機橋、LED燈具、大型顯示屏、變頻空調設備、不間斷電源（UPS）等眾多非線性負載，由于面積限制，相較大型干線機場航站樓往往綜合有商業等更多的業態而言，支線機場的非線性設備在整個航站樓用電設備中比重更大，同時在綠色機場建設過程中，支線航站樓供配電系統越來越多采用就近低壓并網接入光伏發電并網設備，而光伏發電并網設備本身隨著太陽能的波動，會出現間隙性的非線性電流注入，使得配電系統中既有的非線性電源，又有非線性負載的同時影響和干擾。非線性電源和負荷既會產生諧波分量，也會產生間諧波分量，而且具有一定的正相關性。根據非線性負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（如變壓器等鐵芯設備）、電子開關型（如交直流換流設備和晶閘管等電子開關設備）和電弧型（如利用電極電弧產生的高溫電爐）。根據支線機場航站樓的情況，其間諧波主要屬于電子開關型，電子開關型的裝置考慮負荷的三相不對稱性和全控器件觸發角的誤差等因素所產生的特征波頻譜和非特征波頻譜的頻率均有明顯的特點，即在整數倍的工頻頻率的基礎上正負疊加整數倍的設備變流頻率。由此可見，支線機場航站樓內間諧波問題來自樓內相關非線性設備的變流頻率不確定性。

3 間諧波對支線機場航站樓的影響

間諧波既與諧波的共同影響電力系統，又獨立于諧波額外產生不同的影響。主要有三個方面：對發電機和電動機等旋轉動力設備的影響、對照明燈具的影響、對精密設備及儀器儀表的影響。對于屬于人員密集場所且需自啟動柴油發電機作為備用電源保障關鍵設備的支線機場航站樓，更應該關注間諧波對發電機的影響和對照明的影響。

柴油發電機屬于工頻旋轉機械動力設備，由于非同頻間諧波的干擾，會造成柴油發電機的機械諧振問題，根據IEC相關資料，0.1%及以下的間諧波電流都能夠負面影響發電機運行。同時支線機場航站樓屬于人員密集的公共交通建筑，往往規劃設計服務旅客出行的進出港大廳，這些場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，不會影響波動頻率，僅對波形有影響，但是間諧波會對基波造成非同頻干擾，進而同時影響波動頻率和波形，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會對人的視覺會受到嚴重的干擾，嚴重影響進出港大廳等人員密集場所的照明質量和效果。

對于支線機場航站樓柴油發電機往往又大量保障航站樓內行李處理設備、電梯、登機橋、LED燈具、大型顯示屏、不間斷電源（UPS）等會造成間諧波的非線性負載，鑒于上述間諧波影響，更需要對間諧波提高認識、密切關注。

4 應對措施

目前民用建筑及民航相關設計標準和規定中未對間諧波問題的處理措施作出相應的條款要求，而且行業內鮮有專門針對間諧波問題進行治理的產品和解決方案，究其根源主要是間諧波的檢測和分析技術還不夠成熟，因此只能在特定設備和局部末端場所配置針對特定頻率的間諧波治理設備，還無法做到針對性的系統側治理。從工程技術角度出發，也需要對支線機場航站樓供配電系統的電能質量間諧波問題予以應對和考慮。分析支線機場航站樓間諧波的由來，有一個重要的特點是間諧波與諧波的伴生性，即非線性設備的變流頻率不確定性。因此應對間諧波問題，既需要綜合考慮配電系統的電能質量綜合治理，包括諧波、無功、三相不平衡和間諧波等電能質量影響因素，又需要相對針對性的技術措施予以控制。

一方面，加強間諧波污染源控制，優先對間諧波發生源設備提出限制間諧波的設備要求，在設備制造時就采取自帶濾波機制和適當的技術手段，使其減少間諧波對系統污染，例如改變諧波源的配置或工作方式，集中配置有互補性的整流裝置，并考慮分散或交替使用，限制產生間諧波量大的工作狀態，如三相橋式全控整流電路中的控制角不要過寬。

另一方面，在供配電設計時，優先選用能夠同時進行無功補償、諧波濾除和三相不平衡治理的功能的電能質量補償或優化設備。這類設備其本身是基于并優化APF硬件基礎上，通過精細化算法將自換相橋式電路通過電抗器并聯在電網上進而調節橋式電路交流側輸出電壓的相位和幅值，使得設備吸收或者發出滿足要求的系統電流，實現無功補償、諧波濾除和三相不平衡治理的綜合治理功能，同時在綜合治理過程中，設備會對系統電流進行通頻濾波處理，在這個過程中對間諧波影響在一定程度上進行綜合控制，進而達到對系統間諧波問題的主動控制處理。

5 小結

在推進新時代民用機場高質量發展的行業大背景下，需要從多維度多方面考慮平安機場的建設，支線機場航站樓間諧波問題也是平安機場供配電系統的安全穩定運行中的一個影響因素，需要予以共同關注，不應該對此忽略，如果放任其發展，會直接影響整個供配電系統的正常運行，特別是對航站樓等對電能質量有較高要求同時又較為敏感的場所，應該根據現有技術條件和水平采用合適的應對措施，進行預防處理。未來隨著間諧波的檢測和分析技術日益發展和完善，相關的針對性解決方案亦會應運而生。

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