谐波治理的探讨

摘要：本文着重讲述了T3航站楼的配电情况，根据检测数据确定治理谐波

干扰的方案，“综合治理，分步实施，重点整改，先标后本”，并以实例论述治理谐波干扰的结果。

关键词：谐波；谐波干扰；谐波治理；电力系统

前言

随着国民经济和科学技术的快速发展，人们生活水平日益提高，各式各样的大型建筑物及冶金、化学等现代化大工业、电气化铁路、城市地铁的建设如雨后春笋层出不穷，电网负荷加大，电力系统中的非线性负荷（硅整流设备、电解设备、电力机车）及冲击性、波动性负荷（电弧炉、轧钢机、电力机车运行），使得电网发生波形畸变（谐波）、电压波动、闪变、三相不平衡，非对称性（负序）和负荷波动性日趋严重。电能质量的下降严重地影响了供用电设备的安全、经济运行。大型建筑物或工矿企业在运行时，首先要考虑的就是电力供应必须可靠、频率稳定（按行业内说法就是电源要干净），尤其是在自动化程度要求高的计算机系统，更需要有频率稳定、电能质量高的电力保障。虽然我国在《电力可靠性管理工作若干规定》和《供电系统用户可靠性评价规程》、《电能质量—电力系统频率允许偏差》、《全国供用电规则》等法规上，对供电可靠率等供电技术指标有明确规定，但是，要真正做到这一点除了要有电力系统的可靠保障外，还要用户的设备做好谐波治理的工作。下面結合首都机场T3航站楼电力系统治理谐波干扰做的工作进行探讨。

1航站楼供电系统概况

首都机场T3航站楼共有三座航站楼，即T3C、T3D、T3E，建筑面积近100万m2，共有三座开闭站、42座配电站，装机容量为183620KVA。航站楼供电网络系统可分为三大系统，即捷运系统（APM系统）、行李系统、公用系统。其中，捷运系统的机车由于在运行中是由交流600V变直流牵引，所以，在运行过程中产生大量的谐波，行李系统是一个庞大的系统，它是由大约12000台电动机组成，在整个运行过程中也会产生谐波，对于公用系统又可细分为三个系统；即动力系统、照明系统、供弱电运行三大电力系统。其中动力系统的重要组成部分400HZ飞机地面电源，是利用50HZ通用电源变频，在变频过程中会产生高次谐波；在照明系统中，照明光源大部分是采用的金卤灯，这也会产生大量的谐波。这里各种系统产生的谐波，对设备的运行都会产生很大的影响，尤其是一些控制系统设备。

2治理谐波干扰的方案

为了解决航站楼这个庞大的配电系统中谐波干扰的问题，我们对捷运系统、行李系统、公用系统三大系统的供电情况进行了抽样检测。捷运系统有四个配电室，我们对其重要的三个牵引配电站AP站、BN站、CA站进行了检测；行李系统有10个配电站，我们抽查检测一个重要的配电站AQ站；公用系统有26个配电站，其中400HZ电源供电的有16个配电站，400Hz电源设备有不同的功率，有180KVA、120KVA、95KVA，而 120KVA的设备占80%，因此，我们就挑选给120KVA设备供电的配电站AD站。

2.2谐波电流允许值

尤其是捷运系统的三个配电站其谐波量均在15%以上，对于设备运行干扰很大。因此，航站楼配电站谐波干扰的治理，这是摆在我们面前的重要问题。为确保航站楼各系统设备的安全可靠性，我们都知道谐波导致电网输、配电工程效率变低，谐波能引起一些保护设备误动作。故治理谐波、防止谐波对其他设备的干扰是一个全局性的问题。目前社会上谐波治理均采用电阻、电容的方式，但是，这种方式很大的问题就是占用空间容积较大，而航站楼的配电站的空间是很有限的，较难提供很大空间，捷运系统的机车更是无法提供安装电容等电器元件的地方，因为机车的设计需要考虑动力大小、空间体积及运载量，同时，对如此多的配电站进行谐波治理其投资是很大的，作为一个企业必须要考虑投入与产出的可行性，所以我们对于如何治理谐波及治理谐波干扰问题上举棋不定。正在这个时候，航站楼的捷运系统发生了一次事故，捷运系统中的控制电源UPS在机车运行时发生了故障，迫使捷运系统停止运行25分钟。而我们从这次事故中得到了启发。既综合治理谐波干扰是我们航站楼电力系统的长期任务，要有一个长远规划，治理谐波要分步走：（1）治理谐波源，将产生谐波的设备进行有效的整治，这要很大的投资，只能逐年开展；（2）治理谐波干扰设备的线路。在治理谐波要进行很大的投资，那么我们能否先从投资量不是很大，而能治理好谐波干扰设备运行的工作。也就是说将易受谐波干扰的设备，从谐波源的电路中剥离开来，使其远离谐波源，也就是先治理表面的东西，以后再治理根本。对于这种思路，我们广泛征求意见，综合各种想法，最后我们基本确立了航站楼治理谐波的综合方案，可用以下16字概括：“综合治理，分步实施，重点整改，先标后本”。

3实例（捷运系统UPS改造）

3.1捷运供电系统概况

3.2现状供电示意图

（1）现在供电系统优缺点

a.优点：供电系统比较独立，不受其他公用变电站负荷影响；

b.缺点：

①由于控制系统对电压要求较高，而又与牵引系统共用同一个变压器，造成牵引系统启动时引起的电压波动、谐波等直接影响控制系统电压质量；

②600V/415V变压器选型与控制系统380V电压需求不匹配；

③由于实际使用中发现牵引系统末端电压不足，提高了10.5KV/600V变压器的输出电压至630V，加剧了控制系统电压过高的问题；

（2）故障现象描述

2010年2月，捷运系统由于T3E中控控制系统上端UPS故障，UPS主路供电中断，并由于旁路电压超限（线电压>433V）拒绝旁路供电，造成T3E控制系统断电影响全线运行。

（3）UPS故障分析

a.经过检测，UPS逆变模块、交流电容、输出接触器线圈烧毁；

b.通过对UPS系统报警信息分析为客户端电压超限；

c.由于客户现场的输入电压比较高（435V左右），UPS输出电压为400V，而输入点范围为±10%，UPS几乎处于高峰值电压运行，内部零件可能提前老化，使其丧失一部分功能，引起UPS关闭。

综上分析，有以下三点可能是引起此次UPS系统的隐患：

①UPS系统供电电能质量不高，谐波成分高；

②UPS系统供电电压不稳定；

③UPS系统供电电压较高；

根据故障分析，依据航站楼治理谐波方案确定的“综合治理，分步实施，重点整改，先标后本”的原则，确定以捷运控制系统电源改造为治理谐波干扰的第一步。经过与捷运系统的供货商及供电系统设计单位美国庞巴迪公司多次协商讨论，我们确定UPS电源的整改方案，既将供UPS电源用电的线路，由牵引变压器10.5KV/630v下口600v处改为从牵引变压器10.5KV/630v上口10.5KV处接入， 变压器从600V/415V改装为10.5KV/400V，UPS的进线电源则是400V。

具体系统示意图如下：

这样接入的优点是：

（1）电源质量高，可解决UPS系统输入电压过高、输入电压波动及谐波问题；

（2）保持系统独立性。

4结论

经基本上消除了谐波的干扰，使得控制系统电源质量提高，解决了UPS系统输入电压过高、输入电压波动及谐波干扰问题，保证了控制系统电源UPS的安全用电，使我们看到了治理谐波干扰的希望，也是我们以前确定的“综合治理，分步实施，重点整改，先标后本”方案可行性的肯定，对我们在以后的时间里，对下一步行李系统中容易受到谐波干扰的控制柜进行改造树立了信心。

参考文献：

[1]GB/T14549―93电能质量公用电网谐波[S]

[2]GB/T15945―2008电能质量电力系统频率偏差[S]

[3]GB/T 15543―1995电能质量三相电压允许不平衡度[S]

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