关键词灯光供电 电能质量 分析 危害
引言：
中卫沙坡头机场跑道灯光供电系统，分为1#和2#两段母线，两段母线之间有母联，两段母线分别由一台250KVA,10/0.4KV的变压器供电，其中2#线配有一台260KW的柴油发电机作为备用电源。本机场助航灯光系统使用的调光柜都是可控硅调光器，以控制可控硅的导通角来对输入电压进行斩波，从而改变输出电压，以实现输出电流恒定的目的，因而不可避免电力系统中的谐波不可避免，谐波的危害也越来越引起业内专家和技术人员的普遍重视和广泛关注。
2、设备简要介绍
助航灯光系统按照使用功能的不同设置多个灯光回路，每个回路由供电系统、恒流调压器、升压变压器、隔离变压器、助航灯具及电缆组成。不同回路的灯通过设在灯光站的调光器来控制它们的开关灯和调光等级，针对不同的气候条件下的不同能见度的范围，助航灯的调光灯等级设置了 5 个等级。
3、谐波产生原因
目前，国内外使用的调光器主要采用可控硅斩波技术，这种调光器存在波形畸变大、电网要求高、对电网污染严重、效率低、负载适应能力差等缺点。谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。根据电磁学基本原理，当电流流经非线性负载时，其量值与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦波形电流。通过对这种非正弦波形进行数学分析知道，使用傅立叶变换方法，非正弦波形可以分解为不同频率和幅值的正弦波叠加而成，其中包括主要成分的 50Hz正弦波（称为基波）和大量其他频率的正弦波。
由于机场的设备自动化程度、精度要求高，工艺复杂，生产设备特殊，生产设备运用了大量电力电子技术，如变频、整流设备及直流设备及一些专业制造设备等，此类设备会产生大量的谐波电流，造成变压器低压总出线、电缆温度升高、干扰精密设备及仪器的正常工作，
甚至会造成安全事故。因此为生产设备提供高质量的电能，是保证生产正常运行的重中之重。
4、数据测试过程：
机场跑道灯光站供电系统测试点：
1#市电低压进线柜（母联断开，电容切除时）（1级调光状态、2级调光状态、3级调光状态、4级调光状态、5级调光状态）；
1#市电低压进线柜（母联合闸，电容切除时）（1级调光状态、2级调光状态、3级调光状态、4级调光状态、5级调光状态）；
2#市电低压进线柜（母联断开，电容切除时）（1级调光状态、2级调光状态、3级调光状态、4级调光状态、5级调光状态）；
测试方法
测试方法：本次测试通过直接检测 F434 各信号输入端的实时电参数，由 F434 直接分析本测试回路电能质量参数状况并通过通讯口将测试数据传送到测试电脑进行分类显示记录。
2）接线方法如下图：
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电能质量测试仪在三相四线（五线）接地系统的接线示意图
宁夏中卫机场灯光站系统图
5、测试结果分析与潜在影响评估
由于助航灯供电系统为2相的380V供电，其中恒流调光器主回路采用AC-DC-AC 方案，由整流和逆变组成，输入的正弦波经过可控硅斩波后变成非线性波形，这种调光器存在波形畸变大、电网要求高、对电网污染严重、效率低、负载适应能力差等缺点，还会造成三相不平衡。另外由于三次谐波为零序谐波，会在中性线（零线）上进行迭加，中性线（零线）上的谐波电流值为三条相线中的三次谐波电流值的代数和，将会引起中性线（零线）电流超载的风险（一般中性线（零线）的电流会达到相线的2倍左右），给设备运行及供电线路带来严
重的安全隐患，使功率损耗增加、设备寿命缩短、接地保护功能失常、遥控功能失常、电缆过热等。对配电站，谐波会造成电子器件误动作、电容器损坏、附加磁场、中性线过载和电缆着火。所以需要对其进行治理，以减少由于谐波对其它设备和对助航设备等自身的影响，增加助航灯具的使用寿命，保证助航灯和其它设备的正常工作。
6、谐波治理主要作用
（1）提升变压器、柴油发电机组的设备利用容量：
对于用电单位而言，治理谐波可以降低电流在电缆中的集肤效应，从而降低电网损耗，提高设备使用率。对于相同的设备负载而言：谐波治理前，由于功率因数，谐波电流等原因，造成供电系统中的电流量，比设备实际所需的电流量（基波电流）高，这样造成供电系统中电流量过大，使变压器的供电容量受到限制，无法供给更多设备电能，降低了变压器、柴油发电机等设备的利用容量。同时由于电缆中的集肤效应使电缆的载流量能力下降，电缆容易发热，甚至造成安全事故。由于谐波存在供电系统功率因数较低造成，供电利用效率低，无法供给设备所需的有功电能，在对谐波治理后提高电能利用率。经大量实际工程统计，在对谐波完全治理后，可提升变压器、柴油发电机组的供电容量20%。
（2）提高功率因数：
由于在不同的运行状态下，供电系统功率因数不同，特别在使用发电机供电时，功率因数较低在0.60右左，造成供电效率低,引起在发电机供电状态下不能带动所在负载情况。
7、谐波潜在影响分析：
正常合格的电能源是以 50Hz变化的三相交流正弦波电源，它的质量是由电压幅值、波形和频率等决定的。
根据国家电力标准规定，其中的 50Hz正弦波即是我们需要的合格电能波形，所有其他频率的波形叫谐波，就是对正常电网电能的污染成分。谐波频率是基波频率的倍数。基波是 50赫兹时，
二次谐波为 100赫兹，三次谐波则为150赫兹，五次谐波是 250赫兹……等。
当谐波电流、电压超出一定限制标准（中国国家标准（《电能质量公用电网谐波》GB/T14549－93））和IEC 1000—3—4、IEEE—519——1992国际标准时，将对电网产生不利影响，主要有：
使原设计的电路将不能满足现有谐波的附加发热要求，将引起电路导体的导电能力下降；增大电能消耗；开关的开断能力下降；电动机、变压器低压总出线、电缆异常发热；一般用电设备故障率迅速增加；专用电子设备不能正常工作，比如可控硅（依赖过流点进行控制导通角同步控制）工作异常、电气设备控制系统失灵或损毁，通讯网络无连接；引起配电设备异常震动和噪音，严重时使电气设备无法正常地运行，产生电磁干扰；谐波使电容器等电器设备过流、过热、甚至爆裂或着火引起火灾。
一般来讲，谐波对容量相对特别大的电力系统影响不很明显，而对容量小的系统，谐波产生的干扰就不可忽视，谐波电流和谐波电压的出现，对公用电网是一种污染，它使用电设备所处的环境恶化，给周围的通信系统和公用电网以外的设备带来危害。
谐波污染对电力系统的危害严重性主要表现在：
（1）谐波对供电线路产生了附加谐波损耗。由于集肤效应和邻近效应，使线路电阻随频率增加而提高，造成电能的浪费；由于中性线正常时流过电流很小，故其导线较细，当大量的三次谐波电流流过中性线时，会使导线过热、绝缘老化、寿命缩短、损坏甚至发生火灾。
（2）谐波影响各种电气设备的正常工作。对发电机的影响除产生附加功率损耗、发热、机械振动和噪声和过电压；对断路器，当电流波形过零点时，由于谐波的存在可能造成电压过高，这将使开断困难，并且延长故障电流的切除时间。
（3）谐波使电网中的电容器产生谐振。工频下，系统装设的各种用途的电容器其电路比系统中的感抗要大得多，不会产生谐振，但谐波频率时，感抗值成倍增加而容抗值成倍减少，这就有可能出现谐振，谐振将放大谐波电流，导致电容器等设备被烧毁。
（4）谐波引起公用电网局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，这就使上述危害大大增加，甚至引起严重事故。
（5）谐波将使继电保护和自动装置出现误动作，并使仪表和电能计量出现较大误差；谐波对其他系统及电力用户危害也很大：如对附近的通信系统产生干扰，轻者出现噪声，降低通信质量，重者丢失信息，使通信系统无法正常工作；影响电子设备工作精度，使精密机械加工的产品质量降低；设备寿命缩短，通讯设备工况变坏等。
参考文献
论文作者:刘向阳
论文发表刊物:《中国电业》2019年22期
论文发表时间:2020/4/7
标签：谐波论文; 调光论文; 电能论文; 电流论文; 设备论文; 电网论文; 波形论文; 《中国电业》2019年22期论文;