有源滤波器在机场助灯光系统中谐波测试分析与治理方案.docx

有源滤波器在机场助航灯光系统中的谐波分析与治理方案刘静安科瑞电气股份有限公司，上海嘉定，2018010　引言机场助航灯光系统是目视助航设施中一个非常重要的组成部分，它通过高（中）光强不同颜色的灯光系列，勾勒出一个机场的跑道、滑行道及进近区域的主要特征，在夜间或能见度不好的情况下提供飞机驾驶员一个明确的目视信息。助航灯光系统的供电等级属于一级负荷中的特别重要负荷，关系到飞机的安全运行，通常在跑道附近的安全区域内设置一座或两座灯光变电站，专供灯光及导航设备用电。各种类型的助航灯具设置在跑道和滑行道上或道肩上，属于场外灯具，供电线路较长，国际民航组织推荐使用串联的供电方式，为保证在串联电路供电的情况下，有个别灯具故障而不至于造成整个回路中所有灯具都不亮，每个灯具前必须设置隔离变压器。同时，灯光系统要求采用三至五级的调光，其调光器以可控硅为主。因此，在灯光系统的实际运行过程中，会产生大量的谐波。1　谐波的危害随着科技的进步，技术的发展，节能和自动化设备的应用越来越广，容量也日益扩大，虽然这些设备能起到很大一部分节能降耗的作用，但是其产生的谐波对电网的污染，以及电磁干扰等，可能会进一步影响系统中的其他用电设备，也带来了危害。供电系统谐波的定义是：对周期性交流量进行傅立叶级数分解，得到频率为基波频率大于1整数倍的分量。谐波频率与基波频率的比值（n=fn/f1) 称为谐波次数。电网中有时也存在非整数倍谐波，称为非谐波（Non-harmonics)或分数谐波。谐波实际上是一种干扰量，使电网受到“污染”。向公用电网注入谐波电流或在公用电网上产生谐波电压的电气设备称为谐波源。电网中的谐波污染日益严重，给电力系统和各类用电设备带来危害，谐波会增加电气设备的热损耗，如对变压器来说，铁芯产生热损耗，尤其是涡流损耗大，在变压器绕组中有谐波电流，在铁芯中感应磁通，产生铁损。谐波还会干扰电子设备，使信息发生失真，可对信息系统产生频率藕合干扰。谐波电流在高压架空线路上的流动除增加线路损耗外，还将对相邻的通讯线路产生干扰影响。谐波轻则增加能耗，缩短设备寿命，影响系统的运行效率，重则损坏设备，造成用电事故，甚至危害电力系统的安全运行。因此，消除谐波污染，把谐波含量控制在允许范围内是非常有必要的。2　助航灯光产生的谐波分析目前，电力系统中的谐波源，不但类型多，而且分布广，用户电网中的谐波电流可能来自本身的非线性设备，也可能来自外部线路，具有非线性特性的电气设备是主要的谐波源，例如带有功率电子器件的变流设备，交流控制器、变压器、晶闸管串级调速的风机水泵和冶炼电弧炉等。如不加以区分将给谐波治理造成困难。在机场助航灯光系统中，为了达到有效的调光效果，目前世界上通常采用可控硅恒流调光器(CCR）。恒流调光器的工作原理是：用反并联的可控硅调节器，对一台升压变压器进行供电。由一个数字调节器确定可控硅导通角，以便将输出电流调整到一个基准值。该基准值随着所选定的光级而变化。在此前提条件下，恒流调光器的输出电流要求保证为一个恒定值，一级光为2.8A，二级光为3.4A，三级光为4.1A，四级光为5.2A，五级光为6.6A。恒流调光器的功能还在于当负荷在二分之一额定负荷到满负荷的范围内变化，在30%的隔离变压器次级开路的情况下维持恒定的电流输出，变化不大于正负2%。这个可控硅调节器和升压变压器就是助航灯光的主要谐波源。在进行谐波治理之前，必须要了解电网中谐波的次数及其含量，即必须进行谐波的测试。谐波测量是谐波问题的一个重要环节，它也是谐波问题研究的主要依据。我们在上海虹桥机场东跑道北灯光站进行了谐波检测。针对北灯光站两台变压器的低压进线侧、跑道边灯回路2、滑行道中线灯回路3的调光器进线侧进行了电能质量等各项数据的测量和采集。（测量点位见图1）图1 测量点位简图具体测量情况如下：测量点1 ：北灯光站进线乙的变压器低压侧，电容柜投切前后，实时测量 1 级光至 5 级光时的情况；测量点2 ：滑行道中线灯回路 3 调光器进线侧，实时测量 1 级光至5 级光的情况；测量点3 ：北灯光站进线甲的变压器低压侧，电容柜投切前后，实时测量 1 级光至 5 级光的情况；测量点4 ：跑道边灯回路2 调光器的进线侧，实时测量 1 级光至 5 级光的情况；1）主要谐波源——调光器（以测量点1为例）电压波形　　　　　　　　　　　　　　　　　电流波形A相电压、电流对比波形　　　　　　　　　B相电压、电流对比波形C相电压、电流对比波形　　　　　　　　　　　谐波柱状分布图从上图的对比中可以看出：电压波形畸变很小，而电流波形畸变率非常严重，这是由于大量高次谐波叠加导致正弦波出现严重畸变。从谐波柱状分布图可知可控硅恒流调光器谐波电流的频谱范围很宽，除3、5、7、9、11 和13 次以外，还存在15、17、19、25、29、3