摘要：在體育場館中，主要的用電負(fù)荷是場地照明、LED大屏、音響、新媒體設(shè)備等，屬于非線性電氣設(shè)備，在運(yùn)行時(shí)會產(chǎn)生諧波，造成頻閃、線纜發(fā)熱，對通信、有線電視等弱電回路可能產(chǎn)生雜音，甚至產(chǎn)生故障。因此在電氣設(shè)計(jì)上應(yīng)首先對可能產(chǎn)生諧波的設(shè)備分析計(jì)算并采取相應(yīng)的抑制措施。本文通過介紹安科瑞APF有源電力濾波器在武漢軍運(yùn)會場館集體亮化工程運(yùn)維保障項(xiàng)目中的應(yīng)用，簡析體育場館諧波特點(diǎn)及計(jì)算分析。

關(guān)鍵詞：武漢軍運(yùn)會；體育場館；諧波治理；APF；有源電力濾波器；安科瑞

一、項(xiàng)目背景

2019年10月18日晚20時(shí)，世界軍人運(yùn)動會，簡稱“軍運(yùn)會”，是軍事體育理事會主辦的軍人高規(guī)格的大型綜合性運(yùn)動會，每四年舉辦一屆，會期7至10天，比賽設(shè)27個(gè)大項(xiàng)，參賽規(guī)模約100多個(gè)8000余人，規(guī)模僅次于奧運(yùn)會，是和平時(shí)期各國軍人展示實(shí)力形象、增進(jìn)友好交流、擴(kuò)大影響的重要平臺，被譽(yù)為“軍人奧運(yùn)會”。

第七屆世界軍人運(yùn)動會（7th CISM Military World Games），簡稱“武漢軍運(yùn)會”，于2019年10月18日至27日在中國武漢舉行，賽期10天，共設(shè)置射擊、游泳、田徑、籃球等27個(gè)大項(xiàng)、329個(gè)小項(xiàng)。第七屆世界軍人運(yùn)動會共有來自109個(gè)的9308名軍人報(bào)名參加，是世界軍人運(yùn)動會歷*規(guī)模大、參賽人員多、影響力廣的一次運(yùn)動會。

二、項(xiàng)目情況

此次武漢軍運(yùn)會主場館為武漢體育中心，其位于武漢經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)（沌口）內(nèi)，由體育場、體育館和游泳館（一場兩館）及其它附屬建筑構(gòu)成。中心賽時(shí)主要承擔(dān)開閉幕式以及女子排球、游泳、跳水等項(xiàng)目比賽。

武漢自成功申辦第七屆軍運(yùn)會以來，為展示江城*夜景魅力，大力建設(shè)兩江四岸景觀照明工程，運(yùn)用流光溢彩的燈光集中展示城市文化。燈光秀運(yùn)用大量LED燈具，勢必會產(chǎn)生3次諧波電流，此時(shí)零線電流是相線電流的1.5-2倍，會造成饋線柜空開跳閘。而體育中心一場兩館泛光照明工程將配合開幕式呈現(xiàn)多樣風(fēng)采，作為武漢向世界展示的一張名片，不容有失。

三、項(xiàng)目進(jìn)程

3.1前期勘察

未治理前現(xiàn)場數(shù)據(jù)分析

由以上數(shù)據(jù)分析，不難看出各個(gè)配電箱總進(jìn)線端A/B/C三相電流基本平衡，各相電流有效值不超過350A，但是N線電流有效值非常大，基本每個(gè)配電箱的N線電流都大于相線電流1-2倍左右。這主要是因?yàn)楝F(xiàn)場主要負(fù)荷是開關(guān)電源型，開關(guān)電源型負(fù)荷有2大特點(diǎn)：

其一是電流有效值分解后，諧波電流主要以3次諧波電流為主，一般其畸變率在70%-120%之間，如果單測某一個(gè)5A左右的開關(guān)電源，會發(fā)現(xiàn)其3次諧波電流畸變率可高達(dá)120%左右，隨著多個(gè)開關(guān)電源的并聯(lián)，電流有效值會變大，3次諧波電流有效值也會變大，但是變大后的3次諧波電流有效值在中電流有效值內(nèi)的占比會相應(yīng)減小，所以從總諧波畸變率上看，總諧波電流畸變率會隨著總電流有效值的增加而逐漸減小，一般會在70%-120%的范圍內(nèi)變化。

其二是一般純開關(guān)電源的無功特性為容性無功居多，無功功率實(shí)際上是分為感性無功和容性無功，我們常見的用電負(fù)荷基本都是感性負(fù)荷，從而產(chǎn)生的無功為感性無功，為了補(bǔ)償這個(gè)感性無功，一般都會用主動投入電容器的方法注入容性無功，和系統(tǒng)中的感性無功相抵消，從而達(dá)到補(bǔ)償無功功率提高功率因數(shù)的效果。但是開關(guān)電源的無功本身屬于容性無功，這時(shí)候如果主動投入電容器的話，反而會使系統(tǒng)無功功率增加，會出現(xiàn)功率因數(shù)急速降低的現(xiàn)象。

3.2現(xiàn)場問題提出

通過實(shí)測數(shù)據(jù)的分析，不難看出當(dāng)前系統(tǒng)存在以下幾點(diǎn)問題：

（1）N線電流比相線電流大1-1.7倍左右；

（2）N線電流的主要諧波頻次為3次諧波，但同時(shí)還有其他3N次諧波和不平衡電流；

（3）3次諧波有效值的3倍，實(shí)際小于N線電流；

（4）總電流畸變率都相對比較高，而且從3次諧波的占比看各個(gè)配電箱都沒有規(guī)律可循；

（5）開關(guān)電源型負(fù)荷基波功率因數(shù)cosφ為容性，其值未知，但從PF=P/S=COSφ/(sqrt(1+THDi*THDi))公式不難發(fā)現(xiàn)，只要THDi減小，就可以使全波功率因數(shù)相應(yīng)減小。

綜上所屬，比較明確的是3次諧波電流有效值已知，如果針對3次諧波進(jìn)行治理，勢必可以大幅度的減少各個(gè)配電箱系統(tǒng)N線電流值，顯著提高其功率因數(shù)。

3.3方案選型

安裝接線示意圖

圖1：濾波器安裝一次圖

圖2：現(xiàn)場安裝實(shí)物圖

安裝接線概述：壁掛模塊掛在配電箱旁邊的墻上，使用500/5互感器如上圖所示進(jìn)行采樣，（部分配電柜內(nèi)不方便安裝新互感器故與柜內(nèi)計(jì)量表公用一組互感器串聯(lián)采樣）。電流采用線纜使用2.5mm²BVR線纜。壁掛模塊單模塊一次線纜使用ZR-BVR 50mm²線纜接進(jìn)壁掛開關(guān)箱內(nèi)下端，上端引至配電箱主開關(guān)下發(fā)。使用線纜線徑見下表。

表3：線纜選型表

3.4調(diào)試效果

3.4.1看圖說明

圖4：TYZX-AL8

如圖4：根據(jù)治理方案可得知，此次我們需要測量的數(shù)據(jù)主要為N相電流及總畸變率。上圖左上為各監(jiān)測點(diǎn)電流，右上為對應(yīng)電流畸變率。Irms 1為相線網(wǎng)側(cè)電流，2為相線負(fù)載電流，3為N相網(wǎng)側(cè)電流，4為N相APF發(fā)出電流?？磮D可得知體育中心AL8號箱子負(fù)載經(jīng)過APF設(shè)備治理后，相線電流從175左右降到128左右。APF的零線電流治理了274A的諧波后N相網(wǎng)側(cè)電流為37A。已經(jīng)滿足治理方案中對治理效果的預(yù)期要求。下方為各個(gè)配電箱在我司APF投入使用后所測得數(shù)據(jù)。

3.4.2數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及對比

下表5中，序列號后數(shù)據(jù)上方為10月1日前測量數(shù)據(jù)，未經(jīng)過電能質(zhì)量綜合治理，下方為10月6日與10月7日所測數(shù)據(jù)。

因?yàn)楦鱾€(gè)配電房內(nèi)無明顯三相不平衡現(xiàn)象，所以相線電流取一相用作對比。

治理前網(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù)與治理后負(fù)載側(cè)數(shù)據(jù)稍有偏差，但不影響對比。

表5： 補(bǔ)償前后對比表 

根據(jù)上表5可得知，各個(gè)配電箱內(nèi)電能質(zhì)量經(jīng)過治理后有顯著改善，滿足前期治理方案中的要求。

四、項(xiàng)目總結(jié)

此次項(xiàng)目的重要性不言而喻，隨著開幕式成功落下帷幕，安科瑞APF有源電力濾波器有效保障了武漢體育中心場館泛光照明供配電系統(tǒng)的可靠運(yùn)行并將持續(xù)保障整個(gè)賽事期間的亮化工程。感謝中信建筑設(shè)計(jì)研究總院領(lǐng)導(dǎo)、現(xiàn)場各部門、安科瑞電能質(zhì)量事業(yè)部&節(jié)能控制事業(yè)部&營銷中心湖北大區(qū)的全力支持，大家頂住壓力、快速反應(yīng)（技術(shù)方案、現(xiàn)場勘測、迅速發(fā)貨），秉著只許成功且零閃失的宗旨，提前完成項(xiàng)目調(diào)試驗(yàn)收，治理結(jié)果比預(yù)期更好，也經(jīng)受住了開幕式輪的考驗(yàn)。

后：祝第七屆世界軍人運(yùn)動會圓滿成功，各國軍人賽出佳績。共同傳遞和平薪火，四海兄弟攜手同行。