浅谈助航灯光配电网三相不平衡治理

浅谈助航灯光配电网三相不平衡治理

杨威

宁夏机场有限公司固原分公司  宁夏  固原市  756000

摘要：助航灯光是机场重要设施，与飞机的安全起飞、着陆和滑行密切相关，其主要用电设备为恒流调光器，由于采用线电压供电为不对称负荷，加上其中各种非线性元件的作用，极易导致配电网三相负荷不平衡的发生，从而影响供电质量和助航灯光的不正常运行，除可能给助航灯光和飞机起降带来安全隐患外，三相不平衡导致额外产生的线损也会增加能耗从而给机场带来经济上的损失。随着新技术的应用，通过负载补偿和优化换相等方式，可以改善三相不平衡的困境。 

关键词：三相不平衡；助航灯光；恒流调光器；负载补偿

机场灯光站是一个有别于一般民用电、较为特殊且极为重要的用电行业。助航灯光是机场的重要目视助航设施，它引导航空器安全地起飞、着陆和滑行，对持续稳定的电能供应和平稳运作的灯光站有着极高的要求。我国的《负荷分级表》中将民用机场的助航灯光系统设施和台站归为特别重要的一级负荷，因此保障机场灯光站的供电质量是至关重要的。与一般的配电台区相比，机场灯光站的用电负荷有以下几个主要特点：

（1）作为特别重要的一级负荷，灯光站的平稳可靠运行关乎飞机的正常行驶及人身安全，因而对电能质量及其可靠性必须有极为严格的要求：为确保安全运行，灯光站的供电可靠性须按不低于99%配置。

（2）与民用配电台区相比，机场灯光站虽然设备体量更大，但电流变化频率和随机性更低，相对更为稳定。受各种因素影响，恒流调光器的电流变化尽管存在不确定性，但总体而言，灯光站灯光光级的变化只与时段、天气等影响能见度的因素有关，一般来说，夜晚、阴雨天气、雾天等情况所开启灯的数量较多、光级较高。

（3）由于机场助航灯光站的主要负荷恒流调光器为不对称负荷，且多采用可控硅移相调压技术对正弦波切割达到控制输出电流大小的目的，因此其供配电常常出现电力谐波干扰问题。目前，正弦波调光柜的问世使得电力谐波问题已得到较为有效的改善，国内机场已开始陆续使用正弦波调光柜取代可控硅调光柜。

（4）除电力谐波干扰外，机场灯光站的不对称负荷还易导致三相不平衡的发生。作为灯光站的主要用电设备，恒流调光器的作用是调节机场助航灯光的光强。与一般的低压配电不同，助航灯光站的供电方式通常为三相五线制，即将恒流调光器的工作零线和保护零线分开铺设。而调光器的电源也与一般单相负载不同，为380V两相相间电压供电，即每台调光器接入A、B、C三相中的两相。由于采用不对称的两相电源供电，同时受可控硅等器件的作用，经整流逆变后其波形变为非线性的输出波形，导致三相不平衡，而目前对机场灯光站的三相不平衡问题仍缺少从根本上改善的方法。

导致产生三相不平衡的主要原因包括以下三种：

（1）不合理的负荷分配。在许多配电台区，由于施工者不太了解三相不平衡问题，施工时对表箱的随意连接造成某相负荷超载，其他相负荷较少，从而产生不均衡情况；此外，由于对配电网改造力度不同，树线结构的矛盾无法避免，同样可能引发三相负荷的不平衡。

（2）集中用电导致的三相不平衡。较为常见的为季节性集中用电和时段性集中用电，冬夏由于气候原因使用空调、电暖器等大功率用电设备；夜晚大规模使用照明设备等情况都有引发线路负荷失衡的可能。

（3）负荷本身特性导致的三相不平衡。如前已提及的机场灯光站的调光器，因其为380V线电压供电，特殊的电源机制导致其本身即为不平衡负荷加上各种非线性器件的作用导致三相不平衡。

目前改善三相不平衡的方法主要有负载补偿及优化换相两种，其中负载补偿设备运行损耗较大、维护成本较高且存在与电网发生谐振的风险；从根本上解决三相负荷不平衡问题，最便捷的方法就是对用户的接入相序进行调整，可进而分为人工调整和智能调整两类。人工调整费时费力且效率低下，已无法满足电网发展的需求；而通过智能算法高效、便捷地对相序进行优化调整从而实现自动换相已经成为当下的重要发展趋势。另外，作为灯光站灯光的主要控制设备，调光器的光级调控与三相电流分布及其不平衡现象也存在着密切的关系，尽管智能换相是解决三相负荷不平衡问题的主要手段，但其中不可避免的开关换相动作也存在一定的安全风险，从实际应用角度来看，在条件许可时，通过调光器的光级调整来改善三相电流不平衡的分布状况，其操作更为安全可靠、简便易行且成本更低，是未来解决助航灯光三相不平衡问题的趋势。

参考文献：

[1]王科平. 机场助航灯光维护管理系统开发研究[D]: [硕士学位论文]. 天津：中国民航大学，2019

[2]李永霞. 低压配电网三相不平衡智能换相控制系统[D] : [硕士学位论文]. 济南：济南大学，2019