摘要：在體育場館中，主要的用電負荷是場地照明、LED大屏、音響、新媒體設備等，屬于非線性電氣設備，在運行時會產生諧波，造成頻閃、線纜發熱，對通信、有線電視等弱電回路可能產生雜音，甚至產生故障。因此在電氣設計上應首先對可能產生諧波的設備分析計算并采取相應的抑制措施。本文通過介紹安科瑞APF有源電力濾波器在武漢軍運會場館集體亮化工程運維保障項目中的應用，簡析體育場館諧波特點及計算分析。

關鍵詞：武漢軍運會；體育場館；諧波治理；APF；有源電力濾波器；安科瑞

一、項目背景

2019年10月18日晚20時，世界軍人運動會，簡稱“軍運會”，是軍事體育理事會主辦的軍人高規格的大型綜合性運動會，每四年舉辦一屆，會期7至10天，比賽設27個大項，參賽規模約100多個8000余人，規模僅次于奧運會，是和平時期各國軍人展示實力形象、增進友好交流、擴大影響的重要平臺，被譽為“軍人奧運會”。

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

二、項目情況

此次武漢軍運會主場館為武漢體育中心，其位于武漢經濟技術開發區（沌口）內，由體育場、體育館和游泳館（一場兩館）及其它附屬建筑構成。中心賽時主要承擔開閉幕式以及女子排球、游泳、跳水等項目比賽。

武漢自成功申辦第七屆軍運會以來，為展示江城*夜景魅力，大力建設兩江四岸景觀照明工程，運用流光溢彩的燈光集中展示城市文化。燈光秀運用大量LED燈具，勢必會產生3次諧波電流，此時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多樣風采，作為武漢向世界展示的一張名片，不容有失。

三、項目進程

3.1前期勘察

未治理前現場數據分析

由以上數據分析，不難看出各個配電箱總進線端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。這主要是因為現場主要負荷是開關電源型，開關電源型負荷有2大特點：

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5A左右的開關電源，會發現其3次諧波電流畸變率可高達120%左右，隨著多個開關電源的并聯，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的占比會相應減小，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%的范圍內變化。

其二是一般純開關電源的無功特性為容性無功居多，無功功率實際上是分為感性無功和容性無功，我們常見的用電負荷基本都是感性負荷，從而產生的無功為感性無功，為了補償這個感性無功，一般都會用主動投入電容器的方法注入容性無功，和系統中的感性無功相抵消，從而達到補償無功功率提高功率因數的效果。但是開關電源的無功本身屬于容性無功，這時候如果主動投入電容器的話，反而會使系統無功功率增加，會出現功率因數急速降低的現象。

3.2現場問題提出

通過實測數據的分析，不難看出當前系統存在以下幾點問題：

（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配電箱都沒有規律可循；

（5）開關電源型負荷基波功率因數cosφ為容性，其值未知，但從PF=P/S=COSφ/(sqrt(1+THDi*THDi))公式不難發現，只要THDi減小，就可以使全波功率因數相應減小。

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次諧波進行治理，勢必可以大幅度的減少各個配電箱系統N線電流值，顯著提高其功率因數。

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：現場安裝實物圖

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行采樣，（部分配電柜內不方便安裝新互感器故與柜內計量表公用一組互感器串聯采樣）。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線纜接進壁掛開關箱內下端，上端引至配電箱主開關下發。使用線纜線徑見下表。

表3：線纜選型表

3.4調試效果

3.4.1看圖說明

圖4：TYZX-AL8

如圖4：根據治理方案可得知，此次我們需要測量的數據主要為N相電流及總畸變率。上圖左上為各監測點電流，右上為對應電流畸變率。Irms 1為相線網側電流，2為相線負載電流，3為N相網側電流，4為N相APF發出電流。看圖可得知體育中心AL8號箱子負載經過APF設備治理后，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相網側電流為37A。已經滿足治理方案中對治理效果的預期要求。下方為各個配電箱在我司APF投入使用后所測得數據。

3.4.2數據統計及對比

下表5中，序列號后數據上方為10月1日前測量數據，未經過電能質量綜合治理，下方為10月6日與10月7日所測數據。

因為各個配電房內無明顯三相不平衡現象，所以相線電流取一相用作對比。

治理前網側數據與治理后負載側數據稍有偏差，但不影響對比。

表5： 補償前后對比表 

根據上表5可得知，各個配電箱內電能質量經過治理后有顯著改善，滿足前期治理方案中的要求。

四、項目總結

此次項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的可靠運行并將持續保障整個賽事期間的亮化工程。感謝中信建筑設計研究總院領導、現場各部門、安科瑞電能質量事業部&節能控制事業部&營銷中心湖北大區的全力支持，大家頂住壓力、快速反應（技術方案、現場勘測、迅速發貨），秉著只許成功且零閃失的宗旨，提前完成項目調試驗收，治理結果比預期更好，也經受住了開幕式輪的考驗。

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