机场照明站是一个特殊而非常重要的电力行业,不同于一般的民用电力。助航照明是机场重要的视觉助航设施,引导航空器安全起飞、着陆和滑行,对持续稳定的电力供应和平稳运行的照明站有很高的要求。在我国《负荷分级表》中,民用机场的助航照明系统设施和平台站被归类为特别重要的一级负荷,因此保证机场照明站的供电质量至关重要。与一般配电平台区域相比,机场照明站的电力负荷具有以下主要特点:
(1)作为一个特别重要的一级负荷,照明站的平稳可靠运行关系到飞机的正常运行和人身安全,因此对电能质量和可靠性必须有非常严格的要求:为保证安全运行,照明站的供电可靠性不得低于99%。
(2)与民用配电平台区域相比,虽然机场照明站设备体积较大,但电流变化频率和随机性较低,相对稳定。受各种因素影响,虽然恒流调光器的电流变化不确定,但一般来说,照明站照明水平的变化只与时间、天气等影响能见度的因素有关。一般来说,夜间、雨天、雾天等情况下开灯较多,光级较高。
(3)由于机场助航照明站的主要负荷恒流调光器为不对称负荷,采用可控硅移相调压技术控制正弦波切割的输出电流,其供配电常出现电力谐波干扰问题。目前,正弦波调光柜的出现有效地改善了电力谐波问题,国内机场已开始使用正弦波调光柜取代可控硅调光柜。
(4)除了电力谐波干扰外,机场照明站的不对称负荷也容易导致三相不平衡。恒流调光器作为照明站的主要电气设备,其功能是调节机场助航灯的光强。与一般低压配电不同,助航照明站的供电方式通常为三相五线系统,即恒流调光器的工作零线和保护零线分开铺设。调光器的电源也不同于一般的单相负荷,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,受可控硅等设备的影响,整流逆变后波形变为非线性输出波形,导致三相不平衡,机场照明站仍缺乏从根本上改善三相不平衡的方法。
三相不平衡的主要原因有三:
(1)负荷分配不合理。在许多配电平台区域,由于施工人员不太了解三相不平衡问题,施工过程中表箱随机连接导致相负荷过载,其他相负荷较小,导致不平衡;此外,由于配电网改造不同,树线结构的矛盾不可避免,也可能导致三相负荷不平衡。
(2)集中用电引起的三相不平衡。更常见的是季节性集中用电和定期集中用电,冬夏空调、电加热器等大功率电气设备;夜间照明设备的大规模使用可能导致线路负荷失衡。
(3)由负荷本身特性引起的三相不平衡。例如,机场照明站的调光器是380V线路电压供电,特殊的电源机制导致负荷不平衡和各种非线性设备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两种:负荷补偿和优化换相,其中负荷补偿设备运行损耗大,维护成本高,与电网谐振的风险大;从根本上解决三相负荷不平衡问题最方便的方法是调整用户的接入顺序,可分为人工调整和智能调整。人工调整费时费力,效率低下,已不能满足电网发展的需要;通过智能算法高效、方便地优化调整相序,实现自动换相已成为当前的重要发展趋势。此外,作为照明站照明的主要控制设备,调光器的光级控制与三相电流分布及其不平衡密切相关。虽然智能换相是解决三相负荷不平衡问题的主要手段,但不可避免的开关换相动作也存在一定的安全风险。从实际应用角度看,在条件允许的情况下,通过调光器的光级调整,可以改善三相电流不平衡的分布。