摘要：在体育场馆中，主要的用电负荷是场地照明、LED大屏、音响、新媒体设备等，属于非线性电气设备，在运行时会产生谐波，造成频闪、线缆发热，对通信、有线电视等弱电回路可能产生杂音，甚至产生故障。因此在电气设计上应首先对可能产生谐波的设备分析计算并采取相应的抑制措施。本文通过介绍安科瑞APF有源电力滤波器在武汉军运会场馆集体亮化工程运维保障项目中的应用，简析体育场馆谐波特点及计算分析。

关键词：武汉军运会；体育场馆；谐波治理；APF；有源电力滤波器；安科瑞

一、项目背景

2019年10月18日晚20时，世界军人运动会，简称“军运会”，是国际军事体育理事会主办的全球军人的大型综合性运动会，每四年举办一届，会期7至10天，比赛设27个大项，参赛规模约100多个国家8000余人，规模仅次于奥运会，是和平时期各国军队展示实力形象、增进友好交流、扩大国际影响的重要平台，被誉为“军人奥运会”。

第七届世界军人运动会（7th CISM Military World Games），简称“武汉军运会”，于2019年10月18日至27日在中国武汉举行，赛期10天，共设置射击、游泳、田径、篮球等27个大项、329个小项。第七届世界军人运动会共有来自109个国家的9308名军人报名参加，是世界军人运动会历史上规模大、参赛人员多、影响力广的一次运动会。

二、项目情况

此次武汉军运会主场馆为武汉体育中心，其位于武汉经济技术开发区（沌口）内，由体育场、体育馆和游泳馆（一场两馆）及其它附属建筑构成。中心赛时主要承担开闭幕式以及女子排球、游泳、跳水等项目比赛。

武汉自成功申办第七届军运会以来，为展示江城独特夜景魅力，大力建设两江四岸景观照明工程，运用流光溢彩的灯光集中展示城市文化。灯光秀运用大量LED灯具，势必会产生3次谐波电流，此时零线电流是相线电流的1.5-2倍，会造成馈线柜空开跳闸。而体育中心一场两馆泛光照明工程将配合开幕式呈现多样风采，作为武汉向世界展示的一张名片，不容有失。

三、项目进程

3.1前期勘察

未治理前现场数据分析

由以上数据分析，不难看出各个配电箱总进线端A/B/C三相电流基本平衡，各相电流有效值不超过350A，但是N线电流有效值非常大，基本每个配电箱的N线电流都大于相线电流1-2倍左右。这主要是因为现场主要负荷是开关电源型，开关电源型负荷有2大特点：

其一是电流有效值分解后，谐波电流主要以3次谐波电流为主，一般其畸变率在70%-120%之间，如果单测某一个5A左右的开关电源，会发现其3次谐波电流畸变率可高达120%左右，随着多个开关电源的并联，总电流有效值会变大，3次谐波电流有效值也会变大，但是变大后的3次谐波电流有效值在中电流有效值内的占比会相应减小，所以从总谐波畸变率上看，总谐波电流畸变率会随着总电流有效值的增加而逐渐减小，一般会在70%-120%的范围内变化。

其二是一般纯开关电源的无功特性为容性无功居多，无功功率实际上是分为感性无功和容性无功，我们常见的用电负荷基本都是感性负荷，从而产生的无功为感性无功，为了补偿这个感性无功，一般都会用主动投入电容器的方法注入容性无功，和系统中的感性无功相抵消，从而达到补偿无功功率提高功率因数的效果。但是开关电源的无功本身属于容性无功，这时候如果主动投入电容器的话，反而会使系统无功功率增加，会出现功率因数急速降低的现象。

3.2现场问题提出

通过实测数据的分析，不难看出当前系统存在以下几点问题：

（1）N线电流比相线电流大1-1.7倍左右；

（2）N线电流的主要谐波频次为3次谐波，但同时还有其他3N次谐波和不平衡电流；

（3）3次谐波有效值的3倍，实际小于N线电流；

（4）总电流畸变率都相对比较高，而且从3次谐波的占比看各个配电箱都没有规律可循；

（5）开关电源型负荷基波功率因数cosφ为容性，其值未知，但从PF=P/S=COSφ/(sqrt(1+THDi*THDi))公式不难发现，只要THDi减小，就可以使全波功率因数相应减小。

综上所属，比较明确的是3次谐波电流有效值已知，如果针对3次谐波进行治理，势必可以大幅度的减少各个配电箱系统N线电流值，显著提高其功率因数。

3.3方案选型

安装接线示意图

图1：滤波器安装一次图

图2：现场安装实物图

安装接线概述：壁挂模块挂在配电箱旁边的墙上，使用500/5互感器如上图所示进行采样，（部分配电柜内不方便安装新互感器故与柜内计量表公用一组互感器串联采样）。电流采用线缆使用2.5mm²BVR线缆。壁挂模块单模块一次线缆使用ZR-BVR 50mm²线缆接进壁挂开关箱内下端，上端引至配电箱主开关下发。使用线缆线径见下表。

表3：线缆选型表

3.4调试效果

3.4.1看图说明

图4：TYZX-AL8

如图4：根据治理方案可得知，此次我们需要测量的数据主要为N相电流及总畸变率。上图左上为各监测点电流，右上为对应电流畸变率。Irms 1为相线网侧电流，2为相线负载电流，3为N相网侧电流，4为N相APF发出电流。看图可得知体育中心AL8号箱子负载经过APF设备治理后，相线电流从175左右降到128左右。APF的零线电流治理了274A的谐波后N相网侧电流为37A。已经满足治理方案中对治理效果的预期要求。下方为各个配电箱在我司APF投入使用后所测得数据。

3.4.2数据统计及对比

下表5中，序列号后数据上方为10月1日前测量数据，未经过电能质量综合治理，下方为10月6日与10月7日所测数据。

因为各个配电房内无明显三相不平衡现象，所以相线电流取一相用作对比。

治理前网侧数据与治理后负载侧数据稍有偏差，但不影响对比。

表5： 补偿前后对比表 

根据上表5可得知，各个配电箱内电能质量经过治理后有显著改善，满足前期治理方案中的要求。

四、项目总结

此次项目的重要性不言而喻，随着开幕式成功落下帷幕，安科瑞APF有源电力滤波器有效保障了武汉体育中心场馆泛光照明供配电系统的可靠运行并将持续保障整个赛事期间的亮化工程。感谢中信建筑设计研究总院领导、现场各部门、安科瑞电能质量事业部&节能控制事业部&营销中心湖北大区的全力支持，大家顶住压力、快速反应（技术方案、现场勘测、迅速发货），秉着只许成功且零闪失的宗旨，提前完成项目调试验收，治理结果比预期更好，也经受住了开幕式的考验。

祝第七届世界军人运动会圆满成功，各国军人赛出佳绩。共同传递和平薪火，四海兄弟携手同行。