探析通信電源系統(tǒng)中諧波治理

聶海鋒

（中國民用航空西北地區(qū)空中交通管理局 陜西西安 712000）

探析通信電源系統(tǒng)中諧波治理

聶海鋒

（中國民用航空西北地區(qū)空中交通管理局 陜西西安 712000）

通信電源在通信系統(tǒng)中是非常重要的組成部分，由于各種非線性符合的大量應(yīng)用，大量諧波開始產(chǎn)生，對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)造成了“污染”，進(jìn)而增加了設(shè)備附加損耗，設(shè)備效率與利用率大大降低?；诖?，本文從不同角度對(duì)通信電源系統(tǒng)中的諧波治理展開分析，供大家參考。

通信電源系統(tǒng)；諧波；治理

隨著當(dāng)前通信技術(shù)的快速發(fā)展，通信電源容量及供電質(zhì)量要求也在持續(xù)升高，由于非線性設(shè)備及整流電路的大量布置（某建筑非線性設(shè)備設(shè)置示意圖如圖1），通信供電系統(tǒng)中諧波含量在不斷增加，這不僅對(duì)通信供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成了一定影響，同時(shí)也對(duì)系統(tǒng)中設(shè)備造成了嚴(yán)重威脅。因此，對(duì)通信電源系統(tǒng)中的諧波進(jìn)行治理很有必要。

圖1

1 諧波的產(chǎn)生及危害

我國規(guī)定交流電頻率為50Hz，但是會(huì)出現(xiàn)一些非50Hz的頻率，這些非正弦波或者非50Hz的正弦波均為諧波。對(duì)于通信電源系統(tǒng)來說，隨著UPS電源等大量電源設(shè)備的應(yīng)用，同時(shí)隨著機(jī)房中通信非線性負(fù)載數(shù)量的增多，使得通信電源系統(tǒng)中諧波的含量也快速攀升，這無疑對(duì)電網(wǎng)的供電穩(wěn)定和供電質(zhì)量造成了嚴(yán)重的不利影響。此外，隨著電網(wǎng)中諧波含量的增加，其產(chǎn)生的電磁輻射會(huì)利用噪聲的形式對(duì)大量通信設(shè)備造成危害，進(jìn)而使系統(tǒng)設(shè)備發(fā)生故障。諧波污染電能以后，必然會(huì)對(duì)通信供電系統(tǒng)的運(yùn)行效率造成影響，同時(shí)也有可能會(huì)對(duì)系統(tǒng)中正在運(yùn)行的設(shè)備造成嚴(yán)重?fù)p壞，進(jìn)而對(duì)整個(gè)通信電源系統(tǒng)的穩(wěn)定與安全造成嚴(yán)重威脅。最后，隨著諧波含量的不斷增加，還會(huì)對(duì)電力電容器、變壓器以及電力線纜 等系統(tǒng)中的設(shè)備造成嚴(yán)重影響，最終出現(xiàn)短路、漏磁以及鐵損等問題，對(duì)電力系統(tǒng)造成嚴(yán)重的損失。

2 通信電源系統(tǒng)諧波分析

2.1 諧波的影響范圍

我國對(duì)電壓的幅值提出了明確要求，上文中提到，電網(wǎng)中電源提供的電壓大小為50Hz，然而這種電壓并非一直穩(wěn)定，隨著諧波的加入，電網(wǎng)也會(huì)受到不同程度的影響，因此實(shí)際上電壓幅值已經(jīng)超過了要求的大小，其頻率也并不單一，這種情況下負(fù)載運(yùn)行環(huán)境穩(wěn)定性不強(qiáng)，甚至對(duì)正常負(fù)載造成了一定影響。某電路控制系統(tǒng)圖如圖2。

圖2

具體來說，諧波對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生了以下幾方面影響：第一，隨著諧波的產(chǎn)生，電流會(huì)加劇變壓器的銅損及漏磁等問題，同時(shí)隨著諧波產(chǎn)生的電壓還會(huì)使鐵磁程度增加，增大噪聲，使整個(gè)線圈電流增加，此外變壓器鐵芯在磁通量高頻交變過程中還會(huì)出現(xiàn)渦流等一系列現(xiàn)象。另外，電源系統(tǒng)也會(huì)受到諧波的影響，會(huì)使電網(wǎng)運(yùn)行效率降低，使其輸出的電能不能有效利用，不僅浪費(fèi)了能源，同時(shí)大大降低了儀表的精度。

2.2 諧波治理的必要性

之所以供電系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)這么多諧波，主要是因?yàn)橥ㄐ艠菣C(jī)房中安裝了大量的變頻空調(diào)、UPS等非線性設(shè)備，一旦出現(xiàn)諧波，將會(huì)嚴(yán)重影響供電系統(tǒng)提供的電能質(zhì)量，不可避免的降低通信設(shè)備受到的危害。此外，通信系統(tǒng)中負(fù)載主要可以分成保障負(fù)載和非保障負(fù)載兩種類型，其中保障負(fù)載主要包括上文中提到的機(jī)房專用空調(diào)、UPS及開關(guān)電源，而非保障負(fù)載是指我們?nèi)粘＾k公、生活等使用的電梯、照明等負(fù)載。

濾波及整流等非線性元器件本身的功率就非常大，將其應(yīng)用到開關(guān)電源、UPS時(shí)，整個(gè)宮殿系統(tǒng)將會(huì)產(chǎn)生大量諧波電流，同時(shí)在這些諧波電流的影響下，電壓波形將會(huì)嚴(yán)重變形，進(jìn)而大大降低整個(gè)系統(tǒng)的功率。在開始進(jìn)行諧波治理之前，諧波電流含量不能超過50%，同時(shí)諧波電壓含量應(yīng)該保持在5～11%之間，功率應(yīng)該在0.7～0.85之間。以前很多廠家的開關(guān)電源產(chǎn)品本身存在大量的諧波電流，例如3000A的開關(guān)電源，如果其所接負(fù)載率為50%，那么中諧波電流就已經(jīng)達(dá)到了40%，功率僅僅為0.8。

一般來說，通信樞紐樓中的開關(guān)電源、UPS開關(guān)中的大容量系統(tǒng)占大多數(shù)，其中，UPS容量大概在300～500kV之間，開關(guān)電容量在2000～3000A之間，其輸入電流往往比較大。同時(shí)，開關(guān)電源、低壓配電系統(tǒng)等一般不會(huì)同時(shí)被安裝在同一樓層，以避免增加輸入電纜的長度，減小線路壓降，避免嚴(yán)重發(fā)熱問題的發(fā)生。所以，通常情況下我們要對(duì)UPS這類開關(guān)電源諧波問題進(jìn)行處理，最好應(yīng)該選擇就近的方式進(jìn)行解決。

3 通信電源系統(tǒng)中諧波治理的對(duì)策

3.1 通信電源系統(tǒng)

直流供電系統(tǒng)（如圖3）是由開關(guān)電源、蓄電池組、配電線路等部分組成的整體。通常情況下通信電源系統(tǒng)主要包括油機(jī)供電系統(tǒng)、雙回路10kV高壓系統(tǒng)、直流供電系統(tǒng)等部分。在整個(gè)通信行業(yè)中通信電源系統(tǒng)雖然占據(jù)的比例比較小，但是在整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)中，它屬于關(guān)鍵技術(shù)設(shè)施之一，在通信網(wǎng)絡(luò)上是不可替代的獨(dú)立專業(yè)。

3.2 通信電源諧波治理要求

按照相關(guān)規(guī)程及標(biāo)準(zhǔn)中的要求，通信樞紐配置固定柴油發(fā)電機(jī)組的額定電流，其中的5%為諧波電流含量上限，如果諧波電流有效值超過了5%，或者諧波電壓畸變率在5%以上，從理論上來說有必要對(duì)該樞紐供電系統(tǒng)展開必要的諧波處理。

變壓器諧波治理上限為其額定電流的5%。一旦諧波電流有效值超過了5%，或者諧波電壓畸變率在5%以上，從理論上來說應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行諧波治理，否則應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行降容使用。

圖3

各級(jí)低壓配電系統(tǒng)的輸入端上限為系統(tǒng)額定電流的15%，一旦諧波電流有效值在15%以上，或者諧波電壓畸變率在5%以上，從理論上來說應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行諧波治理，或者進(jìn)行電纜的更換，否則應(yīng)對(duì)其進(jìn)行降容使用。

電容器在低壓供電系統(tǒng)中所處位置存在一定差別，因此應(yīng)結(jié)合電容器在低壓供電系統(tǒng)中的不同位置上的不同諧波情況，對(duì)電抗器進(jìn)行合理選擇，利用電抗器的串聯(lián)來抑制諧波。

3.3 諧波治理方法與設(shè)備選擇

從通信電源系統(tǒng)諧波治理上來看，主要有兩種抑制方法：①對(duì)通信電源系統(tǒng)中諧波的產(chǎn)生進(jìn)行抑制；②利用有效措施進(jìn)行治理，產(chǎn)生諧波。從通信供電系統(tǒng)的角度來看，諧波源最為嚴(yán)重的就是系統(tǒng)中的整流設(shè)備，因此如果在治理過程中遇到不能避免的諧波，這時(shí)可以對(duì)系統(tǒng)中的相關(guān)設(shè)備進(jìn)行技術(shù)升級(jí)，通過這種方式減少系統(tǒng)設(shè)備諧波。在治理過程中還可以詳細(xì)的分成三種治理方式：①就地治理；②區(qū)域治理；③集中治理。由以上分析和研究中看出，不管是哪種治理方式，都要利用假設(shè)濾波設(shè)備來消除系統(tǒng)中的諧波干擾。所以濾波設(shè)備的選擇成了通信系統(tǒng)中治理諧波問題的關(guān)鍵所在。

3.4 諧波治理設(shè)備的安裝和調(diào)試

混合型濾波器、無源濾波器及有源濾波器是三種典型的諧波治理設(shè)備，混合型濾波器的應(yīng)用中可以和其他兩種濾波器串聯(lián)，將其看做一個(gè)抗阻器件，可以有效避免電網(wǎng)中諧波的流入，最終達(dá)到避免諧振、隔離諧波等作用。無源濾波器可以按照元器件容量與安裝位置，將其安裝到系統(tǒng)電力設(shè)備輸入端，用來進(jìn)行綜合濾波，這種治理諧波的方式過濾諧波效果非常好，但是只能對(duì)固定頻率進(jìn)行濾波治理，加上存在參數(shù)漂移等問題，其濾波效果尚有待提高。有源濾波器可以對(duì)系統(tǒng)中諧波實(shí)施動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，以降低高次諧波電流造成的線路及設(shè)備損耗等相關(guān)問題，諧波抑制效果比較好，但是由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，補(bǔ)償產(chǎn)生的功耗也比較高。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著非線性負(fù)載、電源設(shè)備在通信電源系統(tǒng)中的大量應(yīng)用，系統(tǒng)中產(chǎn)生了大量的諧波，嚴(yán)重威脅著通信供電系統(tǒng)運(yùn)行的安全性以及供電質(zhì)量，因此，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況選擇并安裝濾波設(shè)備，對(duì)系統(tǒng)中產(chǎn)生的諧波進(jìn)行抑制和治理，這對(duì)于通信電源系統(tǒng)中設(shè)備運(yùn)行效率的提高非常重要。

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TN86

A

1004-7344（2016）07-0288-02

2016-2-1

聶海鋒（1986-），男，助理工程師，本科，主要從事民航空管設(shè)備電源的維護(hù)管理工作。