探析通信电源系统中谐波治理

2016-08-08聂海锋

大科技 2016年7期

关键词：谐波滤波器滤波

聂海锋

（中国民用航空西北地区空中交通管理局陕西西安 712000）

探析通信电源系统中谐波治理

聂海锋

（中国民用航空西北地区空中交通管理局陕西西安 712000）

通信电源在通信系统中是非常重要的组成部分，由于各种非线性符合的大量应用，大量谐波开始产生，对整个电力系统造成了“污染”，进而增加了设备附加损耗，设备效率与利用率大大降低。基于此，本文从不同角度对通信电源系统中的谐波治理展开分析，供大家参考。

通信电源系统；谐波；治理

随着当前通信技术的快速发展，通信电源容量及供电质量要求也在持续升高，由于非线性设备及整流电路的大量布置（某建筑非线性设备设置示意图如图1），通信供电系统中谐波含量在不断增加，这不仅对通信供电系统的稳定性造成了一定影响，同时也对系统中设备造成了严重威胁。因此，对通信电源系统中的谐波进行治理很有必要。

图1

1 谐波的产生及危害

我国规定交流电频率为50Hz，但是会出现一些非50Hz的频率，这些非正弦波或者非50Hz的正弦波均为谐波。对于通信电源系统来说，随着UPS电源等大量电源设备的应用，同时随着机房中通信非线性负载数量的增多，使得通信电源系统中谐波的含量也快速攀升，这无疑对电网的供电稳定和供电质量造成了严重的不利影响。此外，随着电网中谐波含量的增加，其产生的电磁辐射会利用噪声的形式对大量通信设备造成危害，进而使系统设备发生故障。谐波污染电能以后，必然会对通信供电系统的运行效率造成影响，同时也有可能会对系统中正在运行的设备造成严重损坏，进而对整个通信电源系统的稳定与安全造成严重威胁。最后，随着谐波含量的不断增加，还会对电力电容器、变压器以及电力线缆等系统中的设备造成严重影响，最终出现短路、漏磁以及铁损等问题，对电力系统造成严重的损失。

2 通信电源系统谐波分析

2.1 谐波的影响范围

我国对电压的幅值提出了明确要求，上文中提到，电网中电源提供的电压大小为50Hz，然而这种电压并非一直稳定，随着谐波的加入，电网也会受到不同程度的影响，因此实际上电压幅值已经超过了要求的大小，其频率也并不单一，这种情况下负载运行环境稳定性不强，甚至对正常负载造成了一定影响。某电路控制系统图如图2。

图2

具体来说，谐波对电网产生了以下几方面影响：第一，随着谐波的产生，电流会加剧变压器的铜损及漏磁等问题，同时随着谐波产生的电压还会使铁磁程度增加，增大噪声，使整个线圈电流增加，此外变压器铁芯在磁通量高频交变过程中还会出现涡流等一系列现象。另外，电源系统也会受到谐波的影响，会使电网运行效率降低，使其输出的电能不能有效利用，不仅浪费了能源，同时大大降低了仪表的精度。

2.2 谐波治理的必要性

之所以供电系统会出现这么多谐波，主要是因为通信楼机房中安装了大量的变频空调、UPS等非线性设备，一旦出现谐波，将会严重影响供电系统提供的电能质量，不可避免的降低通信设备受到的危害。此外，通信系统中负载主要可以分成保障负载和非保障负载两种类型，其中保障负载主要包括上文中提到的机房专用空调、UPS及开关电源，而非保障负载是指我们日常办公、生活等使用的电梯、照明等负载。

滤波及整流等非线性元器件本身的功率就非常大，将其应用到开关电源、UPS时，整个宫殿系统将会产生大量谐波电流，同时在这些谐波电流的影响下，电压波形将会严重变形，进而大大降低整个系统的功率。在开始进行谐波治理之前，谐波电流含量不能超过50%，同时谐波电压含量应该保持在5～11%之间，功率应该在0.7～0.85之间。以前很多厂家的开关电源产品本身存在大量的谐波电流，例如3000A的开关电源，如果其所接负载率为50%，那么中谐波电流就已经达到了40%，功率仅仅为0.8。

一般来说，通信枢纽楼中的开关电源、UPS开关中的大容量系统占大多数，其中，UPS容量大概在300～500kV之间，开关电容量在2000～3000A之间，其输入电流往往比较大。同时，开关电源、低压配电系统等一般不会同时被安装在同一楼层，以避免增加输入电缆的长度，减小线路压降，避免严重发热问题的发生。所以，通常情况下我们要对UPS这类开关电源谐波问题进行处理，最好应该选择就近的方式进行解决。

3 通信电源系统中谐波治理的对策

3.1 通信电源系统

直流供电系统（如图3）是由开关电源、蓄电池组、配电线路等部分组成的整体。通常情况下通信电源系统主要包括油机供电系统、双回路10kV高压系统、直流供电系统等部分。在整个通信行业中通信电源系统虽然占据的比例比较小，但是在整个通信网络中，它属于关键技术设施之一，在通信网络上是不可替代的独立专业。

3.2 通信电源谐波治理要求

按照相关规程及标准中的要求，通信枢纽配置固定柴油发电机组的额定电流，其中的5%为谐波电流含量上限，如果谐波电流有效值超过了5%，或者谐波电压畸变率在5%以上，从理论上来说有必要对该枢纽供电系统展开必要的谐波处理。

变压器谐波治理上限为其额定电流的5%。一旦谐波电流有效值超过了5%，或者谐波电压畸变率在5%以上，从理论上来说应该对其进行谐波治理，否则应该对其进行降容使用。

图3

各级低压配电系统的输入端上限为系统额定电流的15%，一旦谐波电流有效值在15%以上，或者谐波电压畸变率在5%以上，从理论上来说应该对其进行谐波治理，或者进行电缆的更换，否则应对其进行降容使用。

电容器在低压供电系统中所处位置存在一定差别，因此应结合电容器在低压供电系统中的不同位置上的不同谐波情况，对电抗器进行合理选择，利用电抗器的串联来抑制谐波。

3.3 谐波治理方法与设备选择

从通信电源系统谐波治理上来看，主要有两种抑制方法：①对通信电源系统中谐波的产生进行抑制；②利用有效措施进行治理，产生谐波。从通信供电系统的角度来看，谐波源最为严重的就是系统中的整流设备，因此如果在治理过程中遇到不能避免的谐波，这时可以对系统中的相关设备进行技术升级，通过这种方式减少系统设备谐波。在治理过程中还可以详细的分成三种治理方式：①就地治理；②区域治理；③集中治理。由以上分析和研究中看出，不管是哪种治理方式，都要利用假设滤波设备来消除系统中的谐波干扰。所以滤波设备的选择成了通信系统中治理谐波问题的关键所在。

3.4 谐波治理设备的安装和调试

混合型滤波器、无源滤波器及有源滤波器是三种典型的谐波治理设备，混合型滤波器的应用中可以和其他两种滤波器串联，将其看做一个抗阻器件，可以有效避免电网中谐波的流入，最终达到避免谐振、隔离谐波等作用。无源滤波器可以按照元器件容量与安装位置，将其安装到系统电力设备输入端，用来进行综合滤波，这种治理谐波的方式过滤谐波效果非常好，但是只能对固定频率进行滤波治理，加上存在参数漂移等问题，其滤波效果尚有待提高。有源滤波器可以对系统中谐波实施动态补偿，以降低高次谐波电流造成的线路及设备损耗等相关问题，谐波抑制效果比较好，但是由于其结构复杂，补偿产生的功耗也比较高。