通信枢纽楼如何防止容性负载诱发谐振过载宕机的探讨

虎佐翰

（中国移动通信集团甘肃有限公司平凉分公司，甘肃 平凉 744000）

0 引 言

新建成的公司枢纽楼，由于负载较轻，大部分开关电源及UPS均处于容性工作状态，通过对平凉新建第二枢纽楼核心机房维护发现，对运行设备采取一定措施处理也可以解决容性负载的困扰，将交流配电由容性负载变为感性负载。

1 容性负载和感性负载构成

（1）机房常见容性设备

UPS（尤其使用六波工频UPS）；直流开关电源。

（2）机房常见感性设备

变压器，机房专用空调；电梯；含电机的设备；照明设备等。

2 容性负载常见处理方式

2.1 直流-48 V、直流240 V、直流336 V开关电源

目前新建枢纽楼核心机房设计配置的开关电源模块均为满配置，当电源模块全部打开处于低负载运行期间，如果未按照配置关闭部分电源模块或未处于节能运行状态，除了正常运行能源消耗高外，还对外呈现容性，尤其多套开关电源同时开启，造成总回路容抗很大，直接影响供电可靠性[1]。

解决方法：（1）对于大负载直流开关电源（负载大于600 A），根据负载电流+充电电流+1至2块电源模块备用模块，选择配置电源模块总数量，同时通过计算实际启用电源模块平均工作电流要小于开关电源实际默认设置40%节能点电流运行设置，两者取其最大配置值，打开节能运行模式，开关电源就处于节能工作状态，单模块处于70%～80%大容量输出工作状态，其他模块处于热备份工作状态。（2）对于小负载直流开关电源（负载小于600 A），除了采用节能配置外，对于多余电源模块采用拔出处于冷备份工作状态。图1为平凉移动通信分公司小容量负载输出开关电源柜（430 A），除了开关电源模块处于节能运行模式，另半架电源模块直接拔出冷备份；图2为大容量负载输出开关电源柜（920 A），全部开启并处于节能运行模式。

图1 小容量开关电源柜

图2 大容量开关电源柜

2.2 UPS设备

在UPS选型中，由于六波工频UPS价格低，集采时往往容易中标，目前在通信机房中大量使用，这种设备相比较12波工频UPS，由于倒灌谐波分量大，设备出厂时均配置输入端防杂波电容组件，造成空载和轻载时呈现容抗很大。

解决办法：（1）对于六波UPS空载或轻载时可以考虑暂缓安装防杂波输入端电容组件。（2）对于模块化UPS可以采用降低模块开启数量来降低容性。

2.3 整治前后对比

高低压配电回路功率因数COSф值对比，通过对平凉移动第二枢纽楼5套维谛开关电源进行节能和电源模块冷备份设置，同时调整空调开启数量，观察高低压配电总回路从容性负载区域变为感性负载区域[2]。未处理前同时未加载空调运行如图3所示，功率因数为容性0.89；处理后同时加载空调正常运行如图4所示，功率因数为感性0.99，刚好处于感性区域。

图3 功率因数示意(未处理)

图4 功率因数示意(处理后)

3 容性负载造成的危害

3.1 高低压配电设备

设备运行过程中，由于负载的不断变动，当供电回路感抗和负载端容抗接近时，在配电回路中就会产生谐振，虽然发生谐振的概率很低，但谐振像一个定时炸弹始终在潜伏，随时都有可能触发，尤其启动发电机运行在容性负载环境时最易产生谐振，对于新建枢纽大楼虽然配电回路负载很轻，谐振一旦发生瞬间会形成高电压大电流振荡冲击，大电流直接会顶爆10 kV高压真空断路器及低压配电总输入断路器，对于维护人员来说几乎很少碰到此类问题，一旦发生会误认为低压侧设备短路，没有找见故障源不敢去二次合闸，尤其在一些IDC数据中心，长时间断电会直接影响负载正常工作[3]。

3.2 UPS设备

由于谐振发生时，会瞬间产生高电压大电流振荡冲击，往往同时会造成UPS输入端电容器爆燃，维护人员会误以为电容器质量问题或者老化产生爆燃，像这种过载维护人员会误认为故障源在UPS电容老化问题而忽略谐振，关掉故障UPS，重新合闸后由于发生瞬间谐振概率很低设备恢复正常供电[4]。但如果UPS输入端滤波电容没有爆燃，维护人员就会一头雾水，由于找不见过载短路点，没有人敢去二次合闸往往耽搁故障处理时限，这种故障现网已发生多次案例，所以对于容性负载易发生谐振要从理论上认真学习，从根本上彻底消除供电回路容性问题。

3.3 发电机设备

备用发电机供电时，由于发电机本身为感性负载，如果由于供电回路属于容性负载出现谐振，也会造成发电机瞬间过载停机，如果是多台发电机并机输出，也会造成并机同步输出失败，并机发电机由于不同步运行会同时发生过载喘振强制停机，输出电源线由于瞬间大电流过载，交流输出电源线如果未捆扎好会产生甩鞭效应，瞬间大电流电源线会跳起来，谐振瞬间会烧毁发电机同步控制板，造成二次启动并机发电机时无法实现同步输出[5]。

3.4 计费问题

如果高低压配电回路呈现容性，电力计费无功表会产生倒转为负值，相当于给电力供电网进行倒补偿，电力公司计费出账时往往会叠加罚款或要求对电力公司供电网容性倒补偿问题进行整改。

4 结 论

新建枢纽机楼由于轻载大部分呈现容性状态，由于交流供电回路发生谐振的概率很低，通信设备表象上看长期处于正常运行状态，供电回路呈现容性往往不会引起维护人员的重视，一旦发生谐振后果很严重，根据谐振发生的概率大部分都是处于停电来电负载柜逐步合闸加载环节和主备电源倒换环节发生，尤其处于发电机带载运行环节。通过维护人员对本文学习，遇见此类故障时不慌张，判断低压侧无短路时敢于合闸，缩短故障处理时间，另一方面重视容性负载，通过整改使得供电回路处于感性负载区域，彻底规避交流供电回路谐振发生。