广播电视工程中无功补偿与谐波治理的技术研究

梅健

（吉林广播电视台 吉林长春 130000）

在广播电视工程建设及运营过程中，较大负荷的电力设备会产生无功功率，种类复杂的电子信息产品也会产出大量谐波电流，严重影响到广播电视工程的稳定性，并使无功补偿装置极易出现故障问题。在没有做好无功补偿及谐波治理工作的情况下，谐波电流会导致电缆及变压装置过热，从而引发一系列严重的安全事故问题。由此可见，在现阶段广播电视工程建设与内部电气系统设计期间，需着重关注无功补偿装置的优化工作，结合谐波对电力系统的各类不利影响，制订出专项可行的谐波治理方案。

1 广播电视工程无功补偿与谐波治理重要意义

随电力技术发展速度不断加快，广播电视行业对电力资源传输质量及电力系统运行期间的安全稳定性提出了更高要求。就目前来看，广播电视工程内电力系统由各规格不同的晶闸管、电子设备组成，非线性负载量较大。因变流器、直流电动机、变压器及交流电动机结构日渐复杂，保障低压系统中的电能质量及控制线路损耗量的工作难度更大，在广播电视工程建设发展期间需要着重做好无功补偿及谐波治理工作。

通过对比分析现有广播电视工程内各变压装置运行线路的谐波监测结果，发现工程内线路谐波超标量最大的是发射机房，其他常用线路的谐波产出量较小。遵照现有国家颁布的电能质量公用电网谐波规定，发现为保障电视节目安全高效播出，必须将无功补偿与谐波治理落实在日常工作任务中，选择适宜的无功补偿及谐波治理技术方案，优化无功补偿装置功能，最大限度地减小无功功率与谐波对电力系统造成的危害，控制后续电力设备运维成本。

2 广播电视工程无功补偿特征

当前，广播电视工程内电力有源滤波及无功综合补偿的常见装置为低压有源滤波器。有源滤波器内包括高性能数字处理装置、高频电力电子变流技术，可用于抑制谐波与动态无功补偿。相较于传统滤波装置而言，有源滤波器能够切实提升广播电视工程电力系统的抗谐振及谐波治理水平，实现节能增效目标。不仅如此，有源滤波器以广播电视工程运行期间的制作、传输、发射及播出环节的电负荷为服务对象。其中，发射机房运行电力负荷量较大，对电力资源传输期间的稳定可靠性要求更高，在使用UPS电源时，也会不可避免会产生较多谐波电流量。同时，广播电视工作还需要电子计算机、打印机、照明装置等电力装置辅助，使无功补偿工作应始终处于不断优化状态。

3 广播电视工程无功补偿装置缺陷

在谐波电流量超标的情况下，电力系统运行期间的安全及可靠性将会受到严重威胁。通过分析广播电视工程运行现状，发现用电容补偿的主要方法为提高功率因数。但在无功补偿装置中，依然存在以下缺陷问题。

（1）电容量基波电流不断叠加，产出的谐波电流会使电容量电流有效值增大，电力装置运行期间的温度提升，在没有得到及时维护的情况下，电容器极易被烧坏。

（2）电容装置中的基波电压及谐波电压进一步累加，使电容量的电压峰值增大，进而引发电容器损害问题［1］。

（3）电力系统会与运行状态下的电容器产出谐振，使谐波放大。在此过程中，电容装置不仅极易出现故障问题，其他电力设备也会面临不同的安全威胁。虽然提高功率因数直接补偿电容的方式能够有效控制无功消耗量，但难以有效治理谐波，并会与电网谐振电发生共振，使谐波放大，进而引发系统崩溃问题。由此可见，为有效弥补电容器的不足之处，还需要配合使用消谐滤波补偿装置。

4 广播电视工程谐波产生原因及危害

4.1 谐波产生原因

广播电视工程中的无线电设备谐波电能实际危害较大，谐波产生原因种类多，实际管控难度不断增长。通过分析广播电视工程运行案例，发现诱发谐波问题的原因多体现在以下几个方面。

（1）非线性负载量过大。在非正弦电流产生时，负载电流产出的谐波广播并不具备有线性关系，非正弦谐波电流可使无线电产出谐波，电流中的频率及波频率差距较大。结合波形特征，如某波形分解出的量值不同［2］，该量值可利用正弦谐波基本波表示。通常情况下，谐波可分为奇数次谐波与偶数次谐波两种类型。其中，奇数次谐波的危害程度远大于偶数次谐波。

（2）电力传输及生产期间产出谐波。在广播电视工程电力系统运行期间的谐波主要是由发电站电路连接方式及结构决定。发电站布线及转换处理方法是基频正弦斜波电源发电，可直接影响到发电机产生的电压值与谐波量。

（3）其他电气设备也会引发谐波，如电路开关电源、整流器、变频器、含有铁芯的电力装置、依靠电弧运行的电力设备等。

4.2 谐波危害

4.2.1 对电力设备造成危害

在广播电视工程内电力设备运行期间，设备容量及负载量会出现不匹配问题，进而产出谐波电流，谐波会导致部分电力设备出现不同程度的损坏。在广播电视工程具体运行期间，谐波会引发严重的电力设备故障［3］，导致电力设备关闭，运行功率受到不利影响。在谐振电压增大的情况下，谐波电流量也会持续增长，使广播电视工程中的电力设备难以实现安全、可靠的运行，信息传递质量下降。

因国内许多广播电视企业在没有重视谐波处理工作的情况下，电力设备安全故障发生概率较高。以某企业为例，在其建设广播电视工程过程中应用了大量的变频装置，变频装置始终处于长时间的高负荷运行状态，更新速度缓慢，电路中的电容量更大，电容补偿过程中的电压值与谐波电流出现冲突，使电力设备难以实现正常运行目标。

4.2.2 使电气设备功率下降

广播电视工程电气设备运行期间，不可避免地会产出谐波，而谐波产生数量并不相同。在现有技术支持下，不同设备需要配合使用适宜的谐波治理技术。设备产生的热量损失较多，功率损失会进一步增加电力设备运行温度，导致设备运行期间的安全性及稳定性受到严重危险［4］。在温度持续增长的情况下，变电器运行变化较为显著，故障发生概率更高，使广播电视信息传输质量无法得到根本上保障。

谐波电流流经电力设备时的能耗量增大。其中，电力系统中变压器可分为三角连接与全星连接方式，不同连接方式对变压器的影响不同。三角连接方式下的变电器3次及3次以上的谐波会在变电器绕组中形成环流，环流后的设备绕组温度增高；全星型连接变压器绕组在以中性连接方式的运行时，内部电容量增加，并形成两次谐波谐振，影响设备运行功率。

4.2.3 引发电容器损坏问题

电容器是广播电视工程重要结构，电容器运行能耗量会影响到电气设备使用寿命。电气设备会受各类因素影响而产生谐波，使电容装置结构出现损坏问题。由于电力系统运行期间的电压不稳定，电气设备运行寿命缩短，谐波产出量持续增长。在谐波达到峰值的情况下，电力系统中的电流异常问题将更加显著，使电容装置故障发生概率不断提升［5］。

5 广播电视工程无功补偿技术

5.1 滤波器

广播电视工程中的滤波器由电容电感及电阻组成，通过合理使用滤波器，能够控制现有电力线路中的不良频率。滤波器可分为有源线路滤波器与无源线路滤波器，不同滤波器的应用优缺点及适用范围不同，需要结合广播电视工程电力系统结构特征，选择适宜的滤波设备，控制电网偏差干扰值。

5.2 过滤法

当前，广播电视工程为实现节能增效目标，通常会使用有功补偿或无功补偿方式消除谐波。在滤波环节，需要保障谐波值符合现有工程建设技术规范，通过滤波器开展过滤工作。谐波处理环节需要做好谐波处理，并有效控制电力设备中的相关电能量。但受各类因素影响，滤波装置现有运行效果与预期目标存在一定差距，在实际广播电视工程建设环节的应用并不广泛。因过滤环节会使电力系统中的运行频率出现不同程度影响，消除仪器频率值，进而影响广播电视台信息传输质量水平。

因过滤技术尚未成熟，在当前广播电视里面仍然具备较大的发展空间，需要相关技术人员及研究学者加大过滤技术的优化及完善力度，确保过滤技术能够被有效应用在无功补偿与谐波治理环节。

5.3 无功补偿

在广播电视工程中的无功补偿技术实则就是采用科学合理方式提高电网的因数功率，进而降低工程中电路及电压装置的运行损耗量，改善广播电视系统供电环境。其中，有源电力补偿技术在特定的广播电视工程建设环境中得到了广泛普及。有源功率补偿技术能够有效拓展电子信号，并在拓展处理期间保持原有形式，提高信息补偿效率，使数字电视及广播电视的稳定性进一步增强。配合使用无功补偿方式还能够有效整合谐波，实现二次利用目标［6］。

6 广播电视工程无功补偿与谐波治理装置

6.1 无源滤波装置

广播电视工程运行期间，经常会因停电事故而导致播出工作无法有效开展。为避免设备运行故障问题出现，需要在电源开关处加装UPS装置。在变频系统及变频空调电路运行时，可使用无源滤波装置。

无源滤波装置是一种滤波电路形式，其内部由电感器、电容器及电阻设备组成，构成方式就是将电感器及电容电阻组合在一起，消除一次或多次谐波。为最大限度地保障谐波过滤效果，还可以将滤波装置的电感及电容设备串联在一起。

广播电视台会使用大量的大功率脉阶调制、整流开关设备、变频器、计算机设备，致使电力系统中会产生大量谐波，导致电力系统运行期间的稳定性及可靠性受到严重的不利影响。因此，需要在无源滤波器使用过程中采取并联安装方式与关键设备母线连接，进一步增强谐波治理环节的经济性及灵活性。

由于无源滤波器补偿设备运行环节能够降低线路的损耗量，控制电磁波不利影响。滤波系统会存在较高次的谐波，节约电能，补偿功率因数。在无源滤波装置使用时，可配合使用适宜的电抗设备，切实保障电力系统安全可靠运行，有效完成广播电视工程中无功补偿及谐波治理任务。

在广播电视工程电力设备投入运行后，谐波监测采集数据会不同程度反映出设备运行状态，各线路奇数或偶数次谐波值。因此，需要做好电抗器、电阻器、电容数据的计算工作，根据数据参数分析结果，选择适宜的滤波装置。在低电压系统中，并联方式能够充分发挥出治理谐波的功能，并可作为无功补偿主要手段。在基波频率及谐波频率下，应着重关注无功电流及阻抗回路吸收谐波等工作，以进一步提升功率因数。由于一组非线性负荷电气系统的容量多大于200kVA，内部由整流器、变速传动装置组成，实际治理效果更为显著。

广播电视工程中的电气系统需要校正功率因数，为防止敏感负荷的电气设备受到谐波作用影响，还需要控制电压畸变与电流畸变量，防止电气设备运行环节出现过载问题。

为有效降低广播电视工程因停电现象而引发的停播事故几率，还应当将无源滤波装置安装在适宜位置。比如，广播电台建设规模较小、用电负荷量较小的情况下，电力负荷由一台变压器产出，电力系统内变频装置、计算机设备运行期间的谐波电流差异性更大，对上级电网系统造成一定威胁，因此，需要使用集中治理方式，将无源滤波设备并联安装在低压配电柜的母线上。

因无源滤波补偿设备能够有效控制谐波引发的电路损耗及干扰量，还可以提升广播电视工程实际运行期间的电力资源利用率，使补偿后的无功因数能够切实满足当地供电部门安全运行要求。

6.2 有源滤波装置

有源滤波装置的运行原理主要就是关断电力电子器件，将补偿电流注入到交流电网中，负载注入电网与幅度相同的谐波电流，对负载产生的谐波电流进行抵消。

在发射机房内的辅助供电方式为两路380V供电，电压波动值为±10%。为保障低压配电系统安全高效运行，需要着重关注低压配电系统管理工作，增强电力电子变流器的响应速率及可控性。在有源滤波装置运行环节，为使变压器能够产生与基波电流方向相反、大小成比例的电流值，应当做好基波电流的检测工作。

7 广播电视工程无功补偿与谐波治理建议

为从根本上提升广播电视工程无功补偿与谐波治理水平，需要结合工程实际情况，明确分析有源滤波装置及无源滤波装置的运行特征及优缺点。当前，大功率注入混合型有源滤波器是国内外重要发展对象，也是谐波治理发展趋势，需要着重开展相关设备的研发与推广工作。

8 结语

总而言之，广播电视工程运行水平与大众生活生产质量息息相关。为延长工程各电气设备运营寿命，从根本上降低电力系统故障问题发生概率，还需要着重分析现有广播电视工程无功补偿装置不足之处，结合现有谐波治理目标，选择适宜的无功补偿治理方案。当前，应用在无功补偿及谐波治理中的技术种类较多，还应当重点剖析不同治理技术应用优缺点，不断优化无功补偿谐波治理流程。