探析通信電源系統中諧波治理

聶海鋒

（中國民用航空西北地區空中交通管理局 陜西西安 712000）

探析通信電源系統中諧波治理

聶海鋒

（中國民用航空西北地區空中交通管理局 陜西西安 712000）

通信電源在通信系統中是非常重要的組成部分，由于各種非線性符合的大量應用，大量諧波開始產生，對整個電力系統造成了“污染”，進而增加了設備附加損耗，設備效率與利用率大大降低。基于此，本文從不同角度對通信電源系統中的諧波治理展開分析，供大家參考。

通信電源系統；諧波；治理

隨著當前通信技術的快速發展，通信電源容量及供電質量要求也在持續升高，由于非線性設備及整流電路的大量布置（某建筑非線性設備設置示意圖如圖1），通信供電系統中諧波含量在不斷增加，這不僅對通信供電系統的穩定性造成了一定影響，同時也對系統中設備造成了嚴重威脅。因此，對通信電源系統中的諧波進行治理很有必要。

圖1

1 諧波的產生及危害

我國規定交流電頻率為50Hz，但是會出現一些非50Hz的頻率，這些非正弦波或者非50Hz的正弦波均為諧波。對于通信電源系統來說，隨著UPS電源等大量電源設備的應用，同時隨著機房中通信非線性負載數量的增多，使得通信電源系統中諧波的含量也快速攀升，這無疑對電網的供電穩定和供電質量造成了嚴重的不利影響。此外，隨著電網中諧波含量的增加，其產生的電磁輻射會利用噪聲的形式對大量通信設備造成危害，進而使系統設備發生故障。諧波污染電能以后，必然會對通信供電系統的運行效率造成影響，同時也有可能會對系統中正在運行的設備造成嚴重損壞，進而對整個通信電源系統的穩定與安全造成嚴重威脅。最后，隨著諧波含量的不斷增加，還會對電力電容器、變壓器以及電力線纜 等系統中的設備造成嚴重影響，最終出現短路、漏磁以及鐵損等問題，對電力系統造成嚴重的損失。

2 通信電源系統諧波分析

2.1 諧波的影響范圍

我國對電壓的幅值提出了明確要求，上文中提到，電網中電源提供的電壓大小為50Hz，然而這種電壓并非一直穩定，隨著諧波的加入，電網也會受到不同程度的影響，因此實際上電壓幅值已經超過了要求的大小，其頻率也并不單一，這種情況下負載運行環境穩定性不強，甚至對正常負載造成了一定影響。某電路控制系統圖如圖2。

圖2

具體來說，諧波對電網產生了以下幾方面影響：第一，隨著諧波的產生，電流會加劇變壓器的銅損及漏磁等問題，同時隨著諧波產生的電壓還會使鐵磁程度增加，增大噪聲，使整個線圈電流增加，此外變壓器鐵芯在磁通量高頻交變過程中還會出現渦流等一系列現象。另外，電源系統也會受到諧波的影響，會使電網運行效率降低，使其輸出的電能不能有效利用，不僅浪費了能源，同時大大降低了儀表的精度。

2.2 諧波治理的必要性

之所以供電系統會出現這么多諧波，主要是因為通信樓機房中安裝了大量的變頻空調、UPS等非線性設備，一旦出現諧波，將會嚴重影響供電系統提供的電能質量，不可避免的降低通信設備受到的危害。此外，通信系統中負載主要可以分成保障負載和非保障負載兩種類型，其中保障負載主要包括上文中提到的機房專用空調、UPS及開關電源，而非保障負載是指我們日常辦公、生活等使用的電梯、照明等負載。

濾波及整流等非線性元器件本身的功率就非常大，將其應用到開關電源、UPS時，整個宮殿系統將會產生大量諧波電流，同時在這些諧波電流的影響下，電壓波形將會嚴重變形，進而大大降低整個系統的功率。在開始進行諧波治理之前，諧波電流含量不能超過50%，同時諧波電壓含量應該保持在5～11%之間，功率應該在0.7～0.85之間。以前很多廠家的開關電源產品本身存在大量的諧波電流，例如3000A的開關電源，如果其所接負載率為50%，那么中諧波電流就已經達到了40%，功率僅僅為0.8。

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

3 通信電源系統中諧波治理的對策

3.1 通信電源系統

直流供電系統（如圖3）是由開關電源、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主要包括油機供電系統、雙回路10kV高壓系統、直流供電系統等部分。在整個通信行業中通信電源系統雖然占據的比例比較小，但是在整個通信網絡中，它屬于關鍵技術設施之一，在通信網絡上是不可替代的獨立專業。

3.2 通信電源諧波治理要求

按照相關規程及標準中的要求，通信樞紐配置固定柴油發電機組的額定電流，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該樞紐供電系統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，從理論上來說應該對其進行諧波治理，否則應該對其進行降容使用。

圖3

各級低壓配電系統的輸入端上限為系統額定電流的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，從理論上來說應該對其進行諧波治理，或者進行電纜的更換，否則應對其進行降容使用。

電容器在低壓供電系統中所處位置存在一定差別，因此應結合電容器在低壓供電系統中的不同位置上的不同諧波情況，對電抗器進行合理選擇，利用電抗器的串聯來抑制諧波。

3.3 諧波治理方法與設備選擇

從通信電源系統諧波治理上來看，主要有兩種抑制方法：①對通信電源系統中諧波的產生進行抑制；②利用有效措施進行治理，產生諧波。從通信供電系統的角度來看，諧波源最為嚴重的就是系統中的整流設備，因此如果在治理過程中遇到不能避免的諧波，這時可以對系統中的相關設備進行技術升級，通過這種方式減少系統設備諧波。在治理過程中還可以詳細的分成三種治理方式：①就地治理；②區域治理；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，都要利用假設濾波設備來消除系統中的諧波干擾。所以濾波設備的選擇成了通信系統中治理諧波問題的關鍵所在。

3.4 諧波治理設備的安裝和調試

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備，混合型濾波器的應用中可以和其他兩種濾波器串聯，將其看做一個抗阻器件，可以有效避免電網中諧波的流入，最終達到避免諧振、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，將其安裝到系統電力設備輸入端，用來進行綜合濾波，這種治理諧波的方式過濾諧波效果非常好，但是只能對固定頻率進行濾波治理，加上存在參數漂移等問題，其濾波效果尚有待提高。有源濾波器可以對系統中諧波實施動態補償，以降低高次諧波電流造成的線路及設備損耗等相關問題，諧波抑制效果比較好，但是由于其結構復雜，補償產生的功耗也比較高。

4 結語

綜上所述，隨著非線性負載、電源設備在通信電源系統中的大量應用，系統中產生了大量的諧波，嚴重威脅著通信供電系統運行的安全性以及供電質量，因此，應結合實際情況選擇并安裝濾波設備，對系統中產生的諧波進行抑制和治理，這對于通信電源系統中設備運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備電源的維護管理工作。