通信樞紐樓如何防止容性負載誘發諧振過載宕機的探討

虎佐翰

（中國移動通信集團甘肅有限公司平涼分公司，甘肅 平涼 744000）

0 引 言

新建成的公司樞紐樓，由于負載較輕，大部分開關電源及UPS均處于容性工作狀態，通過對平涼新建第二樞紐樓核心機房維護發現，對運行設備采取一定措施處理也可以解決容性負載的困擾，將交流配電由容性負載變為感性負載。

1 容性負載和感性負載構成

（1）機房常見容性設備

UPS（尤其使用六波工頻UPS）；直流開關電源。

（2）機房常見感性設備

變壓器，機房專用空調；電梯；含電機的設備；照明設備等。

2 容性負載常見處理方式

2.1 直流-48 V、直流240 V、直流336 V開關電源

目前新建樞紐樓核心機房設計配置的開關電源模塊均為滿配置，當電源模塊全部打開處于低負載運行期間，如果未按照配置關閉部分電源模塊或未處于節能運行狀態，除了正常運行能源消耗高外，還對外呈現容性，尤其多套開關電源同時開啟，造成總回路容抗很大，直接影響供電可靠性[1]。

解決方法：（1）對于大負載直流開關電源（負載大于600 A），根據負載電流+充電電流+1至2塊電源模塊備用模塊，選擇配置電源模塊總數量，同時通過計算實際啟用電源模塊平均工作電流要小于開關電源實際默認設置40%節能點電流運行設置，兩者取其最大配置值，打開節能運行模式，開關電源就處于節能工作狀態，單模塊處于70%～80%大容量輸出工作狀態，其他模塊處于熱備份工作狀態。（2）對于小負載直流開關電源（負載小于600 A），除了采用節能配置外，對于多余電源模塊采用拔出處于冷備份工作狀態。圖1為平涼移動通信分公司小容量負載輸出開關電源柜（430 A），除了開關電源模塊處于節能運行模式，另半架電源模塊直接拔出冷備份；圖2為大容量負載輸出開關電源柜（920 A），全部開啟并處于節能運行模式。

圖1 小容量開關電源柜

圖2 大容量開關電源柜

2.2 UPS設備

在UPS選型中，由于六波工頻UPS價格低，集采時往往容易中標，目前在通信機房中大量使用，這種設備相比較12波工頻UPS，由于倒灌諧波分量大，設備出廠時均配置輸入端防雜波電容組件，造成空載和輕載時呈現容抗很大。

解決辦法：（1）對于六波UPS空載或輕載時可以考慮暫緩安裝防雜波輸入端電容組件。（2）對于模塊化UPS可以采用降低模塊開啟數量來降低容性。

2.3 整治前后對比

高低壓配電回路功率因數COSф值對比，通過對平涼移動第二樞紐樓5套維諦開關電源進行節能和電源模塊冷備份設置，同時調整空調開啟數量，觀察高低壓配電總回路從容性負載區域變為感性負載區域[2]。未處理前同時未加載空調運行如圖3所示，功率因數為容性0.89；處理后同時加載空調正常運行如圖4所示，功率因數為感性0.99，剛好處于感性區域。

圖3 功率因數示意(未處理)

圖4 功率因數示意(處理后)

3 容性負載造成的危害

3.1 高低壓配電設備

設備運行過程中，由于負載的不斷變動，當供電回路感抗和負載端容抗接近時，在配電回路中就會產生諧振，雖然發生諧振的概率很低，但諧振像一個定時炸彈始終在潛伏，隨時都有可能觸發，尤其啟動發電機運行在容性負載環境時最易產生諧振，對于新建樞紐大樓雖然配電回路負載很輕，諧振一旦發生瞬間會形成高電壓大電流振蕩沖擊，大電流直接會頂爆10 kV高壓真空斷路器及低壓配電總輸入斷路器，對于維護人員來說幾乎很少碰到此類問題，一旦發生會誤認為低壓側設備短路，沒有找見故障源不敢去二次合閘，尤其在一些IDC數據中心，長時間斷電會直接影響負載正常工作[3]。

3.2 UPS設備

由于諧振發生時，會瞬間產生高電壓大電流振蕩沖擊，往往同時會造成UPS輸入端電容器爆燃，維護人員會誤以為電容器質量問題或者老化產生爆燃，像這種過載維護人員會誤認為故障源在UPS電容老化問題而忽略諧振，關掉故障UPS，重新合閘后由于發生瞬間諧振概率很低設備恢復正常供電[4]。但如果UPS輸入端濾波電容沒有爆燃，維護人員就會一頭霧水，由于找不見過載短路點，沒有人敢去二次合閘往往耽擱故障處理時限，這種故障現網已發生多次案例，所以對于容性負載易發生諧振要從理論上認真學習，從根本上徹底消除供電回路容性問題。

3.3 發電機設備

備用發電機供電時，由于發電機本身為感性負載，如果由于供電回路屬于容性負載出現諧振，也會造成發電機瞬間過載停機，如果是多臺發電機并機輸出，也會造成并機同步輸出失敗，并機發電機由于不同步運行會同時發生過載喘振強制停機，輸出電源線由于瞬間大電流過載，交流輸出電源線如果未捆扎好會產生甩鞭效應，瞬間大電流電源線會跳起來，諧振瞬間會燒毀發電機同步控制板，造成二次啟動并機發電機時無法實現同步輸出[5]。

3.4 計費問題

如果高低壓配電回路呈現容性，電力計費無功表會產生倒轉為負值，相當于給電力供電網進行倒補償，電力公司計費出賬時往往會疊加罰款或要求對電力公司供電網容性倒補償問題進行整改。

4 結 論

新建樞紐機樓由于輕載大部分呈現容性狀態，由于交流供電回路發生諧振的概率很低，通信設備表象上看長期處于正常運行狀態，供電回路呈現容性往往不會引起維護人員的重視，一旦發生諧振后果很嚴重，根據諧振發生的概率大部分都是處于停電來電負載柜逐步合閘加載環節和主備電源倒換環節發生，尤其處于發電機帶載運行環節。通過維護人員對本文學習，遇見此類故障時不慌張，判斷低壓側無短路時敢于合閘，縮短故障處理時間，另一方面重視容性負載，通過整改使得供電回路處于感性負載區域，徹底規避交流供電回路諧振發生。