探究通信機房的諧波治理

摘 要：本文首先介紹了通信局站諧波的產生，然后分析了在通信機房中諧波的測量方法，接著介紹了通信機房中諧波的危害，最后通過諧波治理案例分析，介紹了通信機房的諧波治理。

關鍵詞：通信機房；諧波治理；方法

中圖分類號：TN86 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）27-0317-02

前 言

目前通信行業(yè)正在突飛猛進，發(fā)展十分迅速，通信網(wǎng)絡的整體規(guī)模已成為世界一流水平，同時，通信設備也需要更好，要求更高的供電設備。一方面，大量電力電子整流器、變流器和大功率晶閘管裝置應用在通信設備中，成為了通信行業(yè)中的硬件基礎設施，同時諧波污染也很嚴重。

1 通信站點中諧波的產生

通信站點中主要有幾種動力設備，分別是：交流市政電力線路、高壓低壓變電站設備、自備機油發(fā)電機設備、整流設備、蓄電池組、交直流配電設備、通信電源、空調等。此外，許多通信設備都配備有車載電源，這么多的設備數(shù)量會造成很嚴重的諧波污染，通信機房的諧波可以分為以下幾種情況：

（1）SCR垂直斬波器型和高頻諧波電流畸變：通信設備供電需要有一定的保障，UPS和開關電源是通信企業(yè)最常采用的電力設施，同時使用IGBT作為功率器件。通過整流器來控制電路，進行六脈沖橋式整流，其次是逆變器和濾波器，最后輸出到網(wǎng)絡負載。根據(jù)傅立葉變換理論，交流輸入電流波形可以用一下公式來表示：

flim（t）= [sinwt+ sin5wt+ sin7wt+ sin11wt+ sin13wt+…]

通過上面的公式能看出，相電流主要包含5、7、11和13次諧波。以通信機房為例，設置了兩套250kVA（1+i）6脈沖整流UPS系統(tǒng)和大量的ES5500系列開關電源。

（2）電容整流器駝峰型電流畸變無需功率因數(shù)校正整流器、計算機等辦公設備，交流電源整流器和濾波器通常以二極管橋式整流器的形式出現(xiàn)，是因為整流二極管在交流輸入之后直接使用LAG。電解電容器濾波器中，電容電壓在這個過程中會出現(xiàn)突變，造成了輸入電流你比較大，產生大量類似的駝峰形狀電流畸變，造成電流和電壓出現(xiàn)諧波。下列公式可以表示輸入電流：

flim（t）= [sinwt+ sin3wt+ sin5wt+ sin7wt+…]

（3）相移電流：感性負載是指通信機房內使用的冷風機、電梯等設備。感性負載將使電壓提前于電流。這就是相移電流。一般來說，諧波電流不包括相移電流，但日常生活中，相移不會做功，感性負載造成電壓比電流快，電容性負載使電流提前。雖然這種提前或落后并不代表諧波，但會產生無功功率，對電路損耗較大，對設備的利用率造成了較大影響，并且還需要校正處理。

2 通信機房內諧波的來源和測量

2.1 諧波的主要來源

由于中國交流功率的頻率定義為50Hz，諧波包括所有的非正弦信號或非正弦波形。在電路中，非線性負載產生的電流引起了電壓和電流的突變。通常將能夠扭曲正弦波，產生高次諧波的設備稱為諧波源。諧波主要來源于兩個方面：三相繞組和發(fā)電機的核心很難在過程中實現(xiàn)絕對對稱性和一致性。此外，電機可以產生電磁場，并且電磁場很強，從而造成諧波干擾，并且諧波干擾也很強。所以電源中會產生諧波。沒有輸電和配電系統(tǒng)產生諧波。在通信設備中，變壓器由于運行時間長，必然會導致鐵芯飽和。對于諧波電流來說，鐵芯越飽和，變壓器偏離越大，造成的諧波電流越大。

2.2 通信機房諧波含量的測量

通信機房在治理諧波之前，必須檢測電力系統(tǒng)中諧波的含量。在通信機房入口處低壓柜里通常安裝一個檢測儀表，可以對所需的信息進行實時的監(jiān)控并反饋。目前，各大配電系統(tǒng)的校驗方面通常采用福祿克系列的分析儀。在這些低壓配電系統(tǒng)的輸入端，諧波電壓畸變率在5%以上，如果諧波電流的有效值超過15%，就必須對諧波進行治理或更換線纜，否則降低容量。

3 通信機房中諧波的壞處

通信機房的諧波會對通信設備產生不利影響。主要影響如下：

3.1 通信和數(shù)據(jù)傳輸中的干擾

通信系統(tǒng)會被附近的諧波所干擾，然后引入噪聲，帶來的影響就是通信質量大大降低，同時還可能丟失相關信息，對通信系統(tǒng)的正常工作造成很大的影響，同時對電子EQ的工作精度英特造成了嚴重的影響。在整流器充電過程中，UP5和其他整流設備也會產生很強諧波，對計算機網(wǎng)絡造成影響，從而導致網(wǎng)絡停機錯誤。

3.2 次諧波共振引起設備損壞或誤切換

通常情況中，在電力系統(tǒng)的參數(shù)設計中，使電路的諧振頻率遠離基頻，但如果電路里有諧振，則會有很快的影響。如果電路中存在串聯(lián)諧振，電路中的阻抗將突然減小。線路電流變成短路電流，會導致電纜過熱和燒壞，導致系統(tǒng)短路、開關跳閘等電源故障。當發(fā)生并聯(lián)諧振時，線路阻抗突然增大，因此系統(tǒng)的諧波電壓放大，導致高壓電纜、配電開關和補償電容等電力設備的絕緣被高壓擊穿，T系統(tǒng)會出現(xiàn)嚴重的短路故障。

3.3 繼電保護裝置正常運行損壞

諧波電流將大大增加繼電保護裝置的熱量輸出，這將會使熱磁繼電器和斷路器的跳閘額定電流減低，造成安全隱患。

3.4 電纜加速老化和縮短使用壽命

由于諧波電流，基波電流將小于電纜中實際電流的有效值。同時，由于趨膚效應，增加了導線中的諧波電阻，線路損耗也增加，傳輸容量還大大降低，引起了一部分位置放電，是電纜老化的更快，使用年限會變的更短。

4 諧波治理的兩個例子

4.1 電容器過熱燒毀故障

某站點在實際運行中，發(fā)現(xiàn)低壓配電柜上的電容器溫度很高，導線絕緣層發(fā)熱，嚴重時甚至燒壞電容器，造成短路事故，造成電源故障。另外，電容補償柜出現(xiàn)故障，沒辦法使用，造成供電線路的功率因數(shù)嚴重偏低，電力管理部門也對其進行了罰款。

4.2 開關電源故障

經(jīng)過現(xiàn)場檢測發(fā)現(xiàn)，交流電源的電壓是正常的，但是整流模塊部分是壞的，保護不工作。檢查整流模塊。發(fā)現(xiàn)過電壓釋放板上的電阻燒壞，接近電阻的電容器殼體被燒毀。測量出來的交流電壓也正常，但是由于交流電壓中有很多諧波，甚至達到了20%，主要是在高次諧波。

5 諧波治理方法

通常有兩種類型的諧波處理。一個是修改設備，以便它可以減少甚至不產生諧波。另一種方案為了抑制諧波多增加一些濾波器，濾波器可以分為無源和有源兩種。

5.1 無源濾波器

無源濾波器，由濾波電容器、電抗器和電阻器組成的濾波器裝置，為系統(tǒng)中的諧波提供并聯(lián)低電阻路徑作為濾波器。在低壓配電系統(tǒng)中，集中用無源濾波器進行諧波管理。無源濾波器構造非常容易，日常保養(yǎng)也比較靈活，但其濾波性能有很大的局限性，動態(tài)負載下不能適應，也不能對無功補償進行無極調節(jié)。同時，當系統(tǒng)的外部特性發(fā)生變化時，很容易發(fā)生無源濾波中的L、C元件的共振。所以，基本不能滿足日常使用的要求。

5.2 有源濾波器

與無源濾波器相比，它的控制性較好，響應比較迅速，能夠跟蹤和補償所有諧波，并自動產生所需的無功功率變化。它的特性不會受到系統(tǒng)阻抗的干擾，不會對諧波造成放大，并且體積和重量相對較小。與無源濾波裝置相比，可以對濾波進行徹底消除。通常，有源濾波器裝置安裝在大型UPS和開關電源中用于諧波處理。

現(xiàn)如今諧波治理方案非常先進，正在向兩種濾波器共存情況下的方向進行研究。該方案采用無源濾波消除低諧波電流和有源濾波去除多個小諧波電流。該組合有源濾波器對整體成本有很大程度的降低，而且具有良好的濾波效果。兩種電力濾波器一起進行治理諧波，具有兩方面的技術優(yōu)勢。

6 結束語

通過對諧波的兩個例子進行對比分析，發(fā)現(xiàn)了諧波有很多壞處，所以必須對諧波進行治理。處理后的通信電源系統(tǒng)的諧波可以被消除，將諧波對通信系統(tǒng)的影響降到最低或者消除，對供電方面有很好的效應。作為通信電源運行維護人員，應加強學習新技術，借鑒經(jīng)驗，對檢修中出現(xiàn)的故障正確及時的操作和處理，爭取做到綠色通信系統(tǒng)。

參考文獻

[1]姜衛(wèi)華.通信電源系統(tǒng)的諧波分析與治理[J].信息通信，2013.

[2]羅 安.電網(wǎng)諧波治理和無功補償技術及裝備[M].中國電力出版社，2010.

[3]趙 倩.電力通信網(wǎng)通信電源故障的分析與維護[J].通信電源技術，2009.

收稿日期：2018-8-17