通信机楼的低压系统谐波治理

摘要：本文根据作者多年工作经验，以某机楼出现的柴油发电机供电时出现的故障，结合实例分析，简要阐述自己的见解，仅供同行参考。

关键词：通信机楼 ，低压系统，谐波治理

Abstract: in this paper, according to the author years work experience, to a machine building of diesel generator power in the fault occurred when, combined with the analysis, this paper briefly describes their opinions, only for reference to fellow.

Keywords: communication machine building, low pressure system, the harmonic management

中图分类号：TM4文献标识码： A 文章编号：

由于某通信运营商在广州某机楼出现柴油发电机供电给低压系统负载时末端UPS系统轻微性故障，表现为UPS有时无法与柴油发电机电源同步以致系统转为旁路的故障，经分析测试为系统内谐波产生的影响，该机楼马上要增加新的设备负荷，为了保障设备的可靠运行，需要先行对该机楼的低压系统进行谐波治理。

机楼低压配电系统现安装有1台1600kVA变压器，1套低压配电设备，1台800kW柴油发电机组。低压配电设备现包括1台380V/3200A市电进线柜、1台380V/2000A市电．油机自动转换柜、2台容量180kVAR的无功功率补偿柜和7台负荷柜。

在低压系统的市电.油机转换开关后端，分别对在市电及油机供电状态的交流电流、功率因数、谐波失真进行了测量，数据如下:

＊市电供电状态：

市电输入柜总电流453A；功率因数0.98。

市电.油机转换柜总电流：500A；功率因数：0.86；基波电流：486A；电压谐波失真：2.1；电流谐波失真：12.4。

下图为市电供电情况下市电.油机转换柜后端的电压畸变图和电流畸变图

＊油机供电状态：

基波电流：486A；电压谐波失真：5.3；电流谐波失真：9.8。

下图为油机供电情况下市电.油机转换柜后端的电压畸变图和电流畸变图

下图分别为市电和油机供电状态下的谐波频谱图

从以上数据可以看出，谐波以5次、7次为主，应主要由可控硅或IGBT器件产生；3次谐波三相间极不平衡，应主要由单相用电设备产生。在市电供电状态下电压谐波失真未超出《电能质量公用电网谐波》许可的范围，但电流谐波失真较大，电流波形畸变较严重。在油机供电状态下由于油机和输出线路的阻抗较大,电压谐波失真较为严重，可能会危及设备的安全运行。

电力系统中谐波的危害是多方面的，对于低压系统主要有以下几个方面：

（1）对电力电容器的危害－当电网存在谐波时，投入电容器后其端电压增大，通过电容器的电流增加得更大，使电容器损耗功率增加，使电容器异常发热，在电场和温度的作用下绝缘介质会加速老化。在谐波严重的情况下，还会使电容器鼓肚、击穿或爆炸。

（2）对电力变压器的危害－谐波使变压器的铜耗增大，谐波还使变压器的铁耗增大。由于以上两方面的损耗增加，因此要减少变压器的实际使用容量。除此之外，谐波还导致变压器噪声增大，有时还发出金属声。

（3）对电力电缆的危害－由于谐波次数高频率上升，再加之电缆导体截面积越大趋肤效应越明显，从而导致导体的交流电阻增大，使得电缆的允许通过电流减小。

（4）对电动机的危害－谐波对异步电动机的影响，主要是增加电动机的附加损耗，降低效率，严重时使电动机过热。尤其是负序谐波在电动机中产生负序旋转磁场，形成与电动机旋转方向相反的转矩，起制动作用，从而减少电动机的出力。

（5）对低压开关设备的危害－全电磁型的断路器；热磁型的断路器；电子型的断路器，都可能因谐波产生误动作。

（6）对弱电系统设备有很强的干扰作用。

机楼首层是低压配电房、空调主机室、电池室；二层202室基本空的，203交换机房用了约30，直流用电为200A；三层302室基本空的，303传输机房用了约70，直流用电为370A；四层基本都满了,直流用电为977A；五层502室基本空的，503室本次要安装服务器，需要安装UPS。

假定二、三层机房剩余空间安装的交换、传输设备平均功耗与现有设备接近。

二层机房现有3套甲品牌的高频开关电源，运行状态为轻载，测得THDi为45～55波动，计算时取50。

三层机房现有1套乙品牌的UPS，运行状态为轻载，测得THDi为7左右波动，计算时THDi为7。

四层机房现有6套甲品牌的高频开关电源和1套丙品牌的高频开关电源，运行状态为轻载，测得THDi为45～55，计算时取50。

五层机房使用的UPS，假定为两套双母线冗余2×120kVA的12脉冲带11次滤波器的UPS，UPS利用率为70，在其它机楼测得同配置相近工况下UPS的THDi为12，计算时THDi为12。

机楼各楼层及负荷新增用电及机楼总用电列表如下：

在用电负荷接近油机满功率800kW时，市电.油机转换开关后端的THDU按推算已接近12，将引起油机输出电压和频率不稳，忽高忽低，轻则引起UPS保护，严重时出现油机自我保护关机。

有源电力滤波器是谐波治理效果较为理想的方案。有源电力滤波器采用模拟逻辑方式消除电网谐波。有源滤波器实时检测电网中由非线性负载产生的电流波形，分离出谐波部分，将其反相，再通过IGBT逆变器的输出将反相电流注入到电网中，实现滤除谐波的功能。

下图为某品牌有源电力滤波器内部原理

从上面负荷计算的列表中已得出系统中谐波电流为119.5A，有源电力滤波器实际应用时输出效能接近90%，且为了提高有源电力滤波器可靠性，选用三台额定补偿电流为45A的4L有源电力滤波器并联安装。

设备安装后对谐波进行了新的测量，机楼低压系统以5、7次谐波电流为主，并含有一定量的11、13、17次等高次谐波，下图分别为市电供电情况有源电力滤波器下投入前和投入后的电流电流波形图和畸变频谱。电流畸变波形在投入了有源滤波器后明显平滑，接近正弦波形，而5，7次谐波比例明显大幅减少，极大的改善了电网质量。

投前电流畸变波形图投前电流畸变频谱图

投后电流畸变波形图 投后电流畸变频谱图

通过在该电信机楼的低压系统安装有源滤波器的前后对比，发现安装有源滤波器后低压系统的电流和电压畸变得到明显改善，有效的减低了谐波的比例，优化了供电质量，避免了再次出现UPS有时无法与柴油发电机电源同步以致系统转为旁路的故障，提高了整个系统的运行安全性。