通信电源机房谐波治理方案
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【摘要】：电源机房的谐波治理将有助于通信电源系统的可靠供电，有助于保证通信网络的安全运行，同时促进节能减排的发展。
【关键词】：谐波；通信电源；谐波治理
中图分类号：[E968]文献标识码：A文章编号：
1 引言
在通信局房中，大量UPS设备、整流设备及变频空调等非线性设备的应用致使电源系统中产生较多的谐波。过多的谐波严重影响了电源系统电能质量，并对现网运行的通信设备产生危害，同时谐波通过在电源系统内流动发热，浪费电能。所以非常有必要对通信局房电源系统进行谐波治理。
本文通过对通信局房中现网运行的电源设备的谐波数据进行归纳分析，依据国标及企标指出现网电源设备存在的问题并提出谐波治理方案。
基本概念
2.1谐波
周期性非正弦波可以利用傅立叶级数分解为基波和谐波两部分。
基波—指频率为F（中国为50Hz）的正弦波
谐波—指频率为F正整数倍的正弦波
谐波次数n——谐波频率与基波频率的比值(n=/)
基波与三次谐波基波与五次谐波
2.2谐波含量（电压或电流）
从周期流量中减去基波分量后所得的量。
2.3谐波含有率
周期流量中含有的第h 次谐波分量的方均根值与基波分量的方均根值之比（用百分数表示）。
2.4总谐波畸变率
周期流量中的谐波含量的方均根值与其基波分量的方均根值之比（用百分数表示）。电压总谐波畸变率以 表示；电流总谐波畸变率以表示。
谐波的产生及危害
3.1谐波的产生
所有非线性负载都能产生谐波电流，尤其是开关电源、静态变换器、UPS不间断电源、调速装置、电子镇流器、荧光灯、焊机和铁磁性设备等。
当工频电压或电流作用于非线性负载时，就会产生不同于工频的其它频率的正弦电压或电流，这些不同于工频频率的正弦电压或电流，用富氏级数展开，就是人们称的谐波。
3.2谐波的危害
3.2.1 对电网的危害
（1）增大线损，降低安全；
（2）对于采用电缆的输电系统，谐波除了引起附加损耗外，还可以使电压波形出现尖峰，加速电缆绝缘老化，使温升增高，缩短电缆的使用寿命。
3.2.2 对旋转电机的影响
（1）使电机的转子绕组过热，危及绝缘，增大附加损耗；
（2）使感应电动机的转矩发生变化，引起机械振动、噪声及谐波过电压，降低使用寿命。
3.2.3对供电变压器的影响
（1）谐波电流流入变压器，增加了变压器的铜损和铁损，有可能引起变压器的局部严重过热，同时在谐振条件下会使铁心严重饱和，励磁中的谐波电流会大大增加可能损害变压器；
（2）使变压器噪声增大。
3.2.4 对换流装置的影响
可使整流器的工作不稳定，对逆变器则可能发生连续的换相失败而无法正常工作，甚至损坏换相设备。
3.2.5 对电容器组的影响
谐波电流或谐波电压叠加在电容器的基波电流或基波电压上，可降低电容器的使用寿命或使电容器损坏。
3.2.6 对并联补偿电容器的影响
可产生并联谐振或串联谐振。谐波电流被电容器直接补偿引起的谐波放大后可致使一些供电设备中的电器件（变压器、电抗器、电容器、自动开关、接触器、继电器等）经常损坏。
3.2.7 对通信的干扰和影响
干扰通讯系统，降低信号的传输质量，破坏信号的正确传递，甚至损坏通信设备。
3.2.8 其它影响
（1）谐波对继电保护和自动控制装置产生干扰和造成误动和拒动；
（2）可导致过零设备的误动作，中线的过电流会造成中线过热和中线压降的增加，严重时造成电缆火灾。
谐波畸变率指标要求
4.1 GB/T 14549-1993公用电网谐波指标
（1）公共电网谐波电压（相电压）限值见表4-1。
表4-1
表4-2
4.2中国移动通信局房电源系统谐波治理建设指导意见
（1）变压器出线处及油机出线处电压总谐波畸变率
（2）-48V通信用高频开关组合电源谐波电流畸变率需满足表4-3限值：
表4-3
表4-4
现有通信局房的谐波源及相应谐波数据分析
现有通信局房中产生谐波的电源设备主要有整流器、UPS、变频空调等，经对哈尔滨29号楼、 学府局、和兴局、进乡局及齐齐哈尔局变压器出线处（低压配电屏交流进线侧）及开关电源、UPS出线处谐波测试数据进行分析，发现通信局房中主要谐波源为电源机房中的开关电源及UPS设备，其次为机房专用空调，开关电源及UPS主要以5、7次谐波为主，6脉冲UPS设备5、7次谐波尤为严重，表5-1为6脉冲UPS谐波电流测试数据，可看出40%负载时，5次谐波电流畸变率达52.9%。
表5-1
6.1 治理原则
依照《中国移动通信局房电源系统谐波治理建设指导意见》相关指标的要求对不满足谐波限值的开关电源及UPS应及时进行谐波治理。
新建通信局房新增开关电源设备、UPS供电系统应提高输入谐波的指标要求，对于不满足谐波指标（见表4-3、表4-4）的设备，应限制使用或要求配置相应的滤波设备（就近），如因投资问题不能同期新增滤波设备，可为其预留安装位置；新建低压供电系统建议同期新增消谐设备或为其预留安装位置，并应同期建设电能质量管理系统。
现有通信局房不满足表4-3、4-4谐波限值的开关电源、UPS设备应就地治理、逐步更新，尽量采用脉动数多电源设备，例如采用12脉UPS替代6脉UPS，采用新型开关电源设备等；对于变频空调的治理建议在低压电源系统采用就地或区域相结合的谐波治理方案，并预留有源滤波器、电流互感器安装位置及接线端子。
为使滤波设备能够安全可靠运行，在滤波设备故障时能够及时处理故障，不影响其它设备的运行，要求监控系统应能实时监测、显示滤波设备的工作状态、运行参数等性能数据；并且在滤波设备发生故障时发出声光告警信息。
6.2 治理方法
现有需要进行谐波治理的机房，建议采用分散治理和区域治理相结合、有源治理与无源治理相结合的方法，即在UPS系统和开关电源系统交流输入屏前并联有源滤波器，UPS设备采用闭环三相三线制，开关电源设备采用闭环三相四线制，从而有效减小谐波对通信电源系统的污染。对于部分机房也可并联无源滤波器或集中治理的方法，变压器低压侧集中治理采用闭环三相四线制。
6.3 采用减小谐波影响的技术措施
1）增加换流装置的相数或脉动数；2）加装交流滤波装置；3）改变谐波源的配置或工作方式；4）加装静止无功补偿装置；5）增加系统承受谐波能力；6）避免电容器对谐波的放大；7）提高设备抗谐波干扰能力，改善谐波保护性能；8）采用有源滤波器等新型抑制谐波的措施。
结束语
电力电子设备正被广泛应用，非线性谐波源也在迅速增加，谐波治理也正经历着从量变到质变的发展过程。随着我国工业的快速发展，电力谐波正在成为一种日益严重的公害，对谐波的治理将更加广泛的展开，谐波污染的研究和治理，通过改善无功功率、保障安全生产、提高电能质量，保护精密并联补偿电容器通信数据设备等，将逐步形成独立的理论体系，随着国家的日益重视，政策、法规的不断出台，谐波治理势在必行，节能降耗、提升电能使用价值，使我们的用电环境日趋优质。
参考文献：
中华人民共和国国家标准（GB/T 14549-1993）
公用电网谐波的评估和调控-许遐编著
中国移动通信企业标准-（QB-W-018-2008、QB-W-008-2008）
中国移动通信局房电源系统谐波治理技术分析
中国移动通信局房电源系统谐波治理建设指导意见
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