探究通信机房的谐波治理

摘 要：本文首先介绍了通信局站谐波的产生，然后分析了在通信机房中谐波的测量方法，接着介绍了通信机房中谐波的危害，最后通过谐波治理案例分析，介绍了通信机房的谐波治理。

关键词：通信机房；谐波治理；方法

中图分类号：TN86 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）27-0317-02

前 言

目前通信行业正在突飞猛进，发展十分迅速，通信网络的整体规模已成为世界一流水平，同时，通信设备也需要更好，要求更高的供电设备。一方面，大量电力电子整流器、变流器和大功率晶闸管装置应用在通信设备中，成为了通信行业中的硬件基础设施，同时谐波污染也很严重。

1 通信站点中谐波的产生

通信站点中主要有几种动力设备，分别是：交流市政电力线路、高压低压变电站设备、自备机油发电机设备、整流设备、蓄电池组、交直流配电设备、通信电源、空调等。此外，许多通信设备都配备有车载电源，这么多的设备数量会造成很严重的谐波污染，通信机房的谐波可以分为以下几种情况：

（1）SCR垂直斩波器型和高频谐波电流畸变：通信设备供电需要有一定的保障，UPS和开关电源是通信企业最常采用的电力设施，同时使用IGBT作为功率器件。通过整流器来控制电路，进行六脉冲桥式整流，其次是逆变器和滤波器，最后输出到网络负载。根据傅立叶变换理论，交流输入电流波形可以用一下公式来表示：

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

通过上面的公式能看出，相电流主要包含5、7、11和13次谐波。以通信机房为例，设置了两套250kVA（1+i）6脉冲整流UPS系统和大量的ES5500系列开关电源。

（2）电容整流器驼峰型电流畸变无需功率因數校正整流器、计算机等办公设备，交流电源整流器和滤波器通常以二极管桥式整流器的形式出现，是因为整流二极管在交流输入之后直接使用LAG。电解电容器滤波器中，电容电压在这个过程中会出现突变，造成了输入电流你比较大，产生大量类似的驼峰形状电流畸变，造成电流和电压出现谐波。下列公式可以表示输入电流：

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

（3）相移电流：感性负载是指通信机房内使用的冷风机、电梯等设备。感性负载将使电压提前于电流。这就是相移电流。一般来说，谐波电流不包括相移电流，但日常生活中，相移不会做功，感性负载造成电压比电流快，电容性负载使电流提前。虽然这种提前或落后并不代表谐波，但会产生无功功率，对电路损耗较大，对设备的利用率造成了较大影响，并且还需要校正处理。

2 通信机房内谐波的来源和测量

2.1 谐波的主要来源

由于中国交流功率的频率定义为50Hz，谐波包括所有的非正弦信号或非正弦波形。在电路中，非线性负载产生的电流引起了电压和电流的突变。通常将能够扭曲正弦波，产生高次谐波的设备称为谐波源。谐波主要来源于两个方面：三相绕组和发电机的核心很难在过程中实现绝对对称性和一致性。此外，电机可以产生电磁场，并且电磁场很强，从而造成谐波干扰，并且谐波干扰也很强。所以电源中会产生谐波。没有输电和配电系统产生谐波。在通信设备中，变压器由于运行时间长，必然会导致铁芯饱和。对于谐波电流来说，铁芯越饱和，变压器偏离越大，造成的谐波电流越大。

2.2 通信机房谐波含量的测量

通信机房在治理谐波之前，必须检测电力系统中谐波的含量。在通信机房入口处低压柜里通常安装一个检测仪表，可以对所需的信息进行实时的监控并反馈。目前，各大配电系统的校验方面通常采用福禄克系列的分析仪。在这些低压配电系统的输入端，谐波电压畸变率在5%以上，如果谐波电流的有效值超过15%，就必须对谐波进行治理或更换线缆，否则降低容量。

3 通信机房中谐波的坏处

通信机房的谐波会对通信设备产生不利影响。主要影响如下：

3.1 通信和数据传输中的干扰

通信系统会被附近的谐波所干扰，然后引入噪声，带来的影响就是通信质量大大降低，同时还可能丢失相关信息，对通信系统的正常工作造成很大的影响，同时对电子EQ的工作精度英特造成了严重的影响。在整流器充电过程中，UP5和其他整流设备也会产生很强谐波，对计算机网络造成影响，从而导致网络停机错误。

3.2 次谐波共振引起设备损坏或误切换

通常情况中，在电力系统的参数设计中，使电路的谐振频率远离基频，但如果电路里有谐振，则会有很快的影响。如果电路中存在串联谐振，电路中的阻抗将突然减小。线路电流变成短路电流，会导致电缆过热和烧坏，导致系统短路、开关跳闸等电源故障。当发生并联谐振时，线路阻抗突然增大，因此系统的谐波电压放大，导致高压电缆、配电开关和补偿电容等电力设备的绝缘被高压击穿，T系统会出现严重的短路故障。

3.3 继电保护装置正常运行损坏

谐波电流将大大增加继电保护装置的热量输出，这将会使热磁继电器和断路器的跳闸额定电流减低，造成安全隐患。

3.4 电缆加速老化和缩短使用寿命

由于谐波电流，基波电流将小于电缆中实际电流的有效值。同时，由于趋肤效应，增加了导线中的谐波电阻，线路损耗也增加，传输容量还大大降低，引起了一部分位置放电，是电缆老化的更快，使用年限会变的更短。

4 谐波治理的两个例子

4.1 电容器过热烧毁故障

某站点在实际运行中，发现低压配电柜上的电容器温度很高，导线绝缘层发热，严重时甚至烧坏电容器，造成短路事故，造成电源故障。另外，电容补偿柜出现故障，没办法使用，造成供电线路的功率因数严重偏低，电力管理部门也对其进行了罚款。

4.2 开关电源故障

经过现场检测发现，交流电源的电压是正常的，但是整流模块部分是坏的，保护不工作。检查整流模块。发现过电压释放板上的电阻烧坏，接近电阻的电容器壳体被烧毁。测量出来的交流电压也正常，但是由于交流电压中有很多谐波，甚至达到了20%，主要是在高次谐波。

5 谐波治理方法

通常有两种类型的谐波处理。一个是修改设备，以便它可以减少甚至不产生谐波。另一种方案为了抑制谐波多增加一些滤波器，滤波器可以分为无源和有源两种。

5.1 无源滤波器

无源滤波器，由滤波电容器、电抗器和电阻器组成的滤波器装置，为系统中的谐波提供并联低电阻路径作为滤波器。在低压配电系统中，集中用无源滤波器进行谐波管理。无源滤波器构造非常容易，日常保養也比较灵活，但其滤波性能有很大的局限性，动态负载下不能适应，也不能对无功补偿进行无极调节。同时，当系统的外部特性发生变化时，很容易发生无源滤波中的L、C元件的共振。所以，基本不能满足日常使用的要求。

5.2 有源滤波器

与无源滤波器相比，它的控制性较好，响应比较迅速，能够跟踪和补偿所有谐波，并自动产生所需的无功功率变化。它的特性不会受到系统阻抗的干扰，不会对谐波造成放大，并且体积和重量相对较小。与无源滤波装置相比，可以对滤波进行彻底消除。通常，有源滤波器装置安装在大型UPS和开关电源中用于谐波处理。

现如今谐波治理方案非常先进，正在向两种滤波器共存情况下的方向进行研究。该方案采用无源滤波消除低谐波电流和有源滤波去除多个小谐波电流。该组合有源滤波器对整体成本有很大程度的降低，而且具有良好的滤波效果。两种电力滤波器一起进行治理谐波，具有两方面的技术优势。

6 结束语

通过对谐波的两个例子进行对比分析，发现了谐波有很多坏处，所以必须对谐波进行治理。处理后的通信电源系统的谐波可以被消除，将谐波对通信系统的影响降到最低或者消除，对供电方面有很好的效应。作为通信电源运行维护人员，应加强学习新技术，借鉴经验，对检修中出现的故障正确及时的操作和处理，争取做到绿色通信系统。

参考文献

[1]姜卫华.通信电源系统的谐波分析与治理[J].信息通信，2013.

[2]罗 安.电网谐波治理和无功补偿技术及装备[M].中国电力出版社，2010.

[3]赵 倩.电力通信网通信电源故障的分析与维护[J].通信电源技术，2009.

收稿日期：2018-8-17

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