庄冀：通信局房电力节能和谐波治理

中国移动通信上海有限公司传输动力维护中心动力维护部 经理 庄冀:

 　我今天汇报的题目是“通信局房电力节能和谐波治理”。
   　 众所周知，能源已经成为了我国的经济发展和战略发展之一，在“十一五”的规划当中，节能降耗已经成为了我们国家的发展战略，也明确提出了2010年，万元GDP能耗由2005年的1.22吨标准煤下降到0.90吨标准煤左右。十七大精神，也提出了加强能源资源节约和生态环境保护。还有节能减排会议阐述了中国能源战略的基本方针，即坚持资源开发与节约并重，把节约放在首位，进一步加强节能减排工作。上海市政府《上海市节能减排工作实施方案》提出“十一五”期间节能下降到30%。    

    　电能是由其他能源转换产生可转化为机械能、热能等的形态。在电网中，电能是以电压电流的表现形式作功，其单位消耗的电功率为P=W/T（KWH）。用电设备在对负载进行有效作功（Po）的同时，也有一部分无效作功损耗，二者之和才是总的有功功率（Pn），这就是用电设备的效率，这是其一，另外，由于大多数电器设备为感性负载，将产生电压电流的不同相位，从相关电压、电流或功率量三角形的看起来，实际有功功率P要小于装置总的视在功率S，还有一部分为无功功率，相移动率因数是专门表示这一电能的数量关系的重要电器参数，容性负载情况类型，但常常用来补偿感性无功功率，广义上的功率因数Pf=P/S还应包括波形畸形变造成的附加电能等。

  　通信局房的节能措施分几个方面。
   　 变压器：转换能量效能较高的设备，但也存在空载损耗、负载损耗和热损耗。节能主要措施是降低上述损耗。谐波与这些损耗密切相关。
    　电力线路：线损是电力损耗的重要原因，低压尤甚。节能主要措施是治理电网谐波和低功率因数，从而减少线路电压损耗。
    　油机：高次谐波电流直接反给发电机，在发电机的绕组中引起感应电流，使之发热产生损耗，导致输出功率降低。

  　下面我们讨论一下谐波是如何产生的。从电网的角度上具有非线性阻抗特性的用电设备用电的结果产生的谐波。功率平衡的观点，负载本身不产生电能量，谐波功率是基波功率转化而来的。
    　谐波的存在对于电网是一种污染，它会给周边的通信系统和周边的系统带来损害。谐波还会使电力元件附加损耗加大，设备过热。含有电容器的设备受影响最为严重，甚至可能导致设备损坏以及电容器爆炸等事故。影响电器设备的正常运行，导致继电保护拒动或误动，电器测量仪表计量不准确，精密电子设备会被严重干扰甚至烧毁。在通信系统中，谐波还会对临近的通讯系统产生干扰，轻则产生噪声，降低通信质量，计算机无法正常工作，重则导致信息丢失，使系统崩溃。
    　以下就以某一局房为例，具体说明谐波治理在工程中的应用。上海移动某通信局房中发现与两套UPS联络的电容补偿拒运行异常。随即对电容柜受电端进行测量，测得的电流为双羊角波形是明显的谐波波形图，电压波形也有毛刺。同时，检测到电容受电端接受4到5次、7次、11次、13次谐波。初步认定是由于电路中的高次谐波导致。
    　究其原因，发现该局房的UPS采用了6脉冲整流器技术，对于应用UPS上线的配电系统，该整流器是一个会引起谐波失真的非线性负载。对其交流层电流作傅里叶级数展开，可知电流中含6K+1次谐波，即5、7、11、13等各次谐波，这与实测中检测到电容受电端接收到5次、7次、11次、13次谐波相吻合。由此判断谐波电流是由UPS中的整流装置产生的。同时通过分析判断，电容组不能正常工作的主要原因是由于在不同谐波下的谐振而引起的过负荷造成的。
   　 对该局房内电网进行进一步测试，实测结果进一步验证了上述对故障原因的分析。测试点选取的变压器低压母线，分别在无功补偿柜投入和无功补偿柜切除情况下测试。
    　由此得出结论，UPS的整流装置是该系统的谐波源，系统共振问题，无功补偿投入后5、7、11、13、17次谐波被不同程度的放大，电压电流波形畸变十分严重，超过国际规定限值，进而造成流过电容的电流超过正常运行允许值。

  　谐波的治理。上海通信动力运维部门立即提出对该局房配电系统进行谐波治理。为此，首先对谐波治理技术做了深入了解。谐波控制消除的方法一般从两方面考虑，一是主动型，从装置本身出发，采用不产生谐波的设备装置，二是被动型，外加滤波器。对已建的局房只能采取被动型消谐技术，故以下着重介绍被动型方法。
   　 一，无源滤波器。无源滤波器应用无源元件适当组合，通过LC选频网络，对某一频率的谐波提供低阻抗通路。利用在谐振频率下，感抗与容抗相互抵消，只剩下电阻的阻尼作用，因而形成对谐波频率的低阻抗通道。
   　 无源滤波的优点是简单、控制方式较易实现，成本低，技术成熟，运行可靠。缺点是只能抑制固定的几次谐波，其滤波特性受系统阻抗和运行状态影响，易与系统发生并联谐振导致谐波放大而使LC滤波器因过载而烧毁，无源滤波器具体应用时应注意。
   　 第三步就是容量，一般应先熟悉谐波源性质，对谐波源满载时的谐波电流进行估算。进而有源滤波器安装位置，对安装点的谐波电流进行估算。同时结合电网实测数据机工程投资，最后确定优质而经济的方案。本工程中因该系统目前负载已基本饱和，不再有扩容的需要。
    　这个图中可以看到，治理前的电压电波是不正常的，而治理后都是正常的波。从该表也可以看到，治理前后电流均方根值下降了13.3%，视在功率下降14.6%，无功功率下降59.4%，但由于有源滤波器本身的功率能耗，有功功率上升3.5%。此外，功率因数提高到0.96以上。
    　电能质量，反馈至公用电网的谐波合格，满足国际和电力部门绿色环保的要求。三相电流、电压均方根值下降，滤波效果明显，系统的安全运行系数提高。供电质量明显改善，消除了安全隐患。
    　我们再来看节能的效果。减少了谐波产生的有功功率损失及其引起的额外损。扩大了电网可用容量。消除了由谐波电流产生的谐波功率而造成的经济损失。优化了通信电源系统，增加变压器有效容量，从而可增加变压器相应带载能力，为今后系统扩容提供了良好的平台，并可减少变压器扩容所需的投资。
    　我们看经济效益，本次的投资是在70万左右。而由于变压器的适载功率得到了有效地提高，无形当中变压器得到了扩容，扩容是在48万，由于它的带载的能力提高，可以使得它总的费用是在70万左右。所以，当年可以收回投资，同时因为采用了有源谐波的滤波器，还可以节省电费。现在的比例是在5%左右，这是和配置是有关的。设备及线路减少发热，延长寿命，提高效率。保障了通信电源系统的安全和稳定性。

  　接下来我们进行一下展望。
    　实施谐波治理措施是今后的趋势，尚未有具体的制约手段，已有部分电网严格审查，发展趋势是供电部门将对谐波进行整治。我们在新闻当中看到了能源法将在本月要出一个草案，里面提到了能源节约的问题。
    　谐波治疗将会有更普遍的应用，不仅是国策的要求而且是电力运营部门的要求，保证局房电能质量的要求。当前的任务将节能工作放在优先地位，学习和借鉴国内外先进经验，建设节能型社会，化解能源对经济发展的制约。同时，作为上海移动将秉承“正德厚生  臻于至善”的核心价值观，上海移动将从我做起，从现在做起，节约能源，保障供电质量，杜绝安全隐患。