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      機房UPS三次諧波干擾與零電位擾動的抑制措施

      來源:機房360 作者:麗水市廣播電視總 陳水生 金亦建 更新時間:2011-9-20 0:15:53

      摘要:分析了廣播電視機房UPS供電系統諧波干擾產生的原因,說明了重視和預防機房供電系統三次諧波干擾和零電位擾動問題的重要性。根據麗水廣播電視中心UPS供電系統的實際應用方案.介紹了利用電抗器和隔離變壓器解決諧波干擾和零電位擾磅這個突出問題的具體做法。

        1引言
        
        為了保證供電的穩定可靠,在廣播電視制播工藝系統中往往會引進UPS電源系統。但正是由于UPS的大規模引入,致使諸多數字音視頻工藝系統屢遭干擾,使噪音、死機、誤碼、眼圖閉合、信號有效傳輸距離縮短等現象頻發,給工程技術人員帶來了許多困擾。
        
        2干擾產生
        
        在三相四線制星形線路中,由于大多數廣播電視工藝系統三相負載不能保證完全平衡.因此在零線電流不為零。當在該供電回路中接入UPS時.由于UPS一般是“交一直一交”式結構,功率器件往往工作在“截止一導通一截止”這樣一個非線性的突變過程.這種突變極易產生較強的高次諧波。而運行在非平衡負載狀態下的三相供電系統又更加劇了這種諧波的產生。三次及其倍頻諧波的產生,會形成不可低估的同相諧波電流分量.而這種電流分量。正是直接導致三相電路零線回路電流過載而產生干擾的罪魁禍首。
        
        通過分析這些干擾產生的原因不難發現。在三相交流供電線路中接入大功率UPS。的確很容易產生高次諧波,尤其是三次及其倍頻諧波危害最大。當這種諧波的電流分量與原來的零線電流疊加后.整個供電回路的功率因數會因此而降低,輕則導致零電位擾動,拉大零地電位差,引起對負載端丁藝系統設備的干擾;重則使零線過載,銅損增大,甚至損毀輸入側的前端供電設備,如變壓器、油機、遠程UPS系統等。因此,在實施廣播電視工程項目時,務必引起足夠重視.并采取有效措施加以防范。
        
        3抑制措施
        
        3.1措施一
        
        要講究UPS的選型。合理選擇UPS本身就可以有效預防或減低干擾的發生。一般來說,選擇UPS應按負荷大小、運行方式、電壓及頻率波動范圍、供電保持時間、輸出波形畸變系數等重要指標來確定。對于廣播電視工程來說。UPS的引入還應特別注重其性能指標以及內在質量,具體考慮以下問題:1)是否具備高精度的電壓穩定功能;2)輸出電壓是否諧波分量小,正弦波失真少;3)是否具有主備系統的同步鎖相功能??蛇M行同步切換或并機運行,有無崩潰點;4)逆變器的效率是否較高,動態特性是否較好;5)容量是否具有可擴充的余地;6)性價比是否較合理。
        
        3.2措施二
        
        在UPS輸入端接入交流阻波電抗器。從前面的分析可知,造成供電系統功率因數降低,給設備帶來干擾的原因還不是三相負載的不平衡.而是其中的三次及其倍頻諧波。在UPS輸入端接人交流阻波電抗器AL(見圖1),不僅可以有效抑制諧波的回流反射,提高電路的功率因數,還能降低UPS接通瞬間的充電涌流。較好地解決了UPS對前端供電系統的沖擊而引起的過載問題。阻波電抗器可根據UPS額定輸入電流的大小選擇相應的型號,3只電容器均采用電力電容器,耐壓≥1000V即可。其容量一般在100—220nF之間選擇。


      圖1在UPS輸入端接入交流阻波電抗器AL

        3.3措施三
        
        負載端采用隔離變壓器輸出。從物理連接上將UPS與負載的零線分開(如圖2),這對有效抑制各種干擾非常有利。隔離變壓器是一個非常成熟的產品,結構簡單,價格低廉,規格齊全,可以滿足各種功率等級的要求,而且安全可靠。使用上無風險。所以,經常被應用在現代精密配電中心(PPC)上。實踐證明,隔離變壓器的引入,不僅能很好地解決零線壓降隨電流增大而提高.從而導致負載端零地電位差升高的問題,有效杜絕了由諧波帶來的干擾,而且還有效減弱了強雷電給工藝系統帶來的電磁干擾。在實際應用時.隔離變壓器應盡量接在靠近負載端。因為隔離后的電源零線要就近接入工藝地線,這樣做是為了確保負載零線與工藝地線電位的一致。使零地并接后其電位差趨近于零,上述干擾也就不復存在。


      圖2從物理連接上將UPS與負載的零線分開

         在日常的技術維護中.因零地電位差過大而引起對廣播電視工藝系統設備干擾的問題。卻普遍得不到人們的重視和研究.把系統在運行時出現的一些古怪現象和故障表現,簡單歸咎于設備本身.使系統常常處在惡劣的電源環境和干擾之中運行,而長期得不到改善。因此,機房UPS三次諧波干擾與零電位擾動問題應引起充分重視。
        
        3.4措施四
        
        合理的施工工藝是確保工程取得事半功倍成效之關鍵。設備的品質同然重要,而其合理的布局和講究的布線工藝對系統的質量影響尤其突出。從前面分析的情況看,縮短零線長度,增大零線截面積是一種減小零線電抗,降低壓降,縮小零地電位差,減低干擾的有效途徑。從零線電抗計算公式Z.=ρ×L÷S可以看出,當導線長度己減小,導線載面積S增大時,磊隨之減小,零地電位差也隨之降低。
        
        當然.合理地確定布線空間同樣可以取得好的成效。根據有關技術資料說明,對于雙變換純在線式UPS,當逆變器工作時,UPS輸入端零線電流理論E應該為零。但由于配電機房電纜多數走的是大電流.這些大電流設備包括大功率UPS,電梯變頻器,空調壓縮機等,它們工作時多少會產生各種諧波.若把這些電纜緊挨在一起走長線,難免會產生各種諧波的耦合和調制。并互為串擾。產生新的諧波分量,最終導致干擾的產生。所以,有條件時應將UPs的火線和零線、地線分開走線。兩者的距離應該保證在20cm以上。其他動力電纜也應該遠離UPS零線。如因場地原因不能拉開距離,零線或地線可考慮使用屏蔽電纜,也可達到同樣效果。
        
        4工程案例
        
        本案例是麗水廣電中心新建工藝機房的高質量供電系統.該系統采用模塊式在線型UPS,分3個區域布局設置。分別是:1號區域為電視演播制作區,額定容量120kV•A,主要負責大小演播廳6個。新聞、欄目、廣告等3個編輯機房及錄音配音室的日常供電。在非常時期,經卸載部分負荷,可作為遠程UPS向保障級別要求更高的廣播電視播控系統,提供更長時間的電力保障。2號區域為電視播控區。額定容量40kV•A。系本地UPS.專供具有4套電視節目播出容量的播總控系統的日常供電。3號區域為廣播制播區,額定容量20kV•A,系本地UPS,負責最多可同時進行3套廣播節目制播的電力保障。實踐證明,本設計(如圖3所示)技術成熟,安全有效。


      圖3機房供電系統結構

        責任編輯:Alice

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