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        某大功率UPS系統(tǒng)諧波污染狀況的檢測與分析

        2011-04-25 13:40:10周東朋
        電氣技術(shù) 2011年4期
        關(guān)鍵詞:國標畸變機房

        周東朋 王 鋒

        (中國空間技術(shù)研究院,北京 100094)

        1 引言

        北京某大型國有企業(yè)的數(shù)據(jù)中心機房配備有兩臺容量均為100kVA的UPS電源,由于大功率UPS的整流器工作時會從電網(wǎng)中吸收大量的諧波電流,于是會在以變壓器為電源側(cè)的配電系統(tǒng)中產(chǎn)生大量的諧波分量,大量的諧波分量會給供配電系統(tǒng)的安全運行帶來很大的安全隱患。該企業(yè)數(shù)據(jù)中心機房就曾出現(xiàn)過保護設(shè)備誤動作,主要原因考慮就是諧波污染引起。

        為了徹底弄清該機房供電系統(tǒng)的諧波污染程度,以便進行必要的諧波治理,避免帶來更大機房供電系統(tǒng)運行事故。我們應(yīng)用瑞典聯(lián)合電力公司制造的Unilyzer902電能質(zhì)量分析儀對該系統(tǒng)進行了一次詳細、全面的諧波檢測,檢測位置在機房總進線電源母線上(見圖1)。

        2 諧波檢測

        2.1 檢測說明

        圖1 供電系統(tǒng)簡圖及監(jiān)測點位置

        諧波檢測時系統(tǒng)的運行工況對檢測結(jié)果起著至關(guān)重要的作用,諧波的檢測工作必須在符合要求的工況下進行,只有這樣才能使檢測結(jié)果更加準確、更符合實際狀況、更有代表性。

        筆者在對該企業(yè)機房進行諧波檢測時,也盡量選擇了UPS負荷率較大時進行檢測工作,但由于該機房內(nèi)兩臺UPS最大負荷率均不超過50%,因此使得檢測結(jié)果的電流畸變率指標較大,而實際的諧波電流有效值卻不大。另外,為了更加準確、全面弄清UPS電源引起的諧波大小,連續(xù)檢測時間不少于24h,數(shù)據(jù)的測量統(tǒng)計間隔為5min。

        2.2 檢測結(jié)果分析

        下面從各個方面對此次檢測結(jié)果進行分析,分析從各種不同的數(shù)據(jù)表達形式入手,包括柱形圖、曲線圖、數(shù)據(jù)統(tǒng)計表等。

        (1)檢測結(jié)果總攬圖

        此次檢測的各項參數(shù)結(jié)果如圖 2所示,圖中的虛線為國家標準線,每個柱形包含該項參數(shù)的兩個指標,一是最大值,用紅色表示;另一項是95%概率值,用藍色表示。由圖2分析可以看到:

        ①由圖 2“電壓畸變率”柱形圖可以直觀看出B相電壓畸變率已超標,A相和C相電壓畸變率接近超標。查報表知,A相、B相和C相電壓畸變率分別為4.49%、5.25%和3.28%,B相電壓畸變率已嚴重超過國標要求的5%。

        ②由圖 2“電壓正偏差”柱形圖可以直觀看出A、B、C三相供電電壓過高,都已超過國家標準7%的要求,查報表知A、B、C三相供電電壓正偏差分別為 10.83%、10.95%和 10.74%??梢娙鄬嶋H運行電壓超出系統(tǒng)額定電壓很多,電壓質(zhì)量很壞。

        ③由圖 2“頻率偏差”柱形圖看到系統(tǒng)最大運行頻率值超過國標要求,查報表知,系統(tǒng)頻率超過額定頻率 0.04Hz,沒有超出國標要求的0.2Hz,但是存在越限一次,越限值52.49Hz。

        ④其他電能質(zhì)量評價參數(shù)(短閃變Pst、長閃變Plt、不平衡度等)均沒有超出國標要求值。

        (2)檢測點的電壓測量結(jié)果

        該機房系統(tǒng)電壓的檢測情況如圖 3、圖 4所示。

        圖4 三相電壓諧波總畸變率變化曲線圖

        通過圖3、圖4看出:

        ①A、B、C三相電壓的5、7、11次電壓諧波較為嚴重,含量比較高,查報表知其各相電壓諧波含有率 95%概率值分別為 A相:3.04%、2.84%、1.96%;B相:4.01%、3.00%、2.16%;C相:2.31%、2.02%、1.49%??梢夿相5次電壓諧波含有率95%概率值已超國標要求的4%,其他各相各次電壓諧波含有率 95%概率值也已接近國標限制值4%。

        ② A、B、C三相電壓諧波電壓含有率相對比較高。A、C相電壓畸變率接近國標規(guī)定的5%, B相電壓畸變率超過國標規(guī)定的5%。

        注:圖3中橫坐標為諧波次數(shù),用柱狀圖顯示該次諧波最大值和95%概率值,藍色表示95%概率值,紅色表示最大值;圖4中橫坐標為測試時間,縱坐標為各相電壓諧波畸變率。

        (3)檢測點的電流測量結(jié)果

        該機房系統(tǒng)電流的檢測情況如圖 5、圖 6所示。

        圖5 電流諧波頻譜圖

        圖6 三相電流諧波總畸變率變化曲線圖

        分析:

        ①由上圖5很明顯看到,諧波電流尤其是5、7、11、13、17次電流諧波很大,查報表知各相電流特性諧波含有量的95%概率值分別是A相:25.80A、19.52A、7.30A、3.05A、2.55A;B相:24.38A、17.82A、6.68A、2.55A、2.26A;C相:24.89A、18.27A、6.62A、2.43A、2.26A。

        ②由圖6可以看到,A、B、C各相電流的總畸變率已經(jīng)嚴重超過了 100%(A、B、C各相電流畸變率的95%概率值分別為105.15%、104.97%和103.75%),諧波電流甚至大于系統(tǒng)工頻的正?;娏鳎C波電流污染十分嚴重。

        (4)電壓、電流波形比較

        圖7 電壓、電流波形比較圖

        由圖7明顯可以看到電流波形(紅色曲線),已經(jīng)不是正弦波的樣子,其畸變率非常嚴重,超過100%;電壓波形(藍色曲線)也不是很光滑的正弦曲線,其畸變率尤其在波峰、波谷處也有超標現(xiàn)象。

        3 解決方案建議

        由上面的檢測結(jié)果分析得知,該企業(yè)數(shù)據(jù)機房中心的供電系統(tǒng)的諧波污染比較嚴重,電壓偏差高,電流畸變大,且系統(tǒng)中除了常見的5次、7次諧波電流外,仍存在較大比例的其他次諧波電流(主要是 11、13、17次);另外,該企業(yè)系統(tǒng)內(nèi)負荷變化較大,數(shù)據(jù)機房中心設(shè)備對供電的安全性要求較高。綜合考慮濾波頻譜范圍、濾波效果及系統(tǒng)安全性等各方面因素,雖然目前大部分供電系統(tǒng)仍采用無源濾波器的方式,我們還是建議該企業(yè)采用有源電力濾波器進行諧波專項治理,雖然這樣成本較高,但是可以避免系統(tǒng)諧振現(xiàn)象的發(fā)生,并最大限度消除各次諧波分量,使得治理后各項電能指標符合國家相關(guān)標準規(guī)定。

        4 結(jié)論

        針對某大型企業(yè)數(shù)據(jù)中心機房供電系統(tǒng)存在的諧波污染問題,利用Unilyzer902電能質(zhì)量分析儀對該系統(tǒng)進行一次徹底的檢測,檢測過程盡量捕捉到UPS電源的最大運行負荷率時間。通過對檢測結(jié)果數(shù)據(jù)的多方面分析,計算出該系統(tǒng)受諧波污染的程度,結(jié)合系統(tǒng)對供電安全性的要求及負荷實際運行情況等,提出采用有源電力濾波器進行針對性諧波治理的方案。

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