李萍（國家新聞出版廣電總局九五一臺，河北石家莊 050407）

大功率短波發(fā)射臺供電系統(tǒng)無功補(bǔ)償和諧波治理的研究

李萍
（國家新聞出版廣電總局九五一臺，河北石家莊 050407）

隨著我國廣播事業(yè)的不斷發(fā)展，大功率短波發(fā)射臺的諸多設(shè)備已經(jīng)逐步實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化、自動化。于此同時對電網(wǎng)的可靠性、穩(wěn)定性也就提出了更高的要求。大功率短波發(fā)射臺做為黨中央聲音傳播的喉舌，其政治任務(wù)和社會責(zé)任都非常重大，不允許有任何閃失。供配電系統(tǒng)是發(fā)射臺安全傳輸發(fā)射工作的重要技術(shù)保障系統(tǒng)之一，要求做到保障有力。因此， 本文通過研究大功率短波發(fā)射臺供電系統(tǒng)諧波和無功損耗產(chǎn)生的原因出發(fā)并提出治理方法，對發(fā)射臺供電系統(tǒng)穩(wěn)定具有重要意義。

大功率短波發(fā)射臺 無功補(bǔ)償 諧波治理

1 引言

大功率短波發(fā)射臺一般由發(fā)射機(jī)系統(tǒng)、節(jié)目和天線調(diào)度系統(tǒng)、天線饋線系統(tǒng)、節(jié)目傳送系統(tǒng)、供電系統(tǒng)等幾大系統(tǒng)組成。發(fā)射系統(tǒng)是臺站的核心，發(fā)射機(jī)是發(fā)射系統(tǒng)的中心，發(fā)射機(jī)是一種能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，它把50Hz的工頻電能轉(zhuǎn)換成高頻電能，這些高頻電能再通過天饋線系統(tǒng)發(fā)射到所需的地區(qū)去。一個發(fā)射臺往往有多部發(fā)射機(jī)，所消耗的總電功率從幾十千瓦到幾百千瓦，甚至上千千瓦，由于發(fā)射機(jī)功率不同，因此每個臺站的供電電壓也不盡相同。大、中型發(fā)射臺的供電，一般從兩個不同方向的電站引來兩路35KV或10KV電源，以保證供電安全，個別供電情況不好的地區(qū)，還要設(shè)置自備發(fā)電機(jī)。發(fā)射機(jī)中使用的一些大功率電氣設(shè)備，比如調(diào)制變壓器、燈絲調(diào)壓器、大功率冷卻風(fēng)機(jī)、射頻末級電子管放大輸出系統(tǒng)等等，這些設(shè)備或系統(tǒng)都屬于感性非線性設(shè)備，功率通常非常大，在正常工作時會產(chǎn)生大量的無功損耗和諧波電流，這兩者的存在會對發(fā)射機(jī)的控制部分、配電網(wǎng)絡(luò)上的無功補(bǔ)償裝置等產(chǎn)生不利影響，在同一配電網(wǎng)中甚至?xí)斐梢徊吭O(shè)備開始滿功率工作時其它發(fā)射機(jī)掉高壓的停播事故，從而對安全傳輸發(fā)射工作造成不可挽回的影響。因此加強(qiáng)對配電網(wǎng)絡(luò)中無功損耗的補(bǔ)償及諧波的監(jiān)測與治理，是提高電力系統(tǒng)安全可靠性的重要保障。

2 大功率短波發(fā)射臺配電網(wǎng)絡(luò)中諧波和無功損耗產(chǎn)生的原因

2.1 大功率短波發(fā)射機(jī)中大量感性負(fù)載的使用

短波發(fā)射機(jī)使用了大量感性大功率負(fù)載，比如調(diào)制變壓器、燈絲調(diào)壓器、大功率冷卻風(fēng)機(jī)、射頻末級電子管放大輸出系統(tǒng)等等，這些感性設(shè)備或者系統(tǒng)，在它們初始狀態(tài)工作時都需要從電力系統(tǒng)中吸收感性無功功率來進(jìn)行勵磁工作，會產(chǎn)生感性無功，而輸電線路具有分布電容，將會產(chǎn)生容性無功功率，也就是說線路要吸收感性無功。電力系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)是唯一有功電源，也是基本的無功電源，如果我們只依靠發(fā)電機(jī)提供無功功率的話，電力系統(tǒng)之間由于無功功率不斷的來回交換，從而引起發(fā)電、輸電及供配電設(shè)備上的電壓損耗及功率損失。整個供電系統(tǒng)的無功功率需求是很大的，當(dāng)無功功率不足時，會使線路及變壓器的壓降增大，會使電壓產(chǎn)生波動，有時甚至是劇烈波動，此時會在配電網(wǎng)絡(luò)上產(chǎn)生大量諧波電流，進(jìn)而影響其他設(shè)備，嚴(yán)重時會造成發(fā)射機(jī)燈絲控制系統(tǒng)中的繼電器保護(hù)誤動作、發(fā)射機(jī)高壓進(jìn)線開關(guān)速斷動作、發(fā)射機(jī)的控制保護(hù)系統(tǒng)誤動作等等一系列事故。電流流經(jīng)這些非線性設(shè)備首先是在配電網(wǎng)絡(luò)上形成了非正弦形式的電流，這些非正弦電流與電壓不構(gòu)成線性關(guān)系，配電網(wǎng)絡(luò)諧波正是由這些非正弦電流產(chǎn)生的。

2.2 電流在傳輸路徑中產(chǎn)生的諧波

（1）配電網(wǎng)絡(luò)中的開關(guān)合分閘操作。我們知道，對于大容量負(fù)載，主進(jìn)開關(guān)的合分閘操作對線路的影響非常大，最明顯的就是線路電壓的波動。非線性負(fù)載由U（0-）狀態(tài)跳躍到U（0+）狀態(tài)，都會產(chǎn)生很大的諧波電流，這些諧波電流相互疊加，最終顯示為線路電壓的波動。（2）短波發(fā)射機(jī)配電系統(tǒng)中存在的各種電子元件的開關(guān)電源。例如，燈絲整流器、簾柵模塊等電氣設(shè)備，還有一些設(shè)備內(nèi)存在一些鐵芯的電力裝置，比如低壓電力變壓器、燈絲變壓器、調(diào)制變壓器等等；（3）配電網(wǎng)絡(luò)中其他產(chǎn)生諧波的原因。例如，夏天雷電擊中供電線路，或者是雷電感應(yīng)干擾供電線路。配電線路瞬間故障，線路接地、線路短路等等。這些原因都會在配電線路上產(chǎn)生諧波，影響整個配電網(wǎng)絡(luò)。

3 配電網(wǎng)絡(luò)中諧波主要采取分段治理的方式

3.1 發(fā)射機(jī)低壓部分加裝UPS系統(tǒng)

短波發(fā)射機(jī)燈絲控制系統(tǒng)是發(fā)射機(jī)控制系統(tǒng)中很重要的一部分，由于大功率電子管價格昂貴，因此其控制單元保護(hù)設(shè)置也非常完善和謹(jǐn)慎，當(dāng)出現(xiàn)外電波動或外電閃落時，發(fā)射機(jī)的燈絲控制器會出現(xiàn)級別較高的保護(hù)，保護(hù)之后就需要重新加電，升燈絲，但大功率電子管的維護(hù)要求中升燈絲必需要分段延時，并且在對控制系統(tǒng)造成影響時，需要復(fù)位控制板卡等操作，致使發(fā)射機(jī)恢復(fù)播出的時間相對較長。因此，為了有效避免這種事故的出現(xiàn)，我們在發(fā)射機(jī)燈絲供電系統(tǒng)單元中加裝UPS。UPS系統(tǒng)不但是后備電源，在這里使用更是一個濾波器，使發(fā)射機(jī)供電實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓，而且在工作時可以很好地濾除特定次或多次諧波。線路接線圖如圖1。

3.2 配電網(wǎng)絡(luò)10kv或35KV高壓線路并聯(lián)無源濾波器

在10kv或35KV高壓供電線路中并聯(lián)的無源濾波器是由電容器和電抗器相串聯(lián)組成的濾波器，將它與其它設(shè)備并聯(lián)在10kv或35KV母線上。主要作用是能夠抑制或者濾除10kv或35KV線路上的多次諧波，還能夠限制高壓開關(guān)在合閘時產(chǎn)生的浪涌電流。這種并聯(lián)濾波器，電抗器的感抗和電容器的容抗全調(diào)諧后，可以組成線路高次諧波的交流濾波器，濾除特定次諧波，有效地減少線路的特定諧波，進(jìn)而降低10kv或35KV母線上該諧波的電壓畸變，提高10kv或35KV母線供電的電能質(zhì)量。短波發(fā)射機(jī)系統(tǒng)中大功率電氣設(shè)備在工作中，會在10kv或35KV母線上產(chǎn)生大量諧波，在母線上采用并聯(lián)形式安裝的無源濾波設(shè)備，可以方便、經(jīng)濟(jì)的治理諧波。因?yàn)闊o源濾波設(shè)備在補(bǔ)償時可以降低線路的損耗，并會使諧波的影響降低。濾波系統(tǒng)濾除存在的高次諧波，因此能有效節(jié)約電能，還能對功率因數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償?？梢愿鶕?jù)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行規(guī)律設(shè)計電力系統(tǒng)，按照諧波的產(chǎn)生次數(shù)，選擇適合的電抗設(shè)備。由此可見，這種無源濾波器能夠保證電力系統(tǒng)在更加安全和高效的條件下工作，是一種能夠有效對諧波進(jìn)行過濾和處理的設(shè)備。

3.3 使用有源的濾波器

有源濾波是由電力電子技術(shù)和高速數(shù)字信號處理設(shè)備組合構(gòu)建而成的， 之所以稱為有源，是相對于無源濾波器而言，無源濾波器只能吸收特定頻率與大小的諧波，而有源濾波器可以采樣負(fù)載電流，然后將負(fù)載電流進(jìn)行各次諧波和無功的分離，控制并主動輸出與電網(wǎng)諧波電流幅值相等、極性相反的補(bǔ)償電流，此電流注入到電路網(wǎng)絡(luò)中，對諧波電流進(jìn)行抵消處理，從而實(shí)現(xiàn)動態(tài)跟蹤補(bǔ)償，可以既補(bǔ)諧波又補(bǔ)無功。有源濾波器的主電路主要由PWM逆變器構(gòu)成。根據(jù)逆變器直流側(cè)儲能元件的不同，有電壓型有源濾波器（儲能元件為電容）和電流型有源濾波器（儲能元件為電感）兩種型式。大功率發(fā)射臺一般選電流型有源濾波器，這種濾波器在工作時對直流側(cè)電感電流進(jìn)行控制，使直流側(cè)電流維持不變而逆變器交流側(cè)輸出為PWM電流波。

4 結(jié)語

在整個臺站的所有技術(shù)系統(tǒng)中，相對穩(wěn)定性來講，供電系統(tǒng)屬于容易被忽視的系統(tǒng)，但安全供電對保證設(shè)備的安全播出又起著決定性作用。本文主要對大功率發(fā)射臺供電系統(tǒng)中諧波產(chǎn)生的原因、危害進(jìn)行了論述，并對無功補(bǔ)償及治理諧波的方法進(jìn)行了分析，對提高供電系統(tǒng)的安全性和高效性具有重要意義。

［1］李玉林.廣播電視工程中無功補(bǔ)償與諧波治理分析［J］.電子世界，2014（11）.

［2］章軍.無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動化中的應(yīng)用分析［J］.電工文摘，2013（4）.

［3］盤宏斌，羅安，黃輝先，等.HAPF與SVC組成的并聯(lián)型電能質(zhì)量綜合補(bǔ)償器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及應(yīng)用研究［J］.湘潭大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報，2009（2）.

［4］劉兆銀.諧波治理及低壓無源電力濾波器選型條件估算［J］.廣播電視信息，2013（6）.

李萍（1975—），女，山東鄒平人，本科，工程師，研究方向：通訊、無線廣播。