機房UPS三次諧波干擾與零電位擾動的抑制措施

1引言

為了保證供電的穩(wěn)定可靠，在廣播電視制播工藝系統(tǒng)中往往會引進UPS電源系統(tǒng)。但正是由于UPS的大規(guī)模引入，致使諸多數(shù)字音視頻工藝系統(tǒng)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(xiàn)象頻發(fā)，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(shù)廣播電視工藝系統(tǒng)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(tài)下的三相供電系統(tǒng)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(fā)現(xiàn)。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(shù)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(tǒng)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(tǒng)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(fā)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(shù)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(wěn)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(tǒng)的同步鎖相功能。可進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(tài)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(tǒng)功率因數(shù)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(shù)，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(tǒng)的沖擊而引起的過載問題。阻波電抗器可根據(jù)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。

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(guī)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(xiàn)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(tǒng)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。

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(tǒng)設備干擾的問題。卻普遍得不到人們的重視和研究．把系統(tǒng)在運行時出現(xiàn)的一些古怪現(xiàn)象和故障表現(xiàn)，簡單歸咎于設備本身．使系統(tǒng)常常處在惡劣的電源環(huán)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(tǒng)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(jù)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(shù)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(tǒng)．該系統(tǒng)采用模塊式在線型UPS，分3個區(qū)域布局設置。分別是：1號區(qū)域為電視演播制作區(qū)，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(tǒng)，提供更長時間的電力保障。2號區(qū)域為電視播控區(qū)。額定容量40kV A。系本地UPS．專供具有4套電視節(jié)目播出容量的播總控系統(tǒng)的日常供電。3號區(qū)域為廣播制播區(qū)，額定容量20kV A，系本地UPS，負責最多可同時進行3套廣播節(jié)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。

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