大功率短波發射臺供電系統無功補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）

大功率短波發射臺供電系統無功補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）

隨著我國廣播事業的不斷發展，大功率短波發射臺的諸多設備已經逐步實現了數字化、自動化。于此同時對電網的可靠性、穩定性也就提出了更高的要求。大功率短波發射臺做為黨中央聲音傳播的喉舌，其政治任務和社會責任都非常重大，不允許有任何閃失。供配電系統是發射臺安全傳輸發射工作的重要技術保障系統之一，要求做到保障有力。因此， 本文通過研究大功率短波發射臺供電系統諧波和無功損耗產生的原因出發并提出治理方法，對發射臺供電系統穩定具有重要意義。

大功率短波發射臺 無功補償 諧波治理

1 引言

大功率短波發射臺一般由發射機系統、節目和天線調度系統、天線饋線系統、節目傳送系統、供電系統等幾大系統組成。發射系統是臺站的核心，發射機是發射系統的中心，發射機是一種能量轉換設備，它把50Hz的工頻電能轉換成高頻電能，這些高頻電能再通過天饋線系統發射到所需的地區去。一個發射臺往往有多部發射機，所消耗的總電功率從幾十千瓦到幾百千瓦，甚至上千千瓦，由于發射機功率不同，因此每個臺站的供電電壓也不盡相同。大、中型發射臺的供電，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，還要設置自備發電機。發射機中使用的一些大功率電氣設備，比如調制變壓器、燈絲調壓器、大功率冷卻風機、射頻末級電子管放大輸出系統等等，這些設備或系統都屬于感性非線性設備，功率通常非常大，在正常工作時會產生大量的無功損耗和諧波電流，這兩者的存在會對發射機的控制部分、配電網絡上的無功補償裝置等產生不利影響，在同一配電網中甚至會造成一部設備開始滿功率工作時其它發射機掉高壓的停播事故，從而對安全傳輸發射工作造成不可挽回的影響。因此加強對配電網絡中無功損耗的補償及諧波的監測與治理，是提高電力系統安全可靠性的重要保障。

2 大功率短波發射臺配電網絡中諧波和無功損耗產生的原因

2.1 大功率短波發射機中大量感性負載的使用

短波發射機使用了大量感性大功率負載，比如調制變壓器、燈絲調壓器、大功率冷卻風機、射頻末級電子管放大輸出系統等等，這些感性設備或者系統，在它們初始狀態工作時都需要從電力系統中吸收感性無功功率來進行勵磁工作，會產生感性無功，而輸電線路具有分布電容，將會產生容性無功功率，也就是說線路要吸收感性無功。電力系統中，發電機是唯一有功電源，也是基本的無功電源，如果我們只依靠發電機提供無功功率的話，電力系統之間由于無功功率不斷的來回交換，從而引起發電、輸電及供配電設備上的電壓損耗及功率損失。整個供電系統的無功功率需求是很大的，當無功功率不足時，會使線路及變壓器的壓降增大，會使電壓產生波動，有時甚至是劇烈波動，此時會在配電網絡上產生大量諧波電流，進而影響其他設備，嚴重時會造成發射機燈絲控制系統中的繼電器保護誤動作、發射機高壓進線開關速斷動作、發射機的控制保護系統誤動作等等一系列事故。電流流經這些非線性設備首先是在配電網絡上形成了非正弦形式的電流，這些非正弦電流與電壓不構成線性關系，配電網絡諧波正是由這些非正弦電流產生的。

2.2 電流在傳輸路徑中產生的諧波

（1）配電網絡中的開關合分閘操作。我們知道，對于大容量負載，主進開關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。非線性負載由U（0-）狀態跳躍到U（0+）狀態，都會產生很大的諧波電流，這些諧波電流相互疊加，最終顯示為線路電壓的波動。（2）短波發射機配電系統中存在的各種電子元件的開關電源。例如，燈絲整流器、簾柵模塊等電氣設備，還有一些設備內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、調制變壓器等等；（3）配電網絡中其他產生諧波的原因。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生諧波，影響整個配電網絡。

3 配電網絡中諧波主要采取分段治理的方式

3.1 發射機低壓部分加裝UPS系統

短波發射機燈絲控制系統是發射機控制系統中很重要的一部分，由于大功率電子管價格昂貴，因此其控制單元保護設置也非常完善和謹慎，當出現外電波動或外電閃落時，發射機的燈絲控制器會出現級別較高的保護，保護之后就需要重新加電，升燈絲，但大功率電子管的維護要求中升燈絲必需要分段延時，并且在對控制系統造成影響時，需要復位控制板卡等操作，致使發射機恢復播出的時間相對較長。因此，為了有效避免這種事故的出現，我們在發射機燈絲供電系統單元中加裝UPS。UPS系統不但是后備電源，在這里使用更是一個濾波器，使發射機供電實現穩壓，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 配電網絡10kv或35KV高壓線路并聯無源濾波器

在10kv或35KV高壓供電線路中并聯的無源濾波器是由電容器和電抗器相串聯組成的濾波器，將它與其它設備并聯在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在合閘時產生的浪涌電流。這種并聯濾波器，電抗器的感抗和電容器的容抗全調諧后，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母線供電的電能質量。短波發射機系統中大功率電氣設備在工作中，會在10kv或35KV母線上產生大量諧波，在母線上采用并聯形式安裝的無源濾波設備，可以方便、經濟的治理諧波。因為無源濾波設備在補償時可以降低線路的損耗，并會使諧波的影響降低。濾波系統濾除存在的高次諧波，因此能有效節約電能，還能對功率因數進行補償。可以根據設備的實際運行規律設計電力系統，按照諧波的產生次數，選擇適合的電抗設備。由此可見，這種無源濾波器能夠保證電力系統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行過濾和處理的設備。

3.3 使用有源的濾波器

有源濾波是由電力電子技術和高速數字信號處理設備組合構建而成的， 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載電流，然后將負載電流進行各次諧波和無功的分離，控制并主動輸出與電網諧波電流幅值相等、極性相反的補償電流，此電流注入到電路網絡中，對諧波電流進行抵消處理，從而實現動態跟蹤補償，可以既補諧波又補無功。有源濾波器的主電路主要由PWM逆變器構成。根據逆變器直流側儲能元件的不同，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電感電流進行控制，使直流側電流維持不變而逆變器交流側輸出為PWM電流波。

4 結語

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

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