大功率短波发射台供电系统无功补偿和谐波治理的研究

李萍（国家新闻出版广电总局九五一台，河北石家庄 050407）

大功率短波发射台供电系统无功补偿和谐波治理的研究

李萍
（国家新闻出版广电总局九五一台，河北石家庄 050407）

随着我国广播事业的不断发展，大功率短波发射台的诸多设备已经逐步实现了数字化、自动化。于此同时对电网的可靠性、稳定性也就提出了更高的要求。大功率短波发射台做为党中央声音传播的喉舌，其政治任务和社会责任都非常重大，不允许有任何闪失。供配电系统是发射台安全传输发射工作的重要技术保障系统之一，要求做到保障有力。因此， 本文通过研究大功率短波发射台供电系统谐波和无功损耗产生的原因出发并提出治理方法，对发射台供电系统稳定具有重要意义。

大功率短波发射台 无功补偿 谐波治理

1 引言

大功率短波发射台一般由发射机系统、节目和天线调度系统、天线馈线系统、节目传送系统、供电系统等几大系统组成。发射系统是台站的核心，发射机是发射系统的中心，发射机是一种能量转换设备，它把50Hz的工频电能转换成高频电能，这些高频电能再通过天馈线系统发射到所需的地区去。一个发射台往往有多部发射机，所消耗的总电功率从几十千瓦到几百千瓦，甚至上千千瓦，由于发射机功率不同，因此每个台站的供电电压也不尽相同。大、中型发射台的供电，一般从两个不同方向的电站引来两路35KV或10KV电源，以保证供电安全，个别供电情况不好的地区，还要设置自备发电机。发射机中使用的一些大功率电气设备，比如调制变压器、灯丝调压器、大功率冷却风机、射频末级电子管放大输出系统等等，这些设备或系统都属于感性非线性设备，功率通常非常大，在正常工作时会产生大量的无功损耗和谐波电流，这两者的存在会对发射机的控制部分、配电网络上的无功补偿装置等产生不利影响，在同一配电网中甚至会造成一部设备开始满功率工作时其它发射机掉高压的停播事故，从而对安全传输发射工作造成不可挽回的影响。因此加强对配电网络中无功损耗的补偿及谐波的监测与治理，是提高电力系统安全可靠性的重要保障。

2 大功率短波发射台配电网络中谐波和无功损耗产生的原因

2.1 大功率短波发射机中大量感性负载的使用

短波发射机使用了大量感性大功率负载，比如调制变压器、灯丝调压器、大功率冷却风机、射频末级电子管放大输出系统等等，这些感性设备或者系统，在它们初始状态工作时都需要从电力系统中吸收感性无功功率来进行励磁工作，会产生感性无功，而输电线路具有分布电容，将会产生容性无功功率，也就是说线路要吸收感性无功。电力系统中，发电机是唯一有功电源，也是基本的无功电源，如果我们只依靠发电机提供无功功率的话，电力系统之间由于无功功率不断的来回交换，从而引起发电、输电及供配电设备上的电压损耗及功率损失。整个供电系统的无功功率需求是很大的，当无功功率不足时，会使线路及变压器的压降增大，会使电压产生波动，有时甚至是剧烈波动，此时会在配电网络上产生大量谐波电流，进而影响其他设备，严重时会造成发射机灯丝控制系统中的继电器保护误动作、发射机高压进线开关速断动作、发射机的控制保护系统误动作等等一系列事故。电流流经这些非线性设备首先是在配电网络上形成了非正弦形式的电流，这些非正弦电流与电压不构成线性关系，配电网络谐波正是由这些非正弦电流产生的。

2.2 电流在传输路径中产生的谐波

（1）配电网络中的开关合分闸操作。我们知道，对于大容量负载，主进开关的合分闸操作对线路的影响非常大，最明显的就是线路电压的波动。非线性负载由U（0-）状态跳跃到U（0+）状态，都会产生很大的谐波电流，这些谐波电流相互叠加，最终显示为线路电压的波动。（2）短波发射机配电系统中存在的各种电子元件的开关电源。例如，灯丝整流器、帘栅模块等电气设备，还有一些设备内存在一些铁芯的电力装置，比如低压电力变压器、灯丝变压器、调制变压器等等；（3）配电网络中其他产生谐波的原因。例如，夏天雷电击中供电线路，或者是雷电感应干扰供电线路。配电线路瞬间故障，线路接地、线路短路等等。这些原因都会在配电线路上产生谐波，影响整个配电网络。

3 配电网络中谐波主要采取分段治理的方式

3.1 发射机低压部分加装UPS系统

短波发射机灯丝控制系统是发射机控制系统中很重要的一部分，由于大功率电子管价格昂贵，因此其控制单元保护设置也非常完善和谨慎，当出现外电波动或外电闪落时，发射机的灯丝控制器会出现级别较高的保护，保护之后就需要重新加电，升灯丝，但大功率电子管的维护要求中升灯丝必需要分段延时，并且在对控制系统造成影响时，需要复位控制板卡等操作，致使发射机恢复播出的时间相对较长。因此，为了有效避免这种事故的出现，我们在发射机灯丝供电系统单元中加装UPS。UPS系统不但是后备电源，在这里使用更是一个滤波器，使发射机供电实现稳压，而且在工作时可以很好地滤除特定次或多次谐波。线路接线图如图1。

3.2 配电网络10kv或35KV高压线路并联无源滤波器

在10kv或35KV高压供电线路中并联的无源滤波器是由电容器和电抗器相串联组成的滤波器，将它与其它设备并联在10kv或35KV母线上。主要作用是能够抑制或者滤除10kv或35KV线路上的多次谐波，还能够限制高压开关在合闸时产生的浪涌电流。这种并联滤波器，电抗器的感抗和电容器的容抗全调谐后，可以组成线路高次谐波的交流滤波器，滤除特定次谐波，有效地减少线路的特定谐波，进而降低10kv或35KV母线上该谐波的电压畸变，提高10kv或35KV母线供电的电能质量。短波发射机系统中大功率电气设备在工作中，会在10kv或35KV母线上产生大量谐波，在母线上采用并联形式安装的无源滤波设备，可以方便、经济的治理谐波。因为无源滤波设备在补偿时可以降低线路的损耗，并会使谐波的影响降低。滤波系统滤除存在的高次谐波，因此能有效节约电能，还能对功率因数进行补偿。可以根据设备的实际运行规律设计电力系统，按照谐波的产生次数，选择适合的电抗设备。由此可见，这种无源滤波器能够保证电力系统在更加安全和高效的条件下工作，是一种能够有效对谐波进行过滤和处理的设备。

3.3 使用有源的滤波器

有源滤波是由电力电子技术和高速数字信号处理设备组合构建而成的， 之所以称为有源，是相对于无源滤波器而言，无源滤波器只能吸收特定频率与大小的谐波，而有源滤波器可以采样负载电流，然后将负载电流进行各次谐波和无功的分离，控制并主动输出与电网谐波电流幅值相等、极性相反的补偿电流，此电流注入到电路网络中，对谐波电流进行抵消处理，从而实现动态跟踪补偿，可以既补谐波又补无功。有源滤波器的主电路主要由PWM逆变器构成。根据逆变器直流侧储能元件的不同，有电压型有源滤波器（储能元件为电容）和电流型有源滤波器（储能元件为电感）两种型式。大功率发射台一般选电流型有源滤波器，这种滤波器在工作时对直流侧电感电流进行控制，使直流侧电流维持不变而逆变器交流侧输出为PWM电流波。

4 结语

在整个台站的所有技术系统中，相对稳定性来讲，供电系统属于容易被忽视的系统，但安全供电对保证设备的安全播出又起着决定性作用。本文主要对大功率发射台供电系统中谐波产生的原因、危害进行了论述，并对无功补偿及治理谐波的方法进行了分析，对提高供电系统的安全性和高效性具有重要意义。

［1］李玉林.广播电视工程中无功补偿与谐波治理分析［J］.电子世界，2014（11）.

［2］章军.无功补偿技术在电气自动化中的应用分析［J］.电工文摘，2013（4）.

［3］盘宏斌，罗安，黄辉先，等.HAPF与SVC组成的并联型电能质量综合补偿器的拓扑结构及应用研究［J］.湘潭大学自然科学学报，2009（2）.

［4］刘兆银.谐波治理及低压无源电力滤波器选型条件估算［J］.广播电视信息，2013（6）.

李萍（1975—），女，山东邹平人，本科，工程师，研究方向：通讯、无线广播。