通信樞紐樓如何防止容性負(fù)載誘發(fā)諧振過載宕機的探討

虎佐翰

（中國移動通信集團甘肅有限公司平?jīng)龇止荆拭C 平?jīng)?744000）

0 引 言

新建成的公司樞紐樓，由于負(fù)載較輕，大部分開關(guān)電源及UPS均處于容性工作狀態(tài)，通過對平?jīng)鲂陆ǖ诙屑~樓核心機房維護發(fā)現(xiàn)，對運行設(shè)備采取一定措施處理也可以解決容性負(fù)載的困擾，將交流配電由容性負(fù)載變?yōu)楦行载?fù)載。

1 容性負(fù)載和感性負(fù)載構(gòu)成

（1）機房常見容性設(shè)備

UPS（尤其使用六波工頻UPS）；直流開關(guān)電源。

（2）機房常見感性設(shè)備

變壓器，機房專用空調(diào)；電梯；含電機的設(shè)備；照明設(shè)備等。

2 容性負(fù)載常見處理方式

2.1 直流-48 V、直流240 V、直流336 V開關(guān)電源

目前新建樞紐樓核心機房設(shè)計配置的開關(guān)電源模塊均為滿配置，當(dāng)電源模塊全部打開處于低負(fù)載運行期間，如果未按照配置關(guān)閉部分電源模塊或未處于節(jié)能運行狀態(tài)，除了正常運行能源消耗高外，還對外呈現(xiàn)容性，尤其多套開關(guān)電源同時開啟，造成總回路容抗很大，直接影響供電可靠性[1]。

解決方法：（1）對于大負(fù)載直流開關(guān)電源（負(fù)載大于600 A），根據(jù)負(fù)載電流+充電電流+1至2塊電源模塊備用模塊，選擇配置電源模塊總數(shù)量，同時通過計算實際啟用電源模塊平均工作電流要小于開關(guān)電源實際默認(rèn)設(shè)置40%節(jié)能點電流運行設(shè)置，兩者取其最大配置值，打開節(jié)能運行模式，開關(guān)電源就處于節(jié)能工作狀態(tài)，單模塊處于70%～80%大容量輸出工作狀態(tài)，其他模塊處于熱備份工作狀態(tài)。（2）對于小負(fù)載直流開關(guān)電源（負(fù)載小于600 A），除了采用節(jié)能配置外，對于多余電源模塊采用拔出處于冷備份工作狀態(tài)。圖1為平?jīng)鲆苿油ㄐ欧止拘∪萘控?fù)載輸出開關(guān)電源柜（430 A），除了開關(guān)電源模塊處于節(jié)能運行模式，另半架電源模塊直接拔出冷備份；圖2為大容量負(fù)載輸出開關(guān)電源柜（920 A），全部開啟并處于節(jié)能運行模式。

圖1 小容量開關(guān)電源柜

圖2 大容量開關(guān)電源柜

2.2 UPS設(shè)備

在UPS選型中，由于六波工頻UPS價格低，集采時往往容易中標(biāo)，目前在通信機房中大量使用，這種設(shè)備相比較12波工頻UPS，由于倒灌諧波分量大，設(shè)備出廠時均配置輸入端防雜波電容組件，造成空載和輕載時呈現(xiàn)容抗很大。

解決辦法：（1）對于六波UPS空載或輕載時可以考慮暫緩安裝防雜波輸入端電容組件。（2）對于模塊化UPS可以采用降低模塊開啟數(shù)量來降低容性。

2.3 整治前后對比

高低壓配電回路功率因數(shù)COSф值對比，通過對平?jīng)鲆苿拥诙屑~樓5套維諦開關(guān)電源進行節(jié)能和電源模塊冷備份設(shè)置，同時調(diào)整空調(diào)開啟數(shù)量，觀察高低壓配電總回路從容性負(fù)載區(qū)域變?yōu)楦行载?fù)載區(qū)域[2]。未處理前同時未加載空調(diào)運行如圖3所示，功率因數(shù)為容性0.89；處理后同時加載空調(diào)正常運行如圖4所示，功率因數(shù)為感性0.99，剛好處于感性區(qū)域。

圖3 功率因數(shù)示意(未處理)

圖4 功率因數(shù)示意(處理后)

3 容性負(fù)載造成的危害

3.1 高低壓配電設(shè)備

設(shè)備運行過程中，由于負(fù)載的不斷變動，當(dāng)供電回路感抗和負(fù)載端容抗接近時，在配電回路中就會產(chǎn)生諧振，雖然發(fā)生諧振的概率很低，但諧振像一個定時炸彈始終在潛伏，隨時都有可能觸發(fā)，尤其啟動發(fā)電機運行在容性負(fù)載環(huán)境時最易產(chǎn)生諧振，對于新建樞紐大樓雖然配電回路負(fù)載很輕，諧振一旦發(fā)生瞬間會形成高電壓大電流振蕩沖擊，大電流直接會頂爆10 kV高壓真空斷路器及低壓配電總輸入斷路器，對于維護人員來說幾乎很少碰到此類問題，一旦發(fā)生會誤認(rèn)為低壓側(cè)設(shè)備短路，沒有找見故障源不敢去二次合閘，尤其在一些IDC數(shù)據(jù)中心，長時間斷電會直接影響負(fù)載正常工作[3]。

3.2 UPS設(shè)備

由于諧振發(fā)生時，會瞬間產(chǎn)生高電壓大電流振蕩沖擊，往往同時會造成UPS輸入端電容器爆燃，維護人員會誤以為電容器質(zhì)量問題或者老化產(chǎn)生爆燃，像這種過載維護人員會誤認(rèn)為故障源在UPS電容老化問題而忽略諧振，關(guān)掉故障UPS，重新合閘后由于發(fā)生瞬間諧振概率很低設(shè)備恢復(fù)正常供電[4]。但如果UPS輸入端濾波電容沒有爆燃，維護人員就會一頭霧水，由于找不見過載短路點，沒有人敢去二次合閘往往耽擱故障處理時限，這種故障現(xiàn)網(wǎng)已發(fā)生多次案例，所以對于容性負(fù)載易發(fā)生諧振要從理論上認(rèn)真學(xué)習(xí)，從根本上徹底消除供電回路容性問題。

3.3 發(fā)電機設(shè)備

備用發(fā)電機供電時，由于發(fā)電機本身為感性負(fù)載，如果由于供電回路屬于容性負(fù)載出現(xiàn)諧振，也會造成發(fā)電機瞬間過載停機，如果是多臺發(fā)電機并機輸出，也會造成并機同步輸出失敗，并機發(fā)電機由于不同步運行會同時發(fā)生過載喘振強制停機，輸出電源線由于瞬間大電流過載，交流輸出電源線如果未捆扎好會產(chǎn)生甩鞭效應(yīng)，瞬間大電流電源線會跳起來，諧振瞬間會燒毀發(fā)電機同步控制板，造成二次啟動并機發(fā)電機時無法實現(xiàn)同步輸出[5]。

3.4 計費問題

如果高低壓配電回路呈現(xiàn)容性，電力計費無功表會產(chǎn)生倒轉(zhuǎn)為負(fù)值，相當(dāng)于給電力供電網(wǎng)進行倒補償，電力公司計費出賬時往往會疊加罰款或要求對電力公司供電網(wǎng)容性倒補償問題進行整改。

4 結(jié) 論

新建樞紐機樓由于輕載大部分呈現(xiàn)容性狀態(tài)，由于交流供電回路發(fā)生諧振的概率很低，通信設(shè)備表象上看長期處于正常運行狀態(tài)，供電回路呈現(xiàn)容性往往不會引起維護人員的重視，一旦發(fā)生諧振后果很嚴(yán)重，根據(jù)諧振發(fā)生的概率大部分都是處于停電來電負(fù)載柜逐步合閘加載環(huán)節(jié)和主備電源倒換環(huán)節(jié)發(fā)生，尤其處于發(fā)電機帶載運行環(huán)節(jié)。通過維護人員對本文學(xué)習(xí)，遇見此類故障時不慌張，判斷低壓側(cè)無短路時敢于合閘，縮短故障處理時間，另一方面重視容性負(fù)載，通過整改使得供電回路處于感性負(fù)載區(qū)域，徹底規(guī)避交流供電回路諧振發(fā)生。