机房UPS三次谐波干扰与零电位扰动的抑制措施

　　1引言

　　为了保证供电的稳定可靠，在广播电视制播工艺系统中往往会引进UPS电源系统。但正是由于UPS的大规模引入，致使诸多数字音视频工艺系统屡遭干扰，使噪音、死机、误码、眼图闭合、信号有效传输距离缩短等现象频发，给工程技术人员带来了许多困扰。

　　2干扰产生

　　在三相四线制星形线路中，由于大多数广播电视工艺系统三相负载不能保证完全平衡．因此在零线电流不为零。当在该供电回路中接入UPS时．由于UPS一般是“交一直一交”式结构，功率器件往往工作在“截止一导通一截止”这样一个非线性的突变过程．这种突变极易产生较强的高次谐波。而运行在非平衡负载状态下的三相供电系统又更加剧了这种谐波的产生。三次及其倍频谐波的产生，会形成不可低估的同相谐波电流分量．而这种电流分量。正是直接导致三相电路零线回路电流过载而产生干扰的罪魁祸首。

　　通过分析这些干扰产生的原因不难发现。在三相交流供电线路中接入大功率UPS。的确很容易产生高次谐波，尤其是三次及其倍频谐波危害最大。当这种谐波的电流分量与原来的零线电流叠加后．整个供电回路的功率因数会因此而降低，轻则导致零电位扰动，拉大零地电位差，引起对负载端丁艺系统设备的干扰；重则使零线过载，铜损增大，甚至损毁输入侧的前端供电设备，如变压器、油机、远程UPS系统等。因此，在实施广播电视工程项目时，务必引起足够重视．并采取有效措施加以防范。

　　3抑制措施

　　3．1措施一

　　要讲究UPS的选型。合理选择UPS本身就可以有效预防或减低干扰的发生。一般来说，选择UPS应按负荷大小、运行方式、电压及频率波动范围、供电保持时间、输出波形畸变系数等重要指标来确定。对于广播电视工程来说。UPS的引入还应特别注重其性能指标以及内在质量，具体考虑以下问题：1)是否具备高精度的电压稳定功能；2)输出电压是否谐波分量小，正弦波失真少；3)是否具有主备系统的同步锁相功能。可进行同步切换或并机运行，有无崩溃点；4)逆变器的效率是否较高，动态特性是否较好；5)容量是否具有可扩充的余地；6)性价比是否较合理。

　　3．2措施二

　　在UPS输入端接入交流阻波电抗器。从前面的分析可知，造成供电系统功率因数降低，给设备带来干扰的原因还不是三相负载的不平衡．而是其中的三次及其倍频谐波。在UPS输入端接人交流阻波电抗器AL(见图1)，不仅可以有效抑制谐波的回流反射，提高电路的功率因数，还能降低UPS接通瞬间的充电涌流。较好地解决了UPS对前端供电系统的冲击而引起的过载问题。阻波电抗器可根据UPS额定输入电流的大小选择相应的型号，3只电容器均采用电力电容器，耐压≥1000V即可。其容量一般在100—220nF之间选择。

　　3．3措施三

　　负载端采用隔离变压器输出。从物理连接上将UPS与负载的零线分开(如图2)，这对有效抑制各种干扰非常有利。隔离变压器是一个非常成熟的产品，结构简单，价格低廉，规格齐全，可以满足各种功率等级的要求，而且安全可靠。使用上无风险。所以，经常被应用在现代精密配电中心(PPC)上。实践证明，隔离变压器的引入，不仅能很好地解决零线压降随电流增大而提高．从而导致负载端零地电位差升高的问题，有效杜绝了由谐波带来的干扰，而且还有效减弱了强雷电给工艺系统带来的电磁干扰。在实际应用时．隔离变压器应尽量接在靠近负载端。因为隔离后的电源零线要就近接入工艺地线，这样做是为了确保负载零线与工艺地线电位的一致。使零地并接后其电位差趋近于零，上述干扰也就不复存在。

　　在日常的技术维护中．因零地电位差过大而引起对广播电视工艺系统设备干扰的问题。却普遍得不到人们的重视和研究．把系统在运行时出现的一些古怪现象和故障表现，简单归咎于设备本身．使系统常常处在恶劣的电源环境和干扰之中运行，而长期得不到改善。因此，机房UPS三次谐波干扰与零电位扰动问题应引起充分重视。

　　3．4措施四

　　合理的施工工艺是确保工程取得事半功倍成效之关键。设备的品质同然重要，而其合理的布局和讲究的布线工艺对系统的质量影响尤其突出。从前面分析的情况看，缩短零线长度，增大零线截面积是一种减小零线电抗，降低压降，缩小零地电位差，减低干扰的有效途径。从零线电抗计算公式Z．=ρ×L÷S可以看出，当导线长度己减小，导线载面积S增大时，磊随之减小，零地电位差也随之降低。

　　当然．合理地确定布线空间同样可以取得好的成效。根据有关技术资料说明，对于双变换纯在线式UPS，当逆变器工作时，UPS输入端零线电流理论E应该为零。但由于配电机房电缆多数走的是大电流．这些大电流设备包括大功率UPS，电梯变频器，空调压缩机等，它们工作时多少会产生各种谐波．若把这些电缆紧挨在一起走长线，难免会产生各种谐波的耦合和调制。并互为串扰。产生新的谐波分量，最终导致干扰的产生。所以，有条件时应将UPs的火线和零线、地线分开走线。两者的距离应该保证在20cm以上。其他动力电缆也应该远离UPS零线。如因场地原因不能拉开距离，零线或地线可考虑使用屏蔽电缆，也可达到同样效果。

　　4工程案例

　　本案例是丽水广电中心新建工艺机房的高质量供电系统．该系统采用模块式在线型UPS，分3个区域布局设置。分别是：1号区域为电视演播制作区，额定容量120kV•A，主要负责大小演播厅6个。新闻、栏目、广告等3个编辑机房及录音配音室的日常供电。在非常时期，经卸载部分负荷，可作为远程UPS向保障级别要求更高的广播电视播控系统，提供更长时间的电力保障。2号区域为电视播控区。额定容量40kV•A。系本地UPS．专供具有4套电视节目播出容量的播总控系统的日常供电。3号区域为广播制播区，额定容量20kV•A，系本地UPS，负责最多可同时进行3套广播节目制播的电力保障。实践证明，本设计(如图3所示)技术成熟，安全有效。