梅健

（吉林廣播電視臺 吉林長春 130000）

在廣播電視工程建設及運營過程中，較大負荷的電力設備會產生無功功率，種類復雜的電子信息產品也會產出大量諧波電流，嚴重影響到廣播電視工程的穩(wěn)定性，并使無功補償裝置極易出現(xiàn)故障問題。在沒有做好無功補償及諧波治理工作的情況下，諧波電流會導致電纜及變壓裝置過熱，從而引發(fā)一系列嚴重的安全事故問題。由此可見，在現(xiàn)階段廣播電視工程建設與內部電氣系統(tǒng)設計期間，需著重關注無功補償裝置的優(yōu)化工作，結合諧波對電力系統(tǒng)的各類不利影響，制訂出專項可行的諧波治理方案。

1 廣播電視工程無功補償與諧波治理重要意義

隨電力技術發(fā)展速度不斷加快，廣播電視行業(yè)對電力資源傳輸質量及電力系統(tǒng)運行期間的安全穩(wěn)定性提出了更高要求。就目前來看，廣播電視工程內電力系統(tǒng)由各規(guī)格不同的晶閘管、電子設備組成，非線性負載量較大。因變流器、直流電動機、變壓器及交流電動機結構日漸復雜，保障低壓系統(tǒng)中的電能質量及控制線路損耗量的工作難度更大，在廣播電視工程建設發(fā)展期間需要著重做好無功補償及諧波治理工作。

通過對比分析現(xiàn)有廣播電視工程內各變壓裝置運行線路的諧波監(jiān)測結果，發(fā)現(xiàn)工程內線路諧波超標量最大的是發(fā)射機房，其他常用線路的諧波產出量較小。遵照現(xiàn)有國家頒布的電能質量公用電網(wǎng)諧波規(guī)定，發(fā)現(xiàn)為保障電視節(jié)目安全高效播出，必須將無功補償與諧波治理落實在日常工作任務中，選擇適宜的無功補償及諧波治理技術方案，優(yōu)化無功補償裝置功能，最大限度地減小無功功率與諧波對電力系統(tǒng)造成的危害，控制后續(xù)電力設備運維成本。

2 廣播電視工程無功補償特征

當前，廣播電視工程內電力有源濾波及無功綜合補償?shù)某Ｒ娧b置為低壓有源濾波器。有源濾波器內包括高性能數(shù)字處理裝置、高頻電力電子變流技術，可用于抑制諧波與動態(tài)無功補償。相較于傳統(tǒng)濾波裝置而言，有源濾波器能夠切實提升廣播電視工程電力系統(tǒng)的抗諧振及諧波治理水平，實現(xiàn)節(jié)能增效目標。不僅如此，有源濾波器以廣播電視工程運行期間的制作、傳輸、發(fā)射及播出環(huán)節(jié)的電負荷為服務對象。其中，發(fā)射機房運行電力負荷量較大，對電力資源傳輸期間的穩(wěn)定可靠性要求更高，在使用UPS電源時，也會不可避免會產生較多諧波電流量。同時，廣播電視工作還需要電子計算機、打印機、照明裝置等電力裝置輔助，使無功補償工作應始終處于不斷優(yōu)化狀態(tài)。

3 廣播電視工程無功補償裝置缺陷

在諧波電流量超標的情況下，電力系統(tǒng)運行期間的安全及可靠性將會受到嚴重威脅。通過分析廣播電視工程運行現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)用電容補償?shù)闹饕椒樘岣吖β室驍?shù)。但在無功補償裝置中，依然存在以下缺陷問題。

（1）電容量基波電流不斷疊加，產出的諧波電流會使電容量電流有效值增大，電力裝置運行期間的溫度提升，在沒有得到及時維護的情況下，電容器極易被燒壞。

（2）電容裝置中的基波電壓及諧波電壓進一步累加，使電容量的電壓峰值增大，進而引發(fā)電容器損害問題［1］。

（3）電力系統(tǒng)會與運行狀態(tài)下的電容器產出諧振，使諧波放大。在此過程中，電容裝置不僅極易出現(xiàn)故障問題，其他電力設備也會面臨不同的安全威脅。雖然提高功率因數(shù)直接補償電容的方式能夠有效控制無功消耗量，但難以有效治理諧波，并會與電網(wǎng)諧振電發(fā)生共振，使諧波放大，進而引發(fā)系統(tǒng)崩潰問題。由此可見，為有效彌補電容器的不足之處，還需要配合使用消諧濾波補償裝置。

4 廣播電視工程諧波產生原因及危害

4.1 諧波產生原因

廣播電視工程中的無線電設備諧波電能實際危害較大，諧波產生原因種類多，實際管控難度不斷增長。通過分析廣播電視工程運行案例，發(fā)現(xiàn)誘發(fā)諧波問題的原因多體現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）非線性負載量過大。在非正弦電流產生時，負載電流產出的諧波廣播并不具備有線性關系，非正弦諧波電流可使無線電產出諧波，電流中的頻率及波頻率差距較大。結合波形特征，如某波形分解出的量值不同［2］，該量值可利用正弦諧波基本波表示。通常情況下，諧波可分為奇數(shù)次諧波與偶數(shù)次諧波兩種類型。其中，奇數(shù)次諧波的危害程度遠大于偶數(shù)次諧波。

（2）電力傳輸及生產期間產出諧波。在廣播電視工程電力系統(tǒng)運行期間的諧波主要是由發(fā)電站電路連接方式及結構決定。發(fā)電站布線及轉換處理方法是基頻正弦斜波電源發(fā)電，可直接影響到發(fā)電機產生的電壓值與諧波量。

（3）其他電氣設備也會引發(fā)諧波，如電路開關電源、整流器、變頻器、含有鐵芯的電力裝置、依靠電弧運行的電力設備等。

4.2 諧波危害

4.2.1 對電力設備造成危害

在廣播電視工程內電力設備運行期間，設備容量及負載量會出現(xiàn)不匹配問題，進而產出諧波電流，諧波會導致部分電力設備出現(xiàn)不同程度的損壞。在廣播電視工程具體運行期間，諧波會引發(fā)嚴重的電力設備故障［3］，導致電力設備關閉，運行功率受到不利影響。在諧振電壓增大的情況下，諧波電流量也會持續(xù)增長，使廣播電視工程中的電力設備難以實現(xiàn)安全、可靠的運行，信息傳遞質量下降。

因國內許多廣播電視企業(yè)在沒有重視諧波處理工作的情況下，電力設備安全故障發(fā)生概率較高。以某企業(yè)為例，在其建設廣播電視工程過程中應用了大量的變頻裝置，變頻裝置始終處于長時間的高負荷運行狀態(tài)，更新速度緩慢，電路中的電容量更大，電容補償過程中的電壓值與諧波電流出現(xiàn)沖突，使電力設備難以實現(xiàn)正常運行目標。

4.2.2 使電氣設備功率下降

廣播電視工程電氣設備運行期間，不可避免地會產出諧波，而諧波產生數(shù)量并不相同。在現(xiàn)有技術支持下，不同設備需要配合使用適宜的諧波治理技術。設備產生的熱量損失較多，功率損失會進一步增加電力設備運行溫度，導致設備運行期間的安全性及穩(wěn)定性受到嚴重危險［4］。在溫度持續(xù)增長的情況下，變電器運行變化較為顯著，故障發(fā)生概率更高，使廣播電視信息傳輸質量無法得到根本上保障。

諧波電流流經(jīng)電力設備時的能耗量增大。其中，電力系統(tǒng)中變壓器可分為三角連接與全星連接方式，不同連接方式對變壓器的影響不同。三角連接方式下的變電器3次及3次以上的諧波會在變電器繞組中形成環(huán)流，環(huán)流后的設備繞組溫度增高；全星型連接變壓器繞組在以中性連接方式的運行時，內部電容量增加，并形成兩次諧波諧振，影響設備運行功率。

4.2.3 引發(fā)電容器損壞問題

電容器是廣播電視工程重要結構，電容器運行能耗量會影響到電氣設備使用壽命。電氣設備會受各類因素影響而產生諧波，使電容裝置結構出現(xiàn)損壞問題。由于電力系統(tǒng)運行期間的電壓不穩(wěn)定，電氣設備運行壽命縮短，諧波產出量持續(xù)增長。在諧波達到峰值的情況下，電力系統(tǒng)中的電流異常問題將更加顯著，使電容裝置故障發(fā)生概率不斷提升［5］。

5 廣播電視工程無功補償技術

5.1 濾波器

廣播電視工程中的濾波器由電容電感及電阻組成，通過合理使用濾波器，能夠控制現(xiàn)有電力線路中的不良頻率。濾波器可分為有源線路濾波器與無源線路濾波器，不同濾波器的應用優(yōu)缺點及適用范圍不同，需要結合廣播電視工程電力系統(tǒng)結構特征，選擇適宜的濾波設備，控制電網(wǎng)偏差干擾值。

5.2 過濾法

當前，廣播電視工程為實現(xiàn)節(jié)能增效目標，通常會使用有功補償或無功補償方式消除諧波。在濾波環(huán)節(jié)，需要保障諧波值符合現(xiàn)有工程建設技術規(guī)范，通過濾波器開展過濾工作。諧波處理環(huán)節(jié)需要做好諧波處理，并有效控制電力設備中的相關電能量。但受各類因素影響，濾波裝置現(xiàn)有運行效果與預期目標存在一定差距，在實際廣播電視工程建設環(huán)節(jié)的應用并不廣泛。因過濾環(huán)節(jié)會使電力系統(tǒng)中的運行頻率出現(xiàn)不同程度影響，消除儀器頻率值，進而影響廣播電視臺信息傳輸質量水平。

因過濾技術尚未成熟，在當前廣播電視里面仍然具備較大的發(fā)展空間，需要相關技術人員及研究學者加大過濾技術的優(yōu)化及完善力度，確保過濾技術能夠被有效應用在無功補償與諧波治理環(huán)節(jié)。

5.3 無功補償

在廣播電視工程中的無功補償技術實則就是采用科學合理方式提高電網(wǎng)的因數(shù)功率，進而降低工程中電路及電壓裝置的運行損耗量，改善廣播電視系統(tǒng)供電環(huán)境。其中，有源電力補償技術在特定的廣播電視工程建設環(huán)境中得到了廣泛普及。有源功率補償技術能夠有效拓展電子信號，并在拓展處理期間保持原有形式，提高信息補償效率，使數(shù)字電視及廣播電視的穩(wěn)定性進一步增強。配合使用無功補償方式還能夠有效整合諧波，實現(xiàn)二次利用目標［6］。

6 廣播電視工程無功補償與諧波治理裝置

6.1 無源濾波裝置

廣播電視工程運行期間，經(jīng)常會因停電事故而導致播出工作無法有效開展。為避免設備運行故障問題出現(xiàn)，需要在電源開關處加裝UPS裝置。在變頻系統(tǒng)及變頻空調電路運行時，可使用無源濾波裝置。

無源濾波裝置是一種濾波電路形式，其內部由電感器、電容器及電阻設備組成，構成方式就是將電感器及電容電阻組合在一起，消除一次或多次諧波。為最大限度地保障諧波過濾效果，還可以將濾波裝置的電感及電容設備串聯(lián)在一起。

廣播電視臺會使用大量的大功率脈階調制、整流開關設備、變頻器、計算機設備，致使電力系統(tǒng)中會產生大量諧波，導致電力系統(tǒng)運行期間的穩(wěn)定性及可靠性受到嚴重的不利影響。因此，需要在無源濾波器使用過程中采取并聯(lián)安裝方式與關鍵設備母線連接，進一步增強諧波治理環(huán)節(jié)的經(jīng)濟性及靈活性。

由于無源濾波器補償設備運行環(huán)節(jié)能夠降低線路的損耗量，控制電磁波不利影響。濾波系統(tǒng)會存在較高次的諧波，節(jié)約電能，補償功率因數(shù)。在無源濾波裝置使用時，可配合使用適宜的電抗設備，切實保障電力系統(tǒng)安全可靠運行，有效完成廣播電視工程中無功補償及諧波治理任務。

在廣播電視工程電力設備投入運行后，諧波監(jiān)測采集數(shù)據(jù)會不同程度反映出設備運行狀態(tài)，各線路奇數(shù)或偶數(shù)次諧波值。因此，需要做好電抗器、電阻器、電容數(shù)據(jù)的計算工作，根據(jù)數(shù)據(jù)參數(shù)分析結果，選擇適宜的濾波裝置。在低電壓系統(tǒng)中，并聯(lián)方式能夠充分發(fā)揮出治理諧波的功能，并可作為無功補償主要手段。在基波頻率及諧波頻率下，應著重關注無功電流及阻抗回路吸收諧波等工作，以進一步提升功率因數(shù)。由于一組非線性負荷電氣系統(tǒng)的容量多大于200kVA，內部由整流器、變速傳動裝置組成，實際治理效果更為顯著。

廣播電視工程中的電氣系統(tǒng)需要校正功率因數(shù)，為防止敏感負荷的電氣設備受到諧波作用影響，還需要控制電壓畸變與電流畸變量，防止電氣設備運行環(huán)節(jié)出現(xiàn)過載問題。

為有效降低廣播電視工程因停電現(xiàn)象而引發(fā)的停播事故幾率，還應當將無源濾波裝置安裝在適宜位置。比如，廣播電臺建設規(guī)模較小、用電負荷量較小的情況下，電力負荷由一臺變壓器產出，電力系統(tǒng)內變頻裝置、計算機設備運行期間的諧波電流差異性更大，對上級電網(wǎng)系統(tǒng)造成一定威脅，因此，需要使用集中治理方式，將無源濾波設備并聯(lián)安裝在低壓配電柜的母線上。

因無源濾波補償設備能夠有效控制諧波引發(fā)的電路損耗及干擾量，還可以提升廣播電視工程實際運行期間的電力資源利用率，使補償后的無功因數(shù)能夠切實滿足當?shù)毓╇姴块T安全運行要求。

6.2 有源濾波裝置

有源濾波裝置的運行原理主要就是關斷電力電子器件，將補償電流注入到交流電網(wǎng)中，負載注入電網(wǎng)與幅度相同的諧波電流，對負載產生的諧波電流進行抵消。

在發(fā)射機房內的輔助供電方式為兩路380V供電，電壓波動值為±10%。為保障低壓配電系統(tǒng)安全高效運行，需要著重關注低壓配電系統(tǒng)管理工作，增強電力電子變流器的響應速率及可控性。在有源濾波裝置運行環(huán)節(jié)，為使變壓器能夠產生與基波電流方向相反、大小成比例的電流值，應當做好基波電流的檢測工作。

7 廣播電視工程無功補償與諧波治理建議

為從根本上提升廣播電視工程無功補償與諧波治理水平，需要結合工程實際情況，明確分析有源濾波裝置及無源濾波裝置的運行特征及優(yōu)缺點。當前，大功率注入混合型有源濾波器是國內外重要發(fā)展對象，也是諧波治理發(fā)展趨勢，需要著重開展相關設備的研發(fā)與推廣工作。

8 結語

總而言之，廣播電視工程運行水平與大眾生活生產質量息息相關。為延長工程各電氣設備運營壽命，從根本上降低電力系統(tǒng)故障問題發(fā)生概率，還需要著重分析現(xiàn)有廣播電視工程無功補償裝置不足之處，結合現(xiàn)有諧波治理目標，選擇適宜的無功補償治理方案。當前，應用在無功補償及諧波治理中的技術種類較多，還應當重點剖析不同治理技術應用優(yōu)缺點，不斷優(yōu)化無功補償諧波治理流程。