楊繼春

摘 要：電壓、頻率波動和諧波所占的比重是判斷電能質(zhì)量好與壞的重要因素。在建筑電氣設計中電源諧波問題時常發(fā)生，對建筑電氣系統(tǒng)造成嚴重的諧波污染，影響供電質(zhì)量，也給建筑附近的設備和通訊系統(tǒng)造成威脅。文章主要研究建筑電氣設計中電源諧波問題的危害和治理措施。

關鍵詞：建筑電氣設計；電源諧波；危害；治理

1 建筑電氣設計中電源諧波問題的危害

1.1 電源諧波能使變壓器的鐵損、漏磁損耗和銅損增加，引起變壓器發(fā)熱。電源諧波的頻率越高，集膚效應越明顯，各種損耗越嚴重。除了變壓器發(fā)熱，電源諧波還會造成緊固體、變壓器外殼和外層硅鋼片發(fā)熱。變壓器的使用容量受變壓器發(fā)熱的影響，變壓器發(fā)熱越嚴重，使用容量越少。如果變壓器發(fā)熱過于嚴重，還會造成額外升溫。諧波源產(chǎn)生的諧波會流經(jīng)變壓器，諧波的振動對變壓器造成損害。電源諧波還會使變壓器工作時的噪聲變大。

1.2 旋轉(zhuǎn)電機也受到電源諧波的影響，電源諧波使旋轉(zhuǎn)電機產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩、附加損耗，產(chǎn)生振動、噪音等現(xiàn)象，與機座之間發(fā)生共同振動，對設備造成破壞。電源諧波的電壓、旋轉(zhuǎn)電機不同的結(jié)構和型號都會影響危害的輕重。電動機設備受電源諧波的影響引起附加熱損耗，干擾力矩會使電動機產(chǎn)生啟動困難現(xiàn)象，降低運行效率。電動機內(nèi)電源負序諧波一旦過量，會在機體內(nèi)形成反轉(zhuǎn)磁場和制動力矩，損壞電動機。電源諧波也會使發(fā)電機過熱，降低運行效率。

1.3 電容器額外功率受電源諧波電壓的影響出現(xiàn)損耗，電源諧波的頻率越大，容抗越少，形成的過電流會使絕緣老化的速度加快，絕緣擊穿出現(xiàn)的故障隨之增加。電網(wǎng)中的其他部分與電容器之間受電源諧波的影響出現(xiàn)諧振。如果電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)存在較強的電源諧波、各個系統(tǒng)參數(shù)與電網(wǎng)不能有力配合，就會出現(xiàn)并聯(lián)諧振諧波或串聯(lián)諧振諧波現(xiàn)象，引起過電流事故和過電壓事故，使電容器遭到破壞、熔斷熔絲，對電網(wǎng)設備造成再次損害，導致嚴重事故。電源諧波問題還會減少電容器的使用壽命。電源諧波頻率越高，電容器的阻抗能力越低，產(chǎn)生事故的可能性就越高。

1.4 電源諧波對電網(wǎng)中基波頻率為基礎過零檢測的敏感性電子設備和電子電源造成影響，還會引起辦公自動化、消防報警、安全防范和樓宇自動化等電氣系統(tǒng)電子裝置工作出現(xiàn)失誤，影響工作效率。

1.5 電源諧波會引起電纜損壞。電纜中的電容促使諧波電流不斷增大，當諧波電流經(jīng)過電纜時，電流的不斷增大又會引起集膚效應加重，從而使電纜發(fā)熱、增加附加損耗。溫升增大、絕緣局部放點和介損都會對電纜造成破壞。諧波對電纜造成的破壞危險性與電纜額定等級有關，額定等級越低，破壞危險性越小。諧波電流的電壓會導致電壓波形出現(xiàn)畸變，從而使線路不能正常工作。

1.6 電源諧波還會影響電網(wǎng)中的開關設備，使其開斷能力降低，延長開斷時間，從而延長了對故障電流及時切除的時間，降低工作效率。電源諧波還會使電網(wǎng)系統(tǒng)中的自動控制裝置和繼電保護裝置出現(xiàn)拒動或誤動現(xiàn)象，使大面積地區(qū)出現(xiàn)停電事故。

1.7 電源諧波會對電網(wǎng)周圍的通訊系統(tǒng)造成干擾。其中諧波電流和諧波電壓的大小，通訊電路抗諧波干擾的程度，通訊線路與電力線路的靜電感應、傳導耦合和電磁感應強度決定了電源諧波對通訊系統(tǒng)干擾的程度和大小。受到電源諧波影響的通訊系統(tǒng)無法保持正常工作，信號數(shù)據(jù)的傳輸速度和質(zhì)量會嚴重下降，傳輸圖像或語言的清晰度嚴重降低，通訊時會產(chǎn)生嚴重的噪音，嚴重時會導致信號數(shù)據(jù)丟失，信號之間不能正常傳遞。

1.8 電源諧波對建筑內(nèi)辦公電器、民用電器等的正常工作和使用壽命造成影響。很多辦公電器、民用電器都是諧波源，同時又受電源諧波的影響，如打印機、計算機、收音機、電視機等。

2 建筑電氣設計中電源諧波問題的治理措施

2.1 有源濾波器是一種新型的電子裝置，可以動態(tài)的對電源諧波進行抑制，對動態(tài)的無功進行及時補償，能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)跟蹤、補償無功和電源諧波。與傳統(tǒng)的無源濾波器相比，電力有源濾波器是一種高次電流源，不會產(chǎn)生共振，電力系統(tǒng)的阻抗能力對其沒有影響。有源濾波器利用電流互感器對負載電流進行及時檢測，使用內(nèi)部DSP對檢測結(jié)果進行計算，對電流中包含的電源諧波進行提取后，將電源諧波通過PWM信號傳送至內(nèi)部IGBT，內(nèi)部IGBT接受電源諧波后控制逆變器會根據(jù)電源諧波電流的大小產(chǎn)生一個相等的電流，將產(chǎn)生的電流反方向注入至電網(wǎng)內(nèi)，達到過濾諧波的效果。有源濾波器的選擇應當合理，濾波器中電流互感器的工作電壓應當與線路額定的電壓一致；當電流互感器額定電流超過線路的負載電流時，電流互感器的電流應當是線路電流的1.5倍或2倍；為了保證計量精確和施工方便，一般選擇開合式0.2級電流互感器。

2.2 高功率因數(shù)整流器是對傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中整流裝置的進一步改進，達到電壓電流同相、降低電源諧波的目的。利用電力系統(tǒng)中整流裝置多重化的特點和矩陣式電路，首先采用串聯(lián)方式將多個橋式電路進行聯(lián)結(jié)，減少電源諧波，并且保證輸入電流與電壓之間同相。

2.3 諧波保護器是采用磁性方法對電源諧波的能量進行吸收，從而減少電源諧波對電網(wǎng)系統(tǒng)造成的危害。常用的諧波保護器是PHD，PHD的電路由多種新型材料和超微晶材料組成，能夠?qū)崿F(xiàn)在諧波源消除諧波，對各種頻率的諧波進行吸收，對電源諧波進行干擾，達到消除噪聲及電源諧波的目的。

2.4 混合型濾波器是一種混合型的濾波器組，將無源濾波器與有源濾波器進行相互融合，有源濾波器的直流電容器可以為濾波器組提供較為穩(wěn)定的直流電壓。利用兩種濾波器各自的優(yōu)點對電源諧波進行干擾、消除。

2.5 HTHF無緣諧波濾波器是一種新型的設備級濾波器，能夠降低電源諧波電流的畸變率，使畸變率達10%以下，最低能達5%以下。HTHF無緣諧波濾波器從根本上對電源諧波問題進行治理，不會造成其他不良影響，具有技術成熟、功率容量較大、可靠性較高、使用簡便等優(yōu)點。HTHF無緣諧波濾波器選擇時只需要了解應用設備的工作功率和電壓，直接選擇合適的濾波器，安裝時不需要調(diào)試和現(xiàn)場維護，實現(xiàn)即裝即用，節(jié)省大量的調(diào)試時間和維護時間。

3 結(jié)束語

建筑電氣設計包括兩方面，即建筑強電系統(tǒng)設計和建筑弱電系統(tǒng)設計[3]。建筑強電系統(tǒng)設計主要對照明系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)和接地系統(tǒng)進行設計，建筑弱電系統(tǒng)設計主要對有線電視系統(tǒng)、安全防范系統(tǒng)、會議系統(tǒng)、綜合布線和自動化設備系統(tǒng)等進行設計。無論是在強電系統(tǒng)設計還是在弱電系統(tǒng)設計中，電源諧波問題是不可避免的。電網(wǎng)中存在很多非線性負載諧波源，如電解槽、計算機、整流器和充電器等，電網(wǎng)中配電變壓器自身具有諧波含量，這些都會產(chǎn)生較嚴重的諧波問題。只有從根本上對諧波進行治理，才能減少諧波危害，改善供電質(zhì)量。筆者查閱了大量的資料，從危害和治理措施兩方面對建筑電氣設計中電源諧波問題進行研究，總結(jié)了電源諧波問題對變壓器、旋轉(zhuǎn)電機、電容器、電子設備、開關設備、通訊系統(tǒng)及各類電器的危害，從有源濾波器、高功率因數(shù)整流器、諧波保護器、混合型濾波器和HTHF無緣諧波濾波器五方面提出治理諧波的措施，供廣大學者參考。

參考文獻

[1]程毅，劉仕杰，劉晟楠，徐日升.對現(xiàn)代建筑電氣設計中幾個問題的探討[J].黑龍江科技信息，2012，15（12）：58-59.

[2]康立秋，孫春風，張海博，彭麗君.論現(xiàn)代建筑電氣的節(jié)能設計[J].科技與企業(yè)，2012，13（18）：54-55.

[3]李靚熙，李師巖，高發(fā)亮，楊瑞霞.淺談建筑電氣設計中存在的問題與處理[J].煤礦現(xiàn)代化，2012，15（19）：63-64.