摘要：小功率非線性電子設(shè)備是現(xiàn)代辦公建筑中諧波污染的源頭，熟悉諧波產(chǎn)生的原理和分類，采取合理有效的治理措施有利于創(chuàng)造一個更安全的辦公環(huán)境。本文闡述了諧波的定義、產(chǎn)生原理及分類，介紹了某辦公建筑諧波污染的檢測及治理改造措施，給與人們這方面的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：辦公建筑；非線性設(shè)備；諧波源；諧波保護裝置

引言

隨著我國經(jīng)濟的不斷增長，現(xiàn)代辦公建筑建設(shè)項目越來越多，其中智能化系統(tǒng)的運用十分廣泛。但是由于電子設(shè)備造成的諧波污染對智能化系統(tǒng)的運行造成了嚴重的影響。因此，如何使用合理的治理措施來控制諧波，提供一個更穩(wěn)定安全的電源環(huán)境成為了施工人員需要解決的問題。下面就此進行討論分析。

1 諧波的定義、產(chǎn)生原理及分類

諧波是基波（頻率為50Hz）頻率整數(shù)倍的正弦波電壓或電流，例如100Hz的正弦波稱為2次諧波，500Hz的正弦波稱為10次諧波，以此類推。

諧波的產(chǎn)生是由于線路存在大量的非線性負荷，當電流流經(jīng)負載時，與負載兩端的電壓不呈線性比例關(guān)系，就形成非正弦電流，即產(chǎn)生諧波電流。

當多個諧波電流（或電壓）與基波電流（或電壓）相互疊加時，就形成了各式各樣的電流或電壓波形，即電流畸變或電壓畸變。圖1為5次、7次諧波與基波疊加的波形圖。

圖1 5次、7次諧波與基波疊加波形圖

在民用公共建筑尤其是辦公建筑中，諧波多為3、5、7、9等奇次諧波，基波電流或基波電壓是正弦波波形，當線路中存在諧波時，基波波形就會發(fā)生畸變，存在的諧波成分越多，波形的畸變就會越嚴重。

根據(jù)影響的范圍及危害程度，諧波分為用戶側(cè)諧波和電力側(cè)諧波兩種。用戶側(cè)諧波是指40次以上的諧波，又稱高頻諧波；電力側(cè)諧波是指40次以下的諧波，又稱低頻諧波，尤以3、5、7、9等奇次諧波為代表。表1為各類諧波比較與治理方法。

表1 各類諧波比較與治理方法

2 某辦公建筑諧波污染的檢測及治理改造措施

2.1 存在的電氣問題

（1）變壓器、電纜等設(shè)備出現(xiàn)過熱；

（2）無功補償裝置不能正常投切，且出現(xiàn)無故損壞事故；

（3）斷路器經(jīng)常無故跳閘；

（4）辦公室內(nèi)的燈具出現(xiàn)頻閃現(xiàn)象；

（5）電腦主機屏幕頻閃，并出現(xiàn)網(wǎng)絡運行不穩(wěn)定的現(xiàn)象；

（6）電力儀表測量不準確。

2.2 該辦公建筑中存在的諧波污染源

經(jīng)過現(xiàn)場實地觀測，辦公建筑存在大量的諧波源，以上問題的出現(xiàn)應該是電網(wǎng)中的諧波含量較高造成的。該辦公建筑的負荷分布相對來說較為集中，節(jié)能燈、景觀裝飾燈、臺式計算機、筆記本電腦、打印機、投影儀、變頻電梯、中央空調(diào)及UPS電源等為主要負荷，在整個負荷比例的分配中單相非線性負荷占據(jù)了較大的部分，主要諧波源可以分為以下幾類：

（1）照明設(shè)備：由于辦公建筑內(nèi)使用的節(jié)能熒光燈較多，導致嚴重的諧波電流，諧波主要為3次諧波，當很多熒光燈連接在一起形成三相四線制負載時，就會流過大量的3次諧波電流。

（2）UPS和計算機：辦公樓內(nèi)現(xiàn)在大部分都是計算機網(wǎng)絡管理，大量的計算機要求服務器數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)必須配備UPS和其他備用電源，計算機和UPS電源都是諧波源，這些設(shè)備將產(chǎn)生3、5、7、9次等諧波。

（3）變頻空調(diào)通風系統(tǒng)：為了節(jié)約能源，大部分辦公建筑都使用變頻空調(diào)通風系統(tǒng)，變頻器是非常重要的諧波源，總諧波電流超過33%的失真率，會產(chǎn)生5、7次等諧波污染。

（4）其他如變頻電梯、變頻水泵、打印機、投影儀等，在整個負荷比例分配中占據(jù)的比例較少，但是在使用過程中卻能產(chǎn)生較大的5、7次諧波電流。

2.3 檢測情況

諧波治理措施運用前電源質(zhì)量檢測情況經(jīng)過對某些電源回路實地諧波檢測，所得數(shù)據(jù)如圖2和圖3所示。

圖2

圖3

從圖2可以看出，電流的畸變率達到30%，電流諧波含量已經(jīng)大大超過了國家標準，主要為3、5、7、9、13、15次諧波。

從圖3中可以看出，電壓波形畸變率為2.2%，符合國標不大于5%的規(guī)定；總電流約為1kA，電流的畸變率達到14%，電流諧波含量已經(jīng)大大超過國標的規(guī)定，主要為3、5、7、9、11、13、15次諧波。

2.4 諧波治理措施及措施運用后電源質(zhì)量檢測情況

通過上述內(nèi)容的歸類總結(jié)和比較，發(fā)現(xiàn)該建筑的配電系統(tǒng)中存在較多的諧波電流，應采取科學合理的諧波治理方案才能有效去除系統(tǒng)的諧波成分，具體的諧波治理措施如下：

（1）更換變壓器設(shè)備，采用D，yn11接線組別的變壓器。在該聯(lián)結(jié)組別的變壓器中，3n次諧波勵磁電流在其一次繞組內(nèi)形成環(huán)流，不能注入到公共電網(wǎng)中去。

（2）在變配電室低壓總出線處設(shè)置有源濾波柜，進行集中諧波治理。有源濾波裝置通過外部采集模塊采集電流信號送至控制PCB的諧波分離模塊，該模塊將基波成分分離，將諧波成分送至調(diào)節(jié)和檢測模塊，該模塊會將采集到的系統(tǒng)諧波成分與諧波治理裝置已發(fā)出的補償電流進行比較，得到差值作為實時補償信號輸出到驅(qū)動電路，觸發(fā)IGBT逆變器將補償諧波電流注入到電網(wǎng)中，實現(xiàn)濾除諧波的功能。有源濾波柜安裝方式及位置如圖4所示。

（3）在用電設(shè)備末端配電箱處裝設(shè)有源濾波模塊，該模塊能在諧波源近端處及時有效地消除用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波成分，具體安裝方式及安裝位置如圖5所示。

在諧波治理措施運用后，該辦公樓的電源環(huán)境得到了很大的改善，上述問題基本解決，生產(chǎn)率得到了很大的提高，圖6和圖7所示是進行諧波治理后的數(shù)據(jù)。

從圖6和圖7中可以看出電流波形在治理后得到了明顯的改善，諧波含量符合國家的標準。

4 結(jié)論

總而言之，采取科學合理的諧波治理措施對辦公建筑電源環(huán)境質(zhì)量改善起到了十分重要的作用，不僅可以明顯提高系統(tǒng)的反應動作和電子設(shè)備的效率，而且可以有效地降低設(shè)備的故障發(fā)生率和運行的成本，值得我們對此加以重視，制定合適的保護方案，創(chuàng)造更好的經(jīng)濟和社會效益。