馬伊莎

（信息產(chǎn)業(yè)電子第十一設(shè)計研究院科技工程股份有限公司　天津　300200）

簡析建筑電氣設(shè)計中諧波的治理措施

馬伊莎

（信息產(chǎn)業(yè)電子第十一設(shè)計研究院科技工程股份有限公司天津300200）

隨著時代不斷發(fā)展，我國建筑用戶存在對于電力應(yīng)用需求不斷增加的狀況。為滿足我國建筑用戶的需求，建筑電氣設(shè)計不斷創(chuàng)新發(fā)展，部分人員將逆變設(shè)備應(yīng)用到電力生產(chǎn)中從而引發(fā)了諧波問題，從而引發(fā)了電力生產(chǎn)效率下降，電網(wǎng)安全遭到嚴(yán)重威脅。因此，該問題引起了重視，要想保證電網(wǎng)安全，必須率先解決諧波問題，采取有效措施，為用電提供有效保障。

電氣設(shè)計；危害；諧波治理

前言

諧波問題的危害體現(xiàn)在許多方面，當(dāng)電網(wǎng)被污染的情況下，整個電網(wǎng)中的電氣設(shè)備均會受到影響，電網(wǎng)中的諧波含量小于國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定時，一般不會對系統(tǒng)造成大的影響，但隨著諧波含量的增加，諧波的影響就逐漸顯現(xiàn)出來，在諧波嚴(yán)重超標(biāo)的情況下，如果不進(jìn)行諧波治理，往往會造成很嚴(yán)重的危害。

1　建筑電氣中諧波問題危害

1.1影響電氣設(shè)備的精度及效率

諧波的存在影響到建筑內(nèi)電子元件的正常運(yùn)行。如電能表會將諧波能量當(dāng)作用電來進(jìn)行計量，從而導(dǎo)致電能表與實(shí)際用電存在一定誤差；高次諧波使智能化設(shè)備受到干擾，易造成錯誤指令和動作；旋轉(zhuǎn)電機(jī)由于諧波作用產(chǎn)生附加轉(zhuǎn)矩而導(dǎo)致輸出扭矩下降，且使局部發(fā)熱增加。

1.2干擾設(shè)備運(yùn)行

諧波使通信線路產(chǎn)生噪聲，通話質(zhì)量下降；電力系統(tǒng)繼電保護(hù)機(jī)構(gòu)可能會由于諧波而產(chǎn)生誤動或拒動故障；對居民電器設(shè)備的影響還表現(xiàn)為，諧波使得電視畫面閃爍等。

1.3增加設(shè)備損耗

高頻率的諧波使導(dǎo)線的趨膚效應(yīng)加重，因此銅損增加，特別是三次及其倍數(shù)的諧波在變壓器繞組中形成環(huán)流造成電能耗浪費(fèi)，同時加速了電力設(shè)備的發(fā)熱老化，使得絕緣介質(zhì)的壽命縮短，配電系統(tǒng)線路絕緣發(fā)熱老化很大程度上增加了其發(fā)生火災(zāi)的危險性；諧波的存在使電容器吸收諧波電流而引起過載發(fā)熱，甚至導(dǎo)致?lián)p壞以及電容器爆炸等事故發(fā)生，在這一過程中，如果其容性阻抗與系統(tǒng)中電網(wǎng)感性阻抗相匹配時，容易產(chǎn)生諧波諧振，則會導(dǎo)致諧波電流放大作用，出現(xiàn)配電系統(tǒng)過電壓現(xiàn)象，損壞建筑內(nèi)配電系統(tǒng)中的電器設(shè)備。

1.4降低遮斷能力

由于諧波畸形使得斷路器的磁吸線圈不能正常工作，使熱元件產(chǎn)生額外溫升，斷路器遮斷能力下降，因?yàn)椴ㄐ位兊碾娏髋c工頻正弦波形的電流相比，在電流過零時的di/dt可能較大，也使斷路器觸頭壽命縮短。

2　建筑電氣設(shè)計中諧波治理措施分析

2.1采用無源濾波器

無源濾波器是采用串聯(lián)方式以此互相連接的電容器。該方法是一種傳統(tǒng)的方法從而對諧波進(jìn)行遏制。無源濾波器電路比其他電網(wǎng)中的電低許多。但該方法存在也弊端，易造成過載，從而引發(fā)自燃與火災(zāi)，并且，此時無源濾波器此時也不起作用，配件不斷進(jìn)一步老化，會使無源濾波器的效率有所下降，達(dá)不到原來該有的效果。最值得注意的是，無源濾波器僅能對一種濾波成分進(jìn)行修改。對不同的頻率，需要用到不同的濾波器。且無源濾波器進(jìn)行濾波只能進(jìn)行三次。

2.2采用有源濾波器

有源濾波器是一個并聯(lián)裝置并且反應(yīng)迅速的諧波電流源。對于非負(fù)荷的諧波電源進(jìn)行自行檢查?？刂浦噶顝腄SP中產(chǎn)生，IGBT受DSP控制，其中IGBT為高速開關(guān)器件。輸出電抗器使得輸出的諧波電流平穩(wěn)、緩和，電流與輸出的諧波大小相等。使得基波電流向負(fù)荷提供，從而達(dá)到對諧波進(jìn)補(bǔ)償?shù)淖饔谩?/p>

根據(jù)配電系統(tǒng)各有差異，并且對于電力的符合的能力參差不齊，需具體問題具體分析，在不同地區(qū)設(shè)計不同所需的方案要求。為使其達(dá)到最好效果，應(yīng)將有源濾波器安裝在距離諧波源距離近的地方，效果的好壞隨著距離諧波源的遠(yuǎn)近來決定，越近則效果越好。通過此種辦法最有利于減小電流畸形和諧波電壓產(chǎn)生畸形的現(xiàn)象。非線性符合的負(fù)載場合時，應(yīng)對二級配電進(jìn)行補(bǔ)償，并且應(yīng)對不同情況應(yīng)有不同解決方案。有源濾波器的位置較為靈活，可根據(jù)需求進(jìn)行調(diào)整，從而達(dá)到最好效果，實(shí)現(xiàn)最高效率。

2.3采用混合型濾波器

混合型濾波器可以使之前介紹的有源濾波器和無緣濾波器混合進(jìn)行使用，從而達(dá)到最高效率。單調(diào)諧濾波器的3、5、7、9次的單數(shù)次數(shù)與高通濾波器的支路相結(jié)合組成無源濾波器。直流電容和濾波電感構(gòu)成有源濾波器。直流電容提供穩(wěn)定的直流電壓，供有源濾波器使用。濾波器會從中對于開關(guān)頻率進(jìn)行調(diào)整。有源無源進(jìn)行串聯(lián)。有源濾波器使用不能直接直接使諧波電流消失，并且只能產(chǎn)生的諧波電壓，補(bǔ)償電壓中只能產(chǎn)生這一種。從而致使功率的容量減小。功率容量小提升了其良好的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性，從而增強(qiáng)了其效率，并降低了系統(tǒng)的成本。

2.4采用諧波保護(hù)器

治理諧波問題的成本最低是采用此行方法進(jìn)行治理。諧波保護(hù)器從諧波對電路的各種危害著手進(jìn)行解決。該措施的本質(zhì)是磁場可對此波能量進(jìn)行吸收從而增強(qiáng)其使用壽命，加強(qiáng)效率，降低成本。諧波保護(hù)器可吸收部分情況所帶來的干擾，其利用了超微晶合金材料，在發(fā)生源處將問題進(jìn)行解決，減小干擾、噪音和部分損耗。諧波保護(hù)器是一種采用創(chuàng)新科技的特別電路，使用中需在電路中并聯(lián)，其本身并不消耗任何電量。通過諧波保護(hù)器的使用，有效解決了使用過程中成本的降低的問題。

2.5濾波器的選用原則

無論采用那種方式消除諧波，都要對配電系統(tǒng)中的諧波成份及含量進(jìn)行檢測或估算，有針對性地制定方案。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》（GB/T14549-93）的規(guī)定，公共連接點(diǎn)的全部用戶向該點(diǎn)注入的諧波電流分量不應(yīng)超過表1的允許值。

表1　

常用的并聯(lián)有源濾波裝置按補(bǔ)償諧波電流容量分級為25～300A，一般民用建筑電氣設(shè)計中，可在變配電室低壓母線側(cè)配置100A左右容量的有源濾波器集中濾除區(qū)域配電系統(tǒng)內(nèi)的諧波，達(dá)到最佳性價比；但對銀行電信樓等，由于UPS設(shè)置數(shù)量較多容量也大、同時電腦配置數(shù)量也較多，諧波含量大，此用途性質(zhì)的大樓對供電質(zhì)量要求嚴(yán)格，需配置200～300A容量的有源濾波器才能集中濾除諧波；另外，也可僅針對產(chǎn)生諧波源較多的場所如重要機(jī)房配電間、醫(yī)院放射科等設(shè)置有源濾波器，就地治理，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)節(jié)約目的。針對一些重要、特別敏感的終端設(shè)備，為防止高頻諧波的干擾，可采用主動諧波保護(hù)器防止諧波侵入。

2.6防止并聯(lián)電容器組對諧波的放大

在低壓配電系統(tǒng)中，并聯(lián)電容器組能起改善功率因數(shù)和調(diào)節(jié)電壓的作用。當(dāng)諧波存在時，在一定的參數(shù)條件下，電容器組的容抗與電網(wǎng)感抗組成的諧振回路的諧振頻率接近或等于某次諧波頻率時，就會對諧波起放大作用，危及電容器本身和產(chǎn)生過電壓影響附近電氣設(shè)備安全?？刹扇〈?lián)電抗器，或?qū)㈦娙萜鹘M的某些支路改為濾波器，串聯(lián)電抗器與電容器參數(shù)的合理配合，避開產(chǎn)生諧振的條件，也就防止了并聯(lián)電容器組對諧波的放大作用。

2.7加裝靜止無功補(bǔ)償裝置（SVG）

該裝置采用晶閘管控制電抗器+濾波裝置方式或者晶閘管投切電容器。具有平滑調(diào)節(jié)無功補(bǔ)償容量、響應(yīng)速度快，并能綜合治理諧波的功能。

3　結(jié)語

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)整體水平的持續(xù)進(jìn)步和建筑電氣設(shè)計發(fā)展速度的持續(xù)加快，建筑電氣設(shè)計中諧波治理的措施得到了越來越多的重視。因此電氣設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)對于諧波引起的危害有著清晰的了解，從而能夠在此基礎(chǔ)上通過治理措施的有效應(yīng)用來提高供電質(zhì)量，滿足人們對科技時代生活的要求。

[1]顧繼明.關(guān)于現(xiàn)代建筑電氣設(shè)計中電源諧波問題的探討[J].建筑·建材·裝飾，2012（6）：97～99，102.

[2]陳燕文.民用建筑電氣系統(tǒng)設(shè)計中諧波的危害和治理措施[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2014（12）：665，607.

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2015-9-7