郝正光

（山西省工業(yè)設(shè)備安裝集團(tuán)有限公司，山西太原 030032）

0 引言

為更好地滿足廣大建筑用戶的用電需求，在新時(shí)代背景之下，做好建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)工作特別重要。結(jié)合建筑電氣設(shè)計(jì)特點(diǎn)得知，安裝整流裝置與逆變裝置，特別容易出現(xiàn)諧波現(xiàn)象，影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。鑒于此，本文重點(diǎn)分析建筑電氣設(shè)計(jì)過程當(dāng)中諧波治理要點(diǎn)。

1 諧波帶來的危害

（1）降低電氣設(shè)備的整體運(yùn)行效率。受諧波影響，建筑工程內(nèi)部的各項(xiàng)電氣元件運(yùn)行效率不斷下降，例如，電能表可以將諧波能量作為用電，從而進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)量，使得電能表和實(shí)際用電之間存在較大的誤差。高次諧波對(duì)電力系統(tǒng)內(nèi)部的智能設(shè)備干擾較大，設(shè)備容易發(fā)出錯(cuò)誤指令。同時(shí)，電力系統(tǒng)內(nèi)部旋轉(zhuǎn)電機(jī)，受諧波影響，其附加轉(zhuǎn)矩不斷增加，輸出扭矩不斷下降，系統(tǒng)局部發(fā)熱現(xiàn)象嚴(yán)重[1]。

（2）給通信線路的正常運(yùn)行帶來諸多干擾。受諧波的影響，建筑項(xiàng)目內(nèi)部的通信線路在日常運(yùn)行期間，容易產(chǎn)生較多噪聲，嚴(yán)重影響居民的通話質(zhì)量。電力系統(tǒng)當(dāng)中的繼電保護(hù)裝置在運(yùn)行期間，受外部諧波影響，容易出現(xiàn)拒動(dòng)故障。

（3）設(shè)備的運(yùn)行損耗明顯增加。如果諧波頻率過高，導(dǎo)線的損耗量不斷提升，尤其是三次與其倍數(shù)諧波，在變壓器繞組當(dāng)中，會(huì)產(chǎn)生較大的環(huán)流，增加電能損耗。結(jié)合電力設(shè)備的運(yùn)行特點(diǎn)能夠得知，受諧波影響，設(shè)備特別容易出現(xiàn)發(fā)熱與老化現(xiàn)象，不斷縮短設(shè)備運(yùn)行壽命。電力系統(tǒng)線路在運(yùn)行期間，由于絕緣發(fā)熱現(xiàn)象嚴(yán)重，會(huì)明顯增加建筑火災(zāi)發(fā)生概率。

2 諧波來源

2.1 電力電子變流裝置

當(dāng)前階段，電力電子器件應(yīng)用范圍廣泛，家用電器類型不斷增多，雖然可以為居民的日常生活帶來諸多便利，但是也會(huì)引發(fā)更多的諧波源，降低電力系統(tǒng)的安全性。通常來說，電氣設(shè)備在運(yùn)行期間，受自身工作性質(zhì)與結(jié)構(gòu)影響，會(huì)產(chǎn)生不同程度的諧波，各項(xiàng)電氣設(shè)備均可視作諧波源。電力系統(tǒng)運(yùn)行過程當(dāng)中，如果出現(xiàn)諧波，其運(yùn)行電壓會(huì)明顯下降，嚴(yán)重的還會(huì)引發(fā)電壓畸變現(xiàn)象。

2.2 變壓器

以非線性電感為核心的電壓諧波，主要來自變壓器，由于變壓器內(nèi)部的電流呈現(xiàn)非正弦波形，一旦出現(xiàn)平頂波或者尖頂波，表明其內(nèi)部存在奇次諧波。因?yàn)樽儔浩鲀?nèi)部的諧波量無法準(zhǔn)確判斷，其具體數(shù)值受系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)影響較大，變壓器在正常運(yùn)行狀態(tài)，內(nèi)部諧波含量比較低，若變壓器處于空載運(yùn)行狀態(tài)，鉆芯已經(jīng)處于飽和狀態(tài)，所以變壓器內(nèi)部的勵(lì)磁電流會(huì)顯著下降，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也會(huì)包含諧波成分[2]。

2.3 低壓電器

建筑行業(yè)的飛速發(fā)展，建筑電氣設(shè)計(jì)越來越先進(jìn)，當(dāng)前時(shí)期，大部分家用電器均由低壓電網(wǎng)來供電，結(jié)合家用電器運(yùn)行狀態(tài)得知，由于其內(nèi)部含有變壓器和整流裝置，雖然容量比較小，但是在運(yùn)行期間也會(huì)出現(xiàn)勵(lì)磁電流。

3 治理措施

3.1 合理安裝無源濾波器

無源濾波器的合理安裝，能夠?qū)⒅車闹C波電流快速吸收，對(duì)諧波起到一定的抑制作用，是一種比較有效的治理措施，可以顯著減少諧波對(duì)建筑電氣設(shè)備產(chǎn)生的危害與影響。例如，通過科學(xué)安裝變頻器電源端串聯(lián)電抗裝置，可以避免諧波注入到建筑電力網(wǎng)絡(luò)中，此項(xiàng)裝置具備安裝簡便、維修方便等特點(diǎn)，針對(duì)單個(gè)的固定諧波源，能夠起到良好的治理效果。

為確保無源濾波器安裝質(zhì)量，建筑電氣設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合此項(xiàng)裝置的運(yùn)行特點(diǎn)，做好設(shè)備選型工作，并根據(jù)諧波源，做好型號(hào)匹配工作。串聯(lián)在電力線路內(nèi)部的無源濾波器會(huì)對(duì)終端設(shè)備產(chǎn)生影響，故在實(shí)際設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，設(shè)計(jì)人員要有針對(duì)性地選擇[3]。

3.2 科學(xué)安裝有源濾波器

此種類型的濾波器，主要是利用諧波采樣裝置進(jìn)行收集，制造出和既有諧波電流幅值相等的電流，該電流和諧波電流相位完全相反，將其注入電力網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中后，經(jīng)過有效疊加，使得電力系統(tǒng)內(nèi)部的諧波電流徹底抵消，對(duì)電力系統(tǒng)諧波起到一定的補(bǔ)償作用，提高諧波治理效果。

有源濾波器具備良好的適應(yīng)性，能夠自動(dòng)跟蹤并補(bǔ)償電力系統(tǒng)諧波，如果諧波被消除，可以暫停后續(xù)的注入，對(duì)后續(xù)電力網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行不會(huì)產(chǎn)生任何的影響，并且不會(huì)產(chǎn)生諧振，應(yīng)用前進(jìn)廣闊。

因?yàn)樯虡I(yè)辦公場(chǎng)所內(nèi)部的熒光燈，包括建筑家用電器諧波分布范圍比較廣泛，通常將有源濾波裝置安裝到變配電室低壓母線一側(cè)，可以對(duì)該區(qū)域的配電系統(tǒng)，實(shí)施全方位諧波治理。由于有源濾波器應(yīng)用范圍的逐漸擴(kuò)大，此種類型的裝置補(bǔ)償量逐漸提升，市場(chǎng)價(jià)格逐漸下降，在綠色建筑項(xiàng)目變配電設(shè)計(jì)中，通過安裝此種裝置，可以取得較好的諧波治理效果。

3.3 優(yōu)化供電環(huán)境

合理選擇供電電壓等級(jí)，盡量保持在三相電流平衡狀態(tài)，能夠顯著減少諧波對(duì)電力網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行產(chǎn)生的不利影響。因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)的容量比較大，需要較高等級(jí)的供電站來供電，諧波占比較高，針對(duì)諧波源負(fù)荷，設(shè)置專業(yè)的線路進(jìn)行供電，能夠減小諧波對(duì)電力系統(tǒng)負(fù)荷產(chǎn)生的影響，確保電力諧波實(shí)現(xiàn)集中治理[4]。

3.4 調(diào)整并聯(lián)有源濾波器

3.4.1 對(duì)并聯(lián)有源濾波器進(jìn)行優(yōu)化

通過在建筑電力電子裝置交流一側(cè)安裝無源濾波器，通過合理利用電抗，避免高次諧波快速流入到電力網(wǎng)絡(luò)中，提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率。因?yàn)榇朔N方式具備成本低、效率高的特點(diǎn)，在單體設(shè)備中應(yīng)用較多。但是，無源濾波器在運(yùn)行期間，也存在缺陷，受系統(tǒng)自身的運(yùn)行參數(shù)影響較大，或者系統(tǒng)的固定參數(shù)出現(xiàn)變化，會(huì)嚴(yán)重影響無源濾波器的整體運(yùn)行效率。

通過對(duì)并聯(lián)有源濾波器進(jìn)行全面優(yōu)化，能夠獲得較好的諧波治理成效。此種類型的濾波器具有良好的可控性，同時(shí)反應(yīng)速度比較快，能夠快速找到諧波源。通過運(yùn)用動(dòng)態(tài)檢測(cè)技術(shù)，針對(duì)電力線路的非線性負(fù)荷諧波電流進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè)，并根據(jù)諧波電流的大小，向系統(tǒng)中輸入與其相位相反的電流，經(jīng)過疊加之后，將電力系統(tǒng)諧波電流抵消，達(dá)到消除諧波的目的。

對(duì)于建筑電氣設(shè)計(jì)人員來講，要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，對(duì)配電系統(tǒng)的負(fù)荷情況進(jìn)行全面檢驗(yàn)，并合理確定出裝置的具體安裝位置，盡量縮小裝置和諧波源之間的距離，也可以直降將裝置安裝到直接供電諧波源配電箱當(dāng)中，確保裝置自身的諧波治理功能得到有效發(fā)揮。

3.4.2 投入混合型濾波器的安裝

結(jié)合建筑電氣設(shè)備諧波治理效果得知，投入混合型濾波器的治理效率比較高，主要是將有源濾波器和無源濾波器有效搭配，具備無源濾波器成本低、效率高特點(diǎn)，而且可以全面發(fā)揮出有源濾波器控制靈活與動(dòng)態(tài)補(bǔ)償功能，將這些參數(shù)有效配合，能夠顯著提高建筑電氣系統(tǒng)的運(yùn)行安全性，取得良好的節(jié)能效果，使得電力系統(tǒng)運(yùn)行成本不斷下降。

3.4.3 諧波保護(hù)裝置

在建筑電氣設(shè)備諧波治理過程中，諧波保護(hù)裝置比較常見，主要是采取單獨(dú)設(shè)計(jì)的電路，吸收電力系統(tǒng)各種頻率，減少諧波干擾現(xiàn)象的發(fā)生，具備良好的可靠性與安全性。針對(duì)一些比較重要的電力設(shè)備，通過安裝諧波保護(hù)裝置，可以有效消除諧波源，獲得良好的凈化效果。

3.4.4 合理選擇濾波器

按照補(bǔ)償諧波電流容量分級(jí)，并聯(lián)有源濾波裝置的電流容量在25~300A 之間，通常來講，民用建筑電氣設(shè)計(jì)當(dāng)中所采用的電流容量為100A。但是，在銀行當(dāng)中，因?yàn)閁PS 裝置數(shù)量比較多，容量較大，再加上電腦的配置數(shù)量過多，諧波量較大，對(duì)供電質(zhì)量提出更高要求，需要配置200~300A 有源濾波器裝置，方可消除諧波[5]。

此外，對(duì)于諧波源比較多的建筑項(xiàng)目，比如機(jī)房配電間與醫(yī)院的放射科當(dāng)中，通過設(shè)置有源濾波器，有針對(duì)性地治理，可以顯著降低濾波治理成本。針對(duì)較為敏感的終端裝置，為了減少高頻諧波所產(chǎn)生的干擾，也可以安裝主動(dòng)諧波保護(hù)裝置，避免諧波的侵入。

3.5 安裝靜止無功補(bǔ)償裝置

靜止無功補(bǔ)償裝置主要由控制電抗器與濾波裝置組成，具備調(diào)節(jié)簡單、操作便捷、反應(yīng)速度快等特點(diǎn)，能夠全面治理諧波。對(duì)于無變壓器電網(wǎng)聯(lián)系，可以安裝SVG 裝置，通過加強(qiáng)電壓控制，可以顯著減少能源損耗，減小諧波對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾。同時(shí)，建筑電氣設(shè)計(jì)人員在具體工作當(dāng)中，還要對(duì)既有的配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全面優(yōu)化，根據(jù)配電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行特點(diǎn)，制定完善的優(yōu)化方案。

因?yàn)橹C波具備多發(fā)性與隨機(jī)性等特點(diǎn)，對(duì)建筑內(nèi)部各項(xiàng)電氣設(shè)備安全運(yùn)行影響較大，所以，為了確保建筑電氣設(shè)備的安全運(yùn)行，建筑電氣設(shè)計(jì)人員要根據(jù)設(shè)備運(yùn)行情況，采取合理的控制措施，不斷延長電氣設(shè)備的運(yùn)行壽命。

4 結(jié)語

綜上所述，通過對(duì)建筑電氣設(shè)計(jì)當(dāng)中的諧波治理措施進(jìn)行有效性的分析，例如合理安裝無源濾波器、科學(xué)安裝有源濾波器、優(yōu)化供電環(huán)境等，并提出調(diào)整并聯(lián)有源濾波器的措施，例如對(duì)并聯(lián)有源濾波器進(jìn)行優(yōu)化、投入混合型濾波器的安裝、諧波保護(hù)裝置安裝、合理選擇濾波器等，能夠確保建筑電氣諧波得到有效治理，不斷延長各類建筑電氣設(shè)備的運(yùn)行壽命。