建筑物用電設(shè)備電能質(zhì)量分析

周 偉

重慶兩山麗景置業(yè)有限公司，重慶 400080

0 引言

基于電力電子器件的整流設(shè)備以及變頻調(diào)速設(shè)備在工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，電網(wǎng)的負(fù)荷結(jié)構(gòu)正在發(fā)生著重大變化，尤其是非線性、沖擊性、波動(dòng)性負(fù)荷會(huì)產(chǎn)生大量的高次諧波，造成電網(wǎng)電壓波動(dòng)、閃變、三相不平衡等嚴(yán)重的電能質(zhì)量問(wèn)題，并降低了電網(wǎng)供電的安全性和可靠性，極大的削弱和干擾了電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。在現(xiàn)代商用綜合辦公大樓或高層住宅的供配電設(shè)備、動(dòng)力用電設(shè)備、智能樓宇管理控制設(shè)備、家用電器設(shè)備都是非線性負(fù)荷，所產(chǎn)生的諧波都會(huì)影響其所在的電網(wǎng)[1，2]。隨著智能建筑及智能小區(qū)迅速發(fā)展，若治理不力，這種污染將愈來(lái)愈重，甚至?xí)蔀楣秒娋W(wǎng)的主要污染源。

1 建筑常用電氣設(shè)備電能質(zhì)量情況分析

1.1 變頻調(diào)速裝置對(duì)電能質(zhì)量的影響分析

交-直-交變頻調(diào)速裝置具有節(jié)省電能20%～50%的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于變頻空調(diào)、風(fēng)機(jī)、水泵等電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速。變頻裝置一般采用晶閘管或大功率晶體管線路制成，這種電路在輸入周期的部分時(shí)間提取脈沖式電流，因而在電源線上產(chǎn)生的諧波電流比同功率的旋轉(zhuǎn)電機(jī)所產(chǎn)生的諧波電流大的多。諧波電流主要是由元器件的非線性、波形的破碎及晶閘管、晶體管、二級(jí)管等半導(dǎo)體器件的反向尖峰電流所造成。我們對(duì)電梯、恒壓供水、通風(fēng)設(shè)備專用回路進(jìn)行了檢測(cè)。從檢測(cè)結(jié)果可以看出，變頻調(diào)速裝置的諧波電流主要是5次和7次諧波，其次是11次以后的高次諧波。

家用變頻空調(diào)由于具有快速制冷、舒適性好、超低溫制熱、快速除霜、電壓適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)受到人們的廣泛歡迎。再加上具有節(jié)約電能、降低加速器運(yùn)動(dòng)部件的磨損等優(yōu)點(diǎn)，變頻空調(diào)基本取代了傳統(tǒng)空調(diào)。

1.2 三相UPS對(duì)電能質(zhì)量的影響分析

在一些重要的建筑供電負(fù)荷以及一些對(duì)持續(xù)供電有特殊要求的用電設(shè)備，廣泛采用UPS 電源保證供電的持續(xù)性。UPS 電源是一種典型的電力電子整流逆變裝置，在工作中由于控制方式簡(jiǎn)單，因此在持續(xù)供電的同時(shí)，也產(chǎn)生了大量的諧波電流。是UPS 設(shè)備在不同負(fù)荷率下的專用電路諧波實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中不難看出5、7次諧波超標(biāo)嚴(yán)重。

1.3 照明光源及配件對(duì)電能質(zhì)量的影響分析

照明用電的電量約占全社會(huì)總用電量的10%，晚間高峰負(fù)荷時(shí)，照明用電負(fù)荷約占各電網(wǎng)總負(fù)荷的20%左右，照明負(fù)荷的性質(zhì)對(duì)低壓公共電網(wǎng)安全運(yùn)行和供電質(zhì)量的影響很大。

照明光源大體上可分兩大類，第一類是熱輻射光源，包括白熾燈和各種類型的鹵鎢燈，碘鎢燈。它們是純電阻線性負(fù)載，對(duì)電網(wǎng)無(wú)不良影響；第二類是氣體放電光源，包括熒光燈、緊湊型節(jié)能燈、高壓鈉燈、高壓汞燈、金屬鹵化物燈、霓虹燈等。它們是氣體電弧放電性負(fù)載，由于用作限流、穩(wěn)弧的鎮(zhèn)流器技術(shù)性能不好，他們已經(jīng)成為低壓公用電網(wǎng)的主要諧波源。照明設(shè)備量多且分散，在電網(wǎng)中所占負(fù)荷比重又很高，所以危害很大。

近幾年，推出的熒光燈、緊湊型節(jié)能燈、高壓鈉燈、高壓汞燈的電子鎮(zhèn)流器。其工作原理是先將工頻50Hz 交流電整流成直流電，再逆變成頻率為20KHz 以上的高頻交流電供給燈管。因需先經(jīng)整流，故電網(wǎng)的輸入電流的波形為尖峰波，未采取有效濾波技術(shù)的劣質(zhì)電子鎮(zhèn)流器，將會(huì)向公用電網(wǎng)注入大量高次諧波電流，危害很大。

自鎮(zhèn)流高壓汞燈是工礦企業(yè)、商業(yè)、賓館及城鎮(zhèn)路燈廣泛使用的照明光源，它利用白熾燈的鎢絲電阻來(lái)限制氣體放電的電弧電流，即將高壓汞燈的氣體放電管與鎢絲串聯(lián)裝于同一個(gè)玻璃殼內(nèi)，利用鎢絲的電阻起限流作用，不需外接鎮(zhèn)流器，光效較低，耗電量大，工作電流的波形畸變程度也遠(yuǎn)大于外接電感鎮(zhèn)流器的高壓汞燈。

金屬鹵化物燈是90年代才從國(guó)外進(jìn)的新電光源技術(shù)，它的光效很高，而顯色性遠(yuǎn)優(yōu)于高壓鈉燈。由于它必須使加于燈管兩端的電壓高于280V 才能點(diǎn)燃燈管，現(xiàn)是使用容性超前頂峰式鎮(zhèn)流器，來(lái)限制和穩(wěn)定燈管的氣體放電電弧電流。這種鎮(zhèn)流器的主要缺點(diǎn)是導(dǎo)致電源輸人電流和燈工作電流的波形發(fā)生嚴(yán)重畸變，電源輸人電流的總諧波畸變率約為35%～40%，對(duì)低壓公用電網(wǎng)危害很大。

1.4 家用電器對(duì)電能質(zhì)量的影響分析

家用電器類別豐富，本文著重分析了電視機(jī)、電冰箱和洗衣機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)設(shè)備。不同的廠家生產(chǎn)的電器產(chǎn)品的電源器件質(zhì)量相差較大，整流環(huán)節(jié)會(huì)產(chǎn)生的諧波電流。這些設(shè)備單臺(tái)的用電量不算太大，但設(shè)備的數(shù)量卻非常的龐大，因此，這些設(shè)備給電能質(zhì)量帶來(lái)的危害還是不容忽視的。

日本電氣協(xié)同研究會(huì)對(duì)日本典型地點(diǎn)的電網(wǎng)畸變率進(jìn)行調(diào)查顯示每天的19時(shí)～22時(shí)電網(wǎng)畸變率最高，這也是電視收視率最高的時(shí)候，可見(jiàn)電視機(jī)群對(duì)電網(wǎng)的影響還是比較大。經(jīng)測(cè)試表明，彩色電視機(jī)輸入電流的總諧波含量高達(dá)基波的127%，3、5、7等奇次諧波分別高達(dá)89.3，72.3和50.6，且輸入線路的功率因數(shù)只有0.58 左右。

2 結(jié)論

以上介紹的各類用電設(shè)備都是諧波源，它們對(duì)建筑配電系統(tǒng)產(chǎn)生了極大的危害。隨著智能建筑以及智能小區(qū)的迅速發(fā)展，若治理不力，這種污染將愈來(lái)愈重，將成為公用電網(wǎng)的主要污染源。這些負(fù)荷可以分為兩類：一類是含有開(kāi)關(guān)電源的非線性負(fù)荷（電壓型諧波源屬容性負(fù)載），如：個(gè)人計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、電信設(shè)施、含電子鎮(zhèn)流器的照明燈具、電視機(jī)、樓宇智能化設(shè)施等；另一類是呈電感性非線性負(fù)荷，如含電感鎮(zhèn)流器的照明燈具等。這兩類非線性負(fù)荷構(gòu)成了智能建筑的主要諧波源。本文對(duì)建筑中的各種用電設(shè)備的電氣特性進(jìn)行了分析，著重分析了變頻設(shè)備、電力電子變換設(shè)備UPS、照明設(shè)備和家用電器對(duì)電能質(zhì)量的影響，分析發(fā)現(xiàn)這些設(shè)備對(duì)電能質(zhì)量的主要影響是3、5、7次諧波污染。

[1]薛立軍.智能建筑諧波畸變及其防范[J].電工技術(shù)雜志，2002(1).

[2]戴瑜興，張義兵，胡慶偉.智能建筑諧波和無(wú)功功率的綜合治理[J].電工技術(shù)雜志，2003(12).