諧波在民用建筑配電系統中的問題

中圖分類號：TM7 文獻標識碼：A文章編號：1008-925X(2012)02-0126-01

摘要：目前，諧波在民用建筑中的問題漸漸引起人們的關注。本文在分析民用建筑配電系統中的主要諧波源的基礎上，闡述了諧波的危害，并提出預防措施及治理方案，期望將諧波的危害減至能夠接受的程度。

關鍵詞：民用建筑；配電系統；諧波

1 緒論

所謂供電系統諧波，是對周期性非正弦電量進行傅立葉級數分解，除了得到與電網基波頻率相同的分量外，還得到一系列大于電網基波頻率的分量。當前，隨著家用電器和信息化辦公設備的增多，原來運行正常的供配電系統，電氣火災、電容器燒損、計算機無故重啟、變壓器未過載超溫等“怪事故”頻繁發生，這些現象都與電力系統中的諧波有關。諧波的存在不僅導致嚴重的電能質量惡化，且還會導致整個供、配電系統無法正常運行，造成整個電網的癱瘓。據日本電氣協會發表的一項諧波源的調查報告顯示，在各行業產生的諧波量分布中，由民用建筑產生的諧波量占總數的40.6％，因此，對民用建筑配電系統諧波進行治理，意義深遠。

2 民用建筑配電系統中的主要諧波源分析

電網中的諧波主要是由各種電力和用電設備以及其他非線性負載產生的，當正弦基波電壓(電源阻抗為零阻抗時)施加于非線性負載時，流過負載的電流與施加的電壓不呈線性關系，就形成非正弦電流，從而產生諧波。在民用建筑中，產生諧波的主要擾動源可歸納為如下幾類：①照明系統中的照明電子鎮流器及調光設備；②電梯、空調等動力設備中普遍應用的變頻傳動裝置(VFD)；③計算機、打印機、復印機等辦公自動化設備；④UPS不同斷電源硬開關電源；⑤其他具有一定非線性負載特性的電子控制設備。其中，①③類設備因數最大，多臺型號規格相同、負載特性相同等特點，同種設備產生的諧波電流疊加，如計算機電流諧波畸變率可達75％，此類設備對總諧波畸變率的影響甚為嚴重。②類擾動源變頻傳動裝置(VFD)產生的諧波可使輸入電流波形嚴重畸變，此類設備在未采取防范措施時產生的諧波對總諧波畸變率影響較大。④類擾動源UPS不間斷電源及開關電源屬于非線性負荷，它們的變流輸入有大量諧波電流反饋至低壓配電器，能污染電網。在分析諧波電流時，應注意多臺設備產生的諧波電流具有一定規則的疊加性，也應考慮并非所有產生諧波的設備同時處于工作狀態。

3 諧波的危害性分析

當前，隨著經濟與技術的不斷發展，民用建筑物內電力電子設備、開關電源、變頻設備、電子鎮流器等非線性設備的使用量日趨增多，使得其配電系統中的諧波問題日趨嚴重，諧波的危害在建筑供配電系統中已到了不容忽視的程度，一般來說，諧波的危害性可概括為如下幾點：①諧波在電力網絡的感性、容性元件上發生的諧振，造成部分諧波電流放大和電壓增高，產生諧振過電流和過電壓，可造成保護裝置的誤動作、測量儀表的誤差，甚至電氣元件及設備的故障和損壞；②諧波產生的電磁干擾，使通信質量下降、甚至使自動裝置工作紊亂；③諧波電壓使變壓器、電動機鐵芯渦流損耗增加，諧波電流使銅損增加，溫度上升、加速絕緣老化、降低了效率和利用率、縮短使用壽命。

4 諧波的預防措施

我國于1984年頒布了《電力系統諧波管理暫行規定SD126—84》(2005經過復審)，在此基礎上，陸續頒布并實施了《電能質量?電壓允許波動和閃變GB／T12326—90》、《電能質量?公用電網諧波GB／T14549—93》，對IEC61000標準也等同使用。由于電力系統諧波阻抗較負荷側小，故系統諧波可視為恒壓源，而用電設備產生的諧波決定于其自身的特性和工作狀態，與系統參數關系不大，可視為恒流源，因此從源頭防范顯得尤為重要，具體如下：

清源與截流并重。首先，要減少配電和用電設備的諧波產出。選擇變壓器時，除了考察其負載損耗、空載損耗等節能指標外，還要關注其磁飽和特性；對于變頻器、整流器、調光裝置等用電設備，應規定其諧波發射限值。

諧波源相對集中布置便于日后治理。將諧波源設備集中布置，如，醫院醫技樓的核磁共振設備、X光機及其他造影設備可集中在一臺或一組配電變壓器上，且宜集中布置在一條或兩條配電干線上。這樣既有利于實現相關線路的低阻抗設計，也有利于采取有源濾波等諧波治理措施。

5 常用的諧波治理方法

高功率因數變流器。整流裝置是電力系統的主要諧波源。對整流裝置改進，使其盡量不產生諧波，并且電流電壓同相位，稱高功率因數整流器或高功率因數變流囂。

采用整流電路的多重化。將幾個橋式接流電路以串聯方式多重聯結可以減少輸入電流諧波，用該方法構成的整流器對抑制諧波較有效，但對功率因數的提高不明顯。

采用PWM整流電路。PWM整流電路有電壓型和電流犁兩種，其中電壓型應用較多。通過對PWM整流電路適當控制，可以使PWM整流電路輸入電流幾乎接近正弦波，且電流電壓同相位，功率因數近似為1，稱為高功率因數變流器。

矩陣式變頻電路。該電路是一種用全控開關器件、采用斬波方式，不通過中間環節直接把一種頻率的交流電變成另一種頻率的交流電，進行交流變頻的新穎交頻電路。每個器件還要并一個二極管，控制也較復雜。

采用帶斬波器的二極管整流電路。帶電容濾波的二極管整流電路盡管結構簡單、成本低，但工作時輸入電流含有大量諧波，若在整流橋與濾波電容間加一級用于功率因數校正的功率轉換電路(即有源功率因數校正電路)，則可以使輸入電流接近正弦波，且大大提高功率因數。

有源電力濾波器。有源電力濾波器系統由兩大部分組成，即指令電流運算電路和補償電流發生電路(由電流跟蹤控制電路、驅動電路和主電路三部分組成)。有源濾波器具有高可控性、快速響應性和補償效果好的特點，同時它可用單級濾波器濾除多種諧波而不會和系統形成諧振電路，是一種非常有發展前景的消除諧波的手段。

總之，電力諧波己成為電力系統的一大公害，嚴重威脅著電力系統和用電設備的正常運行?，F代民用建筑中存在大量產生諧波擾動的設備，因此在進行電力設計時要充分考慮其對供配電系統的影響，并綜合各方面的具體情況采取相應的措施，將諧波的危害減至能夠接受的程度。

參考文獻

[1] 陳眾勵.民用建筑配電系統諧波防治技術初探，建筑電氣，2009

[2] 徐武俊.建筑電氣系統抑制諧波的工程設計方法探討，中國高新技術企業，2008