淺談建筑電氣設計中電源諧波相關問題

韓青男 張平平

摘 要：我國還沒有制定建筑電能質量標準，但是諧波的綜合治理工作是值得推廣的，許多建筑用戶只注重提高功率因數，不重視諧波治理，從而造成電能污染和經濟損失，所以消除電力電子裝置中的諧波已經成為了必需工作，只有解決了電能污染的問題，才能保證建筑用戶的電能質量和用電安全。

關鍵詞：建筑電氣；電源諧波；危害；措施

建筑電氣設計包括建筑強電系統設計和建筑弱電系統設計。無論是在強電系統設計還是在弱電系統設計中，電源諧波問題是不可避免的。電網中存在很多非線性負載諧波源，如電解槽、計算機、整流器和充電器等，電網中配電變壓器自身具有諧波含量，這些都會產生較嚴重的諧波問題。只有從根本上對諧波進行治理，才能減少諧波危害，改善供電質量。

1.諧波產生原因

諧波在智能建筑工程中，由于各種電氣設備用電量和電壓要求的不同，這就造成了電源電流供給中出現了高低變化的現象，無法保證電流的穩定性，從而造成了電源線路中多少存在著一些諧波，給整個建筑結構帶來了一定的影響。在智能建筑結構中，由于建筑本身存在著線纜、線路多，設備使用量大，環境復雜的影響，使得這一電力系統中本身存在著一定的諧波。這種諧波的存在一方面是由于電氣設備運行中本身存在著一定的諧波問題，另外是由于變壓器輸電的時候就存在著一定的諧波現象。

2.建筑電氣設計中電源諧波危害

電源諧波能使變壓器的鐵損、漏磁損耗和銅損增加，引起變壓器發熱。電源諧波的頻率越高，集膚效應越明顯，各種損耗越嚴重。除了變壓器發熱，電源諧波還會造成緊固體、變壓器外殼和外層硅鋼片發熱。變壓器的使用容量受變壓器發熱的影響，變壓器發熱越嚴重，使用容量越少。如果變壓器發熱過于嚴重，還會造成額外升溫。諧波源產生的諧波會流經變壓器，諧波的振動對變壓器造成損害。電源諧波還會使變壓器工作時的噪聲變大。旋轉電機也受到電源諧波的影響，電源諧波使旋轉電機產生轉矩、附加損耗，產生振動、噪音等現象，與機座之間發生共同振動，對設備造成破壞。電源諧波的電壓、旋轉電機不同的結構和型號都會影響危害的輕重。電動機設備受電源諧波的影響引起附加熱損耗，干擾力矩會使電動機產生啟動困難現象，降低運行效率。電動機內電源負序諧波一旦過量，會在機體內形成反轉磁場和制動力矩，損壞電動機。電源諧波也會使發電機過熱，降低運行效率。電容器額外功率受電源諧波電壓的影響出現損耗，電源諧波的頻率越大，容抗越少，形成的過電流會使絕緣老化的速度加快，絕緣擊穿出現的故障隨之增加。電網中的其他部分與電容器之間受電源諧波的影響出現諧振。如果電網系統內存在較強的電源諧波、各個系統參數與電網不能有力配合，就會出現并聯諧振諧波或串聯諧振諧波現象，引起過電流事故和過電壓事故，使電容器遭到破壞、熔斷熔絲，對電網設備造成再次損害，導致嚴重事故。電源諧波問題還會減少電容器的使用壽命。電源諧波頻率越高，電容器的阻抗能力越低，產生事故的可能性就越高。

3.建筑電氣設計中電源諧波治理

有源濾波器是一種新型的電子裝置，可以動態的對電源諧波進行抑制，對動態的無功進行及時補償，能夠實現動態跟蹤、補償無功和電源諧波。與傳統的無源濾波器相比，電力有源濾波器是一種高次電流源，不會產生共振，電力系統的阻抗能力對其沒有影響。有源濾波器利用電流互感器對負載電流進行及時檢測，使用內部DSP對檢測結果進行計算，對電流中包含的電源諧波進行提取后，將電源諧波通過PWM信號傳送至內部IGBT，內部IGBT接受電源諧波后控制逆變器會根據電源諧波電流的大小產生一個相等的電流，將產生的電流反方向注入至電網內，達到過濾諧波的效果。有源濾波器的選擇應當合理，濾波器中電流互感器的工作電壓應當與線路額定的電壓一致；當電流互感器額定電流超過線路的負載電流時，電流互感器的電流應當是線路電流的1.5倍或2倍；為了保證計量精確和施工方便，一般選擇開合式0.2級電流互感器。

高功率因數整流器是對傳統電力系統中整流裝置的進一步改進，達到電壓電流同相、降低電源諧波的目的。利用電力系統中整流裝置多重化的特點和矩陣式電路，首先采用串聯方式將多個橋式電路進行聯結，減少電源諧波，并且保證輸入電流與電壓之間同相。諧波保護器是采用磁性方法對電源諧波的能量進行吸收，從而減少電源諧波對電網系統造成的危害。常用的諧波保護器是PHD，PHD的電路由多種新型材料和超微晶材料組成，能夠實現在諧波源消除諧波，對各種頻率的諧波進行吸收，對電源諧波進行干擾，達到消除噪聲及電源諧波的目的。混合型濾波器是一種混合型的濾波器組，將無源濾波器與有源濾波器進行相互融合，有源濾波器的直流電容器可以為濾波器組提供較為穩定的直流電壓。利用兩種濾波器各自的優點對電源諧波進行干擾、消除。HTHF無緣諧波濾波器是一種新型的設備級濾波器，能夠降低電源諧波電流的畸變率，使畸變率達10%以下，最低能達5%以下。HTHF無緣諧波濾波器從根本上對電源諧波問題進行治理，不會造成其他不良影響，具有技術成熟、功率容量較大、可靠性較高、使用簡便等優點。HTHF無緣諧波濾波器選擇時只需要了解應用設備的工作功率和電壓，直接選擇合適的濾波器，安裝時不需要調試和現場維護，實現即裝即用，節省大量的調試時間和維護時間。

4.結束語

諧波問題已經引起各方面的高度重視，隨著對諧波的進一步研究，人們將會更加深入的認識諧波，從而找到更加有效的方法來抑制和消除諧波。與諧波相關技術的發展，特別是電力電子技術的發展也將會為抑制和消除諧波提供更有效的手段。

參考文獻：

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[2]姚寧.電力系統中諧波的產生抑制方法分析[J].煤炭工程，2013