建筑供用電系統諧波污染控制與無功功率補償

摘 要 當前，建筑用電系統所產生的諧波已經成為我國城市公共電網的一個巨大污染源，它所帶來的環境問題已經不容忽視。本文筆者簡要介紹了諧波污染源的相關問題，并說明了諧波污染與無功功率之間的關系，最終從建筑節能和環保角度提出一些控制措施，。

關鍵詞 建筑供用電系統 諧波污染控制 無功功率補償

據相關調查數據顯示，電網的諧波大約有40%都是來自于建筑用電系統的，這些諧波不僅會嚴重污染用電電網，而且會造成電能的生產、傳輸以及利用效率降低，更有甚者會導致建筑內的電氣設備過熱、產生噪聲，進而加快電路老化，縮短用電設備的使用壽命，威脅人們的生命財產安全。所以，現階段加強對建筑供電系統的諧波污染控制與無功功率補償具有十分重要的現實意義。

一、建筑供用電系統的諧波和無功功率

（一）諧波

今天，人們所使用的每一度電都離不開供用電系統，然而隨著用電設備的不斷增多，諧波也會產生得越來越多。所謂諧波，是由于正弦電壓加壓于非線性負載，基波電流發生畸變而產生的，現在人們經常使用的電子裝置、變頻裝置等，這些伏安特性為非線性的設備都會產生諧波。這些諧波輕則導致導線過載、絕緣損壞，重則引發短路和火災。

（二）諧波污與無功負荷的關系

可以看出，在電力系統中，諧波產生的根本原因是由于非線性負載所致。在建筑供用電系統中，各種變壓器、熒光燈、整流器以及開關電源等都是典型的阻感負荷，它們所消耗的無功功率在供用電系統消耗的無功功率中占有很大比例。而且這些阻感負（產生諧波的設備往往都是消耗基波無功功率的設備，要想真正控制諧波，我們就需要采取補償基波無功功率以及提高功率因數。

二、建筑供用電系統諧波污染的控制方法分析

（一）諧波污染控制

通常來說，我們可以采取傳統的控制諧波的方法，那就是設置無源LC濾波器。它是由諧波電抗器、電容器和電阻器三個部分組合而成的濾波裝置，它和諧波源并聯，不僅能夠起到濾波的功效，還兼有無功補償的作用。在當前的供用電系統中，大量使用諧波源設備還須得注意兩個方面的問題：一是要把建筑供用電系統作為整體統一來考慮諧波的控制問題；二是要把諧波控制與無功補償結合起來。下面，筆者針對建筑供電系統諧波的控制方式和相關標準的諧波要求作出一些說明：

1、變電所。在400V成套低壓開關柜的功率因數補償柜內，我們應當設置電抗器，這樣可以集中吸收無功功率，而且同時又能夠起到控制諧波的作用。

2、電力變壓器。通常來說，我們可以采用 Dyn11 聯結組別的三相電力變壓器，這樣可以為三次諧波提供環流通路。

3、不間斷電源和應急電源。不間斷電源的輸出應當配置一根加大的中線，這樣可以有效減少三次諧波引起的發熱。應急電源的中線應當與相線有相同的規格， 這樣才能最大限度地減少諧波引起的發熱效應。

4、空調和諧波濾波器。一般來說，空調循環水泵、變頻器和諧波濾波器應當一一對應，我們可以采用就地式補償無功功率和控制諧波的方法。值得注意的是。大功率變頻器應當設置輸出電抗器，這樣才能有效抑制逆變器所產生的尖峰突波電壓，同時也能夠極大地減少對電動機絕緣的損害。除此之外，我們還應當在每臺變頻器的動力進線回路上安裝諧波濾波器。

5、照明和電梯。往往對電源質量要求較高的電子設備機房的熒光燈應當采用節能型電感鎮流器，切忌使用電子鎮流器。現代建筑內的電梯最好采用VVVF控制方式，它的VVVF 驅動裝置的電壓諧波失真不應超過10%。

（二）無功功率補償

現階段，在建筑供用電系統中應用最廣泛的的諧波控制方法就是設置無功補償并聯電容器。如果按照補償的方式來進行分類，我們可以把它分為集中補償和就地補償兩種方式。前者就是電容器組集中安裝在建筑的總降壓變電所10kV的母線上，以此提高整個變電所的功率因數，減少10kV線路的無功損耗，進而提高供電電壓的質量。后者是把電容器安裝在異步電動機或電感性負載附近，采取就地或就近原則進行無功補償，不僅提高了用電設備的供電回路功率因數，又極大地改善了用電設備的電壓質量。當然，這兩種方式各有優劣，我們在實際的供用電系統中應當綜合考慮，合理布局。

除了上述兩種常用方式外，我們也可以采取一些綜合措施。一是可以對建筑供用電諧波進行實時監控，尤其需要在主電路或可能產生較大諧波電流的回路接入諧波含量的檢測裝置，這樣可以隨時對其產生的諧波情況進行檢測，對于用電量大或較大的公共建筑，應當設置電力監控系統開展監控工作；二是應當盡可能地避免使用會產生較大諧波的設備。對于部分具有諧波互補性的裝置應當進行集中安裝或設置，有的諧波量大的用電設備也可以適當地采取限制使用措施；三是應當對建筑供用電系統進行合理的設計，盡量把非線性負荷和敏感負荷分開，以此來減小系統產生的諧波；四是注重對供用電系統整流器的改造。我們可以采用PWM 控制的高功率因數整流器，這樣可以對PWM 整流電路進行適當控制，進而達到控制諧波產生的目的；五是對于部分有變頻控制需要的用電設備，在進行安裝的時候應盡可能地把變頻裝置靠近被控設備并采取控制諧波的措施；六是可以適當增大回路中配電線的線徑，這樣有利于減小諧波電流對導線的危害，杜絕電氣火災的發生。

三、結束語

總而言之，建筑供用電系統諧波污染的危害十分嚴重，現階段我們必須積極采取諧波污染控制與無功功率補償措施加以防治，這樣才能確保供用電系統的安全運行，確保人們的生命財產安全。

參考文獻：

[1]許民.建筑供用電系統諧波污染控制與無功功率補償[J].電氣應用，2008，07：47-49.

[2]徐永海，金焱，姚寶琪，林峰.供用電系統諧波濾波與無功功率補償仿真軟件[J].電力自動化設備，2006，12：93-95.

[3]孫香德.一種考慮諧波影響的無功補償控制系統設計[D].湖北工業大學，2013.

（作者單位：河南省水利水電學校）