簡析建筑電氣設計中諧波的治理措施

馬伊莎

（信息產業電子第十一設計研究院科技工程股份有限公司　天津　300200）

簡析建筑電氣設計中諧波的治理措施

馬伊莎

（信息產業電子第十一設計研究院科技工程股份有限公司天津300200）

隨著時代不斷發展，我國建筑用戶存在對于電力應用需求不斷增加的狀況。為滿足我國建筑用戶的需求，建筑電氣設計不斷創新發展，部分人員將逆變設備應用到電力生產中從而引發了諧波問題，從而引發了電力生產效率下降，電網安全遭到嚴重威脅。因此，該問題引起了重視，要想保證電網安全，必須率先解決諧波問題，采取有效措施，為用電提供有效保障。

電氣設計；危害；諧波治理

前言

諧波問題的危害體現在許多方面，當電網被污染的情況下，整個電網中的電氣設備均會受到影響，電網中的諧波含量小于國家標準的規定時，一般不會對系統造成大的影響，但隨著諧波含量的增加，諧波的影響就逐漸顯現出來，在諧波嚴重超標的情況下，如果不進行諧波治理，往往會造成很嚴重的危害。

1　建筑電氣中諧波問題危害

1.1影響電氣設備的精度及效率

諧波的存在影響到建筑內電子元件的正常運行。如電能表會將諧波能量當作用電來進行計量，從而導致電能表與實際用電存在一定誤差；高次諧波使智能化設備受到干擾，易造成錯誤指令和動作；旋轉電機由于諧波作用產生附加轉矩而導致輸出扭矩下降，且使局部發熱增加。

1.2干擾設備運行

諧波使通信線路產生噪聲，通話質量下降；電力系統繼電保護機構可能會由于諧波而產生誤動或拒動故障；對居民電器設備的影響還表現為，諧波使得電視畫面閃爍等。

1.3增加設備損耗

高頻率的諧波使導線的趨膚效應加重，因此銅損增加，特別是三次及其倍數的諧波在變壓器繞組中形成環流造成電能耗浪費，同時加速了電力設備的發熱老化，使得絕緣介質的壽命縮短，配電系統線路絕緣發熱老化很大程度上增加了其發生火災的危險性；諧波的存在使電容器吸收諧波電流而引起過載發熱，甚至導致損壞以及電容器爆炸等事故發生，在這一過程中，如果其容性阻抗與系統中電網感性阻抗相匹配時，容易產生諧波諧振，則會導致諧波電流放大作用，出現配電系統過電壓現象，損壞建筑內配電系統中的電器設備。

1.4降低遮斷能力

由于諧波畸形使得斷路器的磁吸線圈不能正常工作，使熱元件產生額外溫升，斷路器遮斷能力下降，因為波形畸變的電流與工頻正弦波形的電流相比，在電流過零時的di/dt可能較大，也使斷路器觸頭壽命縮短。

2　建筑電氣設計中諧波治理措施分析

2.1采用無源濾波器

無源濾波器是采用串聯方式以此互相連接的電容器。該方法是一種傳統的方法從而對諧波進行遏制。無源濾波器電路比其他電網中的電低許多。但該方法存在也弊端，易造成過載，從而引發自燃與火災，并且，此時無源濾波器此時也不起作用，配件不斷進一步老化，會使無源濾波器的效率有所下降，達不到原來該有的效果。最值得注意的是，無源濾波器僅能對一種濾波成分進行修改。對不同的頻率，需要用到不同的濾波器。且無源濾波器進行濾波只能進行三次。

2.2采用有源濾波器

有源濾波器是一個并聯裝置并且反應迅速的諧波電流源。對于非負荷的諧波電源進行自行檢查。控制指令從DSP中產生，IGBT受DSP控制，其中IGBT為高速開關器件。輸出電抗器使得輸出的諧波電流平穩、緩和，電流與輸出的諧波大小相等。使得基波電流向負荷提供，從而達到對諧波進補償的作用。

根據配電系統各有差異，并且對于電力的符合的能力參差不齊，需具體問題具體分析，在不同地區設計不同所需的方案要求。為使其達到最好效果，應將有源濾波器安裝在距離諧波源距離近的地方，效果的好壞隨著距離諧波源的遠近來決定，越近則效果越好。通過此種辦法最有利于減小電流畸形和諧波電壓產生畸形的現象。非線性符合的負載場合時，應對二級配電進行補償，并且應對不同情況應有不同解決方案。有源濾波器的位置較為靈活，可根據需求進行調整，從而達到最好效果，實現最高效率。

2.3采用混合型濾波器

混合型濾波器可以使之前介紹的有源濾波器和無緣濾波器混合進行使用，從而達到最高效率。單調諧濾波器的3、5、7、9次的單數次數與高通濾波器的支路相結合組成無源濾波器。直流電容和濾波電感構成有源濾波器。直流電容提供穩定的直流電壓，供有源濾波器使用。濾波器會從中對于開關頻率進行調整。有源無源進行串聯。有源濾波器使用不能直接直接使諧波電流消失，并且只能產生的諧波電壓，補償電壓中只能產生這一種。從而致使功率的容量減小。功率容量小提升了其良好的經濟實用性，從而增強了其效率，并降低了系統的成本。

2.4采用諧波保護器

治理諧波問題的成本最低是采用此行方法進行治理。諧波保護器從諧波對電路的各種危害著手進行解決。該措施的本質是磁場可對此波能量進行吸收從而增強其使用壽命，加強效率，降低成本。諧波保護器可吸收部分情況所帶來的干擾，其利用了超微晶合金材料，在發生源處將問題進行解決，減小干擾、噪音和部分損耗。諧波保護器是一種采用創新科技的特別電路，使用中需在電路中并聯，其本身并不消耗任何電量。通過諧波保護器的使用，有效解決了使用過程中成本的降低的問題。

2.5濾波器的選用原則

無論采用那種方式消除諧波，都要對配電系統中的諧波成份及含量進行檢測或估算，有針對性地制定方案。根據國家標準《電能質量公用電網諧波》（GB/T14549-93）的規定，公共連接點的全部用戶向該點注入的諧波電流分量不應超過表1的允許值。

表1　

常用的并聯有源濾波裝置按補償諧波電流容量分級為25～300A，一般民用建筑電氣設計中，可在變配電室低壓母線側配置100A左右容量的有源濾波器集中濾除區域配電系統內的諧波，達到最佳性價比；但對銀行電信樓等，由于UPS設置數量較多容量也大、同時電腦配置數量也較多，諧波含量大，此用途性質的大樓對供電質量要求嚴格，需配置200～300A容量的有源濾波器才能集中濾除諧波；另外，也可僅針對產生諧波源較多的場所如重要機房配電間、醫院放射科等設置有源濾波器，就地治理，以達到經濟節約目的。針對一些重要、特別敏感的終端設備，為防止高頻諧波的干擾，可采用主動諧波保護器防止諧波侵入。

2.6防止并聯電容器組對諧波的放大

在低壓配電系統中，并聯電容器組能起改善功率因數和調節電壓的作用。當諧波存在時，在一定的參數條件下，電容器組的容抗與電網感抗組成的諧振回路的諧振頻率接近或等于某次諧波頻率時，就會對諧波起放大作用，危及電容器本身和產生過電壓影響附近電氣設備安全。可采取串聯電抗器，或將電容器組的某些支路改為濾波器，串聯電抗器與電容器參數的合理配合，避開產生諧振的條件，也就防止了并聯電容器組對諧波的放大作用。

2.7加裝靜止無功補償裝置（SVG）

該裝置采用晶閘管控制電抗器+濾波裝置方式或者晶閘管投切電容器。具有平滑調節無功補償容量、響應速度快，并能綜合治理諧波的功能。

3　結語

隨著我國國民經濟整體水平的持續進步和建筑電氣設計發展速度的持續加快，建筑電氣設計中諧波治理的措施得到了越來越多的重視。因此電氣設計人員應當對于諧波引起的危害有著清晰的了解，從而能夠在此基礎上通過治理措施的有效應用來提高供電質量，滿足人們對科技時代生活的要求。

[1]顧繼明.關于現代建筑電氣設計中電源諧波問題的探討[J].建筑·建材·裝飾，2012（6）：97～99，102.

[2]陳燕文.民用建筑電氣系統設計中諧波的危害和治理措施[J].建筑工程技術與設計，2014（12）：665，607.

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