關(guān)于建筑電氣設(shè)計中諧波治理措施的探討

肖現(xiàn)華 秦長亭

摘 要 建筑樓宇中設(shè)有多種電氣設(shè)備，有些非線性電氣設(shè)備會產(chǎn)生諧波，注入電網(wǎng)，對電力系統(tǒng)的正常運行造成負(fù)面影響，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的電能質(zhì)量，有可能損壞其他的電氣設(shè)備。在建筑電氣設(shè)計中需要對諧波問題全面了解，明確影響因素，采取有效的諧波治理技術(shù)措施，提高供電質(zhì)量，以維護(hù)建筑用戶的電力使用效益。

關(guān)鍵詞 建筑;電氣設(shè)計;諧波;治理措施

引言

建筑物中安裝有各種電氣設(shè)備，一些非線性的電氣設(shè)備，如空調(diào)機組、大型醫(yī)療設(shè)備、調(diào)光可控硅設(shè)備等，會產(chǎn)生諧波，注入電網(wǎng)后影響電網(wǎng)的電能質(zhì)量，影響建筑物中其他設(shè)備的正常運行。

1造成建筑電氣設(shè)備諧波問題的影響因素

電力電子技術(shù)產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用，非線性電氣設(shè)備在運行中會產(chǎn)生諧波，影響其他電氣設(shè)備的正常運行。受到影響的電氣設(shè)備電壓瞬間升高，產(chǎn)生過電壓，對與供電系統(tǒng)相連的設(shè)備造成損壞。在建筑電氣設(shè)備運行的過程中，電力網(wǎng)絡(luò)在供電系統(tǒng)的作用下發(fā)揮供電作用，將電能傳遞給電氣設(shè)備，當(dāng)有諧波產(chǎn)生的時候，電網(wǎng)以及電氣設(shè)備都處于不穩(wěn)定的運行狀態(tài)[1]。

供電系統(tǒng)諧波是用傅立葉級數(shù)分解周期性非正弦電量，除了得到與電網(wǎng)基頻相同的分量外，還得到一系列大于電網(wǎng)基頻的分量，諧波頻率與基頻之比稱為諧波頻率。諧波是一種干擾，對電網(wǎng)造成污染。非線性電氣設(shè)備向公用電網(wǎng)注入諧波電流或產(chǎn)生諧波電壓的電力設(shè)備即為諧波源。主要諧波源是非線性電氣設(shè)備，由于這些設(shè)備使用的電流是非正弦的，其諧波分量會引起電網(wǎng)正弦電壓的畸變，諧波電流的大小取決于設(shè)備，與電網(wǎng)無關(guān)，它可以看作是一個恒流源。

2電氣設(shè)計中諧波治理的有效措施

2.1 對諧波過電壓問題采取技術(shù)策略

理論上，只要非線性電氣產(chǎn)生的諧波不注入電網(wǎng)，建筑物中其他電氣設(shè)備就不會被注入諧波電流，自然就不會導(dǎo)致電氣設(shè)備過電壓現(xiàn)象。如果供電系統(tǒng)向建筑物電氣設(shè)備注入諧波電流，建筑物電氣設(shè)備的諧波電流頻率，那么在諧波電流的作用下，將導(dǎo)致諧波過電壓瞬間減小。

通過在電氣設(shè)備上加裝濾波器可以有效地降低諧波電流水平。為了防止諧波電流注入電氣設(shè)備，必須采取必要的技術(shù)措施。將多重整流技術(shù)應(yīng)用到電力設(shè)備上，將大大降低注入建筑物電氣設(shè)備的諧波電流水平，也將降低諧波頻率[2]。

2.2 治理諧波的有效方法

采用無源濾波器是傳統(tǒng)的諧波抑制方法。無源濾波器是將一組電抗器和電容器以串聯(lián)方式組合在一起。在一定頻率下，該電路的阻抗比電網(wǎng)中的其他電路低得多。無緣濾波裝置的缺點是容易過載，在過載時容易被燒損。隨著運行時間的延長，濾波裝置配件的老化或者電網(wǎng)中用電負(fù)荷變動較大的時候，諧波振動頻率就會有所變化，從而降低濾波效果。

當(dāng)無源高通濾波器與供電系統(tǒng)的母線采用并聯(lián)的連接方式時，建筑電氣設(shè)備呈現(xiàn)其諧波特性。通過安裝高通濾波器，在建筑電氣設(shè)備運行過程中，諧波阻抗特性會發(fā)生變化：第一個變化是諧波阻抗值變小，在注入諧波電流時，諧波電壓顯著降低;第二個變化是諧波阻抗的頻率已經(jīng)從原來的高頻移到低頻，這樣可以避免建筑電氣設(shè)備受到諧波的影響產(chǎn)生頻率，諧波的電壓水平會相應(yīng)降低。

采用有源濾波器抑制諧波是最常用的一種有效治理方法。并聯(lián)型有源濾波器實質(zhì)上是一個諧波電流源，它可以被控制、并能做出快速反應(yīng)，與非線性負(fù)荷并聯(lián)，能實現(xiàn)自動檢測非線性負(fù)荷產(chǎn)生的諧波電流[3]。其抑制諧波的原理是DSP產(chǎn)生的控制信號控制IGBT高速開關(guān)器件，經(jīng)過輸出電抗器，輸出與負(fù)荷產(chǎn)生的諧波電流大小相等、相位相反的諧波電流，補償后的最終結(jié)果是系統(tǒng)只向負(fù)荷提供基波電流。有源濾波器的安裝位置，需要根據(jù)配電系統(tǒng)和負(fù)荷情況的需要設(shè)置在相應(yīng)位置。工程經(jīng)驗表明有源濾波器的安裝位置與諧波源越近，濾波效果越好，這也是減小諧波電流和諧波電壓畸變的最好辦法。

2.3 治理諧波過電壓的實施方案探索

建筑物電氣設(shè)備與高通濾波器并聯(lián)是抑制諧波過電壓的有效接地控制技術(shù)。建筑電氣設(shè)備不同，諧波阻抗的特性也不同，影響及后果也會不同。為了做好這項工作，需要收集具體的工程數(shù)據(jù)信息，主要包括建筑電氣設(shè)備的運行狀態(tài)和諧波處理狀態(tài)[4]。為了有效控制諧波，需要利用外部電源測量建筑物電氣設(shè)備的電流傳輸狀態(tài)和電壓傳輸狀態(tài)，并進(jìn)行深入分析，確定諧波的頻譜，還要明確其內(nèi)容、高通濾波形式及相關(guān)參數(shù)。

從理論的角度而言，在電氣設(shè)備上安裝濾波器可以起到一定的抑制諧波過電壓的作用，可以降低過電壓水平，也對抑制諧波有良好的效果。過濾器在使用過程中，為使其持續(xù)穩(wěn)定地發(fā)揮最佳性能，必須做好技術(shù)維護(hù)、定期檢查，并采取必要的保護(hù)措施，特別是在工程建設(shè)過程中，從現(xiàn)場環(huán)境條件出發(fā)，采取必要的技術(shù)維護(hù)措施。在供電系統(tǒng)和電氣設(shè)備安裝濾波器后，應(yīng)做好調(diào)試工作，并進(jìn)行技術(shù)評估，確定濾波器的正確安裝位置，避免因安裝位置不同而引起的諧波過電壓水平的提高[5]。

3結(jié)束語

通過上面的論述可以看出，通過改變建筑電氣設(shè)備的諧波電流和諧波阻抗特性，可以抑制諧波過電壓。在建筑電氣設(shè)備供電回路安裝高通濾波器時，要考慮到電網(wǎng)的運行方式、建筑電氣設(shè)備的情況、現(xiàn)場環(huán)境和運行維護(hù)條件，選擇合適的高通濾波器參數(shù)和濾波器形式。設(shè)置無源濾波器或有源濾波器，也可以起到有效抑制諧波的作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉堯，許威.智能建筑電氣設(shè)計中諧波治理措施的研究[J].中國科技縱橫，2015，（15）：108.

[2] 崔芹.試論建筑電氣設(shè)計中諧波治理措施的應(yīng)用[J].房地產(chǎn)導(dǎo)刊，2017，（14）：58-59.

[3] 張文澍.淺析諧波治理措施在建筑電氣設(shè)計中的應(yīng)用[J].價值工程，2010，（9）：107.

[4] 馬洪珍.淺談諧波治理措施在建筑電氣設(shè)計中的應(yīng)用[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2011，（33）：287.

[5] 曾強，孫延軍.淺談現(xiàn)代智能建筑電氣設(shè)計中對諧波的治理[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2011，（2）：271.