辦公建筑低壓配電系統電能質量的檢測探討

上海豪米建設工程技術服務有限公司 杜定敏

引言

隨著城市化的快速發展及業態的轉變，辦公建筑作為現代建筑的一種潮流迅速發展起來。辦公建筑成為收集和處理信息的主要場所之一，大部分人員都是從事辦公室工作，辦公建筑成為與人們生活密切相關的建筑類型。

辦公建筑的用電設備和功能越來越多，用能特征有周期性，白天電力負載高、夜晚負載低[1]。人們對辦公環境中的電能質量要求逐步提高，供電系統平穩、高效運行成為人們關注的焦點[2]。辦公建筑低壓配電系統電能質量的檢測可以提高供電穩定性，并實現安全供電。近年來，辦公建筑各種用能設備的快速發展對低壓配電系統的依賴越來越強，而電能質量直接影響低壓配電系統和辦公設備的正常運行。因此，對低壓配電系統電能質量的檢測顯得尤為重要。

本文以某辦公建筑為研究對象，對低壓配電系統電能質量進行檢測，對檢測數據進行對標和分析，通過梳理現行標準中涉及電能質量檢測的相關規定，探索一種最適合辦公建筑低壓配電系統電能質量的檢測方法，同時運用此方法檢測了某辦公建筑使用過程中的電能質量情況，為辦公建筑低壓配電系統電能質量檢測提供一定的參考。

1 電能質量檢測標準

目前，國內現行的標準中，涉及電能質量的標準一部分來自于電力相關的標準，一方面來自于行業相關的標準。

其中，《公共建筑節能檢測標準》（JGJ/T177-2009）中第11.1.2條要求電能質量檢測應在負荷率大于20%的配電回路，且應在負載正常使用的時間內進行；《電能質量公用電網諧波》（GB/T14549—1993）、《電能質量供電電壓偏差》（GB/T12325—2008）、《電能質量電力系統頻率偏差》（GB/T15945—2008）、《電能質量電壓波動和閃變》（GB/T12326—2008）、《電能質量三相電壓不平衡》（GB/T15543—2008）適用于公共連接點的檢測。

可以看出，從兩個不同的行業角度出發，針對電能質量的檢測要求不同，在檢測過程中應根據檢測部位選擇標準。值得關注的是，《建筑電氣工程施工質量驗收規范》（GB50303-2015）并沒有涉及電能質量，因為此版標準關注保證配電系統施工質量，而并未考慮電能質量對配電系統的安全使用和平穩運行的影響。

2 電能質量檢測案例

2.1 工程概況

某辦公建筑位于上海市，其一層有接待室，建筑使用面積約為70m2，二層有辦公室、化學室、色譜室、檔案室、設備間和檢測實驗室等，建筑使用面積約為800m2，截止2020年04月常駐辦公人員約為30人。

該辦公樓建筑運行模式情況如下：周一至周五一天運行8.5小時，從8:30到17:00；一周運行5天，從周一到周五；一年運行12個月，從一月到十二月。該辦公樓的用能設備主要包括電腦、打印機、照明燈具、空調、飲水機、檢測設備等，空調設備大部分為房間空氣調節器（分體空調）和柜式空調。用電主要為空調、照明等設備用電，非空調季負載率偏低，空調季較高。制冷和采暖時期空調設備開啟和關閉主要依據室外溫度和使用情況確定。

該辦公樓采用低壓配電系統，三相四線制380V的交流進線，配電系統接線為星型接線。配電從地上一層總配電柜380V供電到辦公樓配電柜。一層有一個380V的總配電柜，二層有一路380V的進線柜。

2.2 測試內容

根據辦公建筑的用電特點，低壓配電系統測試內容主要包括諧波電壓含有率、諧波電流、電壓不平衡度、頻率偏差、供電電壓偏差等參數[3-4]。測試儀器采用電能質量分析儀進行檢測，電能質量分析儀可以同時記錄電壓、電壓不平衡度、諧波電壓、諧波電流、頻率等[5]。

測試工況：當天辦公人員大概20人，開啟空調、電腦、打印機、飲水機以及一些實驗設備等用電設備，空調處于制熱工況；環境條件：測試當日，配電間環境氣溫為10.6℃，相對濕度為49%。測試時間為上午9點至下午5點，采樣數據記錄間隔為3s。

2.3 測試結果分析

2.3.1 電壓不平衡度

電壓不平衡度ε是指三相電力系統中三相電壓不平衡的程度，指三相電壓幅值差別或相位偏差，用電壓負序基波分量或零序基波分量與正序基波分量的方均根值百分比表示。檢測主要依據標準GB/T15543—2008《電能質量三相電壓不平衡》。國家標準中電力系統公共連接點負序電壓不平衡度正常時不得超過2%，短時不得超過4%；接于公共連接點的每個用戶引起該點負序電壓不平衡度允許值一般為1.3%，短時(3s～1min)不超過2.6%。電壓不平衡度檢測值0.34%，標準要求為≤2.0%。由此判定某辦公樓電壓不平衡度滿足國標要求。

2.3.2 供電電壓偏差

供電電壓偏差是指供電系統在正常運行條件下，實際運行電壓對系統標稱電壓的偏差相對值，以百分數表示。供電電壓偏差可以直接反映電壓質量的好壞，檢測主要依據標準GB/T12325—2008《電能質量供電電壓偏差》。國家標準中規定，10kV及以下三相供電電壓允許偏差為標稱電壓的±7%，220V單相供電電壓允許偏差為+7%～-10%。

表1 供電電壓偏差測試結果

2.3.3 頻率偏差

頻率偏差指在正常運行條件下，系統頻率的實際值與標稱值之差，檢測主要依據國家標準GB/T15945—2008《電能質量電力系統頻率偏差》。國家標準中要求，電力系統正常運行條件下頻率偏差限值為±0.2Hz，當系統容量較小時偏差限值可以放寬到±0.5Hz。

表2 供電頻率測試結果

2.3.4 諧波

諧波包含諧波電壓和諧波電流，通常用諧波電壓含有率HRUh和諧波電流含有率HRIh來作為衡量系統諧波含有情況的指標。檢測主要依據標準GB/T 14549—1993《電能質量公用電網諧波》。國家標準中要求：0.38kV電壓下，電壓總諧波畸變率為5%，各次諧波含有率奇次（1～25次）為4%，偶次（2～24次）為2%。

表4 諧波電流檢測結果

根據表3～4發現，該電路的諧波電壓中電壓總諧波畸變率不合格，奇次諧波（第3次、第5次、第7次不合格）和諧波電流第3次超過允許值，主要原因是存在非線性負載設備，包括實驗室檢測用功率放大器、逆變器和整流器等。這種情況會使電路電線更容易老化，會大大降低用電設備的使用壽命，還會污染配電系統，影響其他各類電氣設備的正常運行，同時降低電力系統效率，增加整體電力成本，應該加裝慮波器或者是抗干擾元件等[3]。

表3 諧波電壓檢測結果

綜上，本文總結了國內現行標準中低壓配電系統電能質量部分相關規定，探究辦公建筑低壓配電系統電能質量檢測方法，并運用此檢測方法檢測了某辦公建筑使用過程中的電能質量情況，同時解釋說明了案例中諧波電壓和諧波電流超標的原因和解決方案。