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【摘要】諧波的存在對電能質(zhì)量有著重要的影響。建筑電氣設(shè)計中諧波的主要來源就是建筑中大量的非線性負(fù)荷，不但會導(dǎo)致電能質(zhì)量下降，還會對電氣設(shè)備的運行產(chǎn)生影響。所以必須充分的認(rèn)識到建筑電氣設(shè)計中諧波的影響，并且結(jié)合實際情況提出有效的對策解決諧波問題。

【關(guān)鍵詞】建筑；諧波；電氣；有源濾波器；無源濾波器

引言

隨著建筑電氣自動化的不斷發(fā)展，越來越多的自動化設(shè)備應(yīng)用到建筑電氣設(shè)計中。但是這些大量的非線性負(fù)荷如電子設(shè)備和電氣設(shè)備形成的諧波源會對配電系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重的污染，進而產(chǎn)生諧波。所以在現(xiàn)代建筑電氣設(shè)計中，諧波治理非常關(guān)鍵，必須充分的認(rèn)識到諧波的危害，實施有效的諧波抑制對策。

1建筑電氣設(shè)計中諧波的特點分析

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)水平和人民生活水平的提高，非線性用電設(shè)備在電網(wǎng)中大量投運在建筑電氣設(shè)計中，造成了諧波分量占的比重越來越大。諧波給建筑電氣系統(tǒng)帶來的危害十分嚴(yán)重，諧波使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低，使電氣設(shè)備過熱、產(chǎn)生振動和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀。諧波可引起電力系統(tǒng)局部并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設(shè)備燒毀。諧波還會引起繼電保護和自動裝置誤動作，使電能計量出現(xiàn)混亂。因此，對諧波的研究以及如何抑制、治理已成為一個具有重要意義的課題。目前建筑物中的供電系統(tǒng)設(shè)計依然是以三相四制為主，但是現(xiàn)代建筑一個非常突出的特點就是單相用電設(shè)備使用的比較多。根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，單相用電占據(jù)總用地的比例達到70%以上，并且單相設(shè)備基本上都是非線性負(fù)載，隨著建筑電氣自動化的不斷發(fā)展，非線性負(fù)荷逐漸增加，一種是電子計算機、電視機、打印機、電氣監(jiān)控設(shè)備等，另外一種是電感性負(fù)荷，如電子式熒光照明燈具等，這類用電設(shè)備雖然功率比較小，但是因為電網(wǎng)中數(shù)量非常大，所以必須要重視其引起的諧波的問題。不僅如此，大量的單相設(shè)備，導(dǎo)致三相負(fù)荷很難平衡，進而造成波形畸變，產(chǎn)生諧波。變頻空調(diào)、影劇院可控硅調(diào)光裝置、微波爐、彩電、單相變頻空調(diào)、個人電腦的諧波含有率分別高達130％、17％、100％，是諧波重要來源。

2諧波對建筑電氣設(shè)計的影響

低壓配電系統(tǒng)中的諧波電壓和諧波電流，對低壓配電系統(tǒng)是一種污染，不但能使配電系統(tǒng)中電氣設(shè)備、電子設(shè)備、智能化系統(tǒng)用電環(huán)境惡化，并對周圍的通訊系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。民用建筑電能質(zhì)量問題中最嚴(yán)重的是諧波干擾問題。在建筑電氣中，其危害主要表現(xiàn)在下面幾個方面：（1）三相負(fù)荷的不平衡可能會導(dǎo)致出現(xiàn)諧波電流高于相電流，使得變壓器因為發(fā)熱，使電力變壓器線圈發(fā)熱，加速絕緣老化，壽命縮短、引起附加損耗和噪音，造成效率下降或者導(dǎo)致出現(xiàn)變壓器出現(xiàn)過載的情況。（2）對于電氣設(shè)計中的線路和電纜，諧波電流環(huán)境會造成導(dǎo)線的阻值變大，線路上的功率損耗變大，進而導(dǎo)致出現(xiàn)發(fā)熱增加，使得線路出現(xiàn)老化加速和壽命降低的情況，一旦出現(xiàn)絕緣失效的情況，很容易會導(dǎo)致出現(xiàn)接地故障，不但可能會對人體健康產(chǎn)生影響，還會造成出現(xiàn)火災(zāi)隱患。在現(xiàn)代建筑中應(yīng)用的電子設(shè)備和電子式照明裝置數(shù)量逐漸增大，在中性線限流達到相電流的倍數(shù)，很容易導(dǎo)致中性線被燒毀，造成火災(zāi)的出現(xiàn)。（3）諧波還會導(dǎo)致電氣系統(tǒng)中的電壓和電流出現(xiàn)畸變，進而導(dǎo)致用電設(shè)備的振動和噪聲增大。（4）在諧波的環(huán)境中，電容器會出現(xiàn)更大的功耗，刀子電容器出現(xiàn)老化加速、壽命降低，還可能出現(xiàn)短路情況。更嚴(yán)重的是電容器和其他器件還可能出現(xiàn)諧振，不但電容器自身會出現(xiàn)故障，與電容器連接回路中的設(shè)備和線路還會受到牽連被損毀。（5）在諧波的環(huán)境中，感應(yīng)式電機也會出現(xiàn)更大的功耗，由于電機的運轉(zhuǎn)速率是一定的，所以諧波中的能量只能夠以熱能方式散發(fā)，進而造成電氣設(shè)備出現(xiàn)老化加速的情況。諧波還會對電氣系統(tǒng)中的電子設(shè)備造成多種危害電壓突變會出現(xiàn)脈沖，造成電子設(shè)備誤動作；諧波會導(dǎo)致電子設(shè)備和真實地之間出現(xiàn)漂移，所以其中一些電子設(shè)備會出現(xiàn)供電不穩(wěn)定的情況從而造成工作出現(xiàn)異常情況；諧波電流還會引起感應(yīng)磁場，對電子設(shè)備產(chǎn)生影響；在諧波的環(huán)境中，電氣系統(tǒng)中的通信傳輸會出現(xiàn)誤碼等問題，導(dǎo)致信號傳輸質(zhì)量變差或者出現(xiàn)錯誤的情況，比如電視的圖像會出現(xiàn)不清楚的情況。由于諧波，使電壓突變造成電子設(shè)備損壞、出現(xiàn)誤動作，影響計算機程序正常運行。造成數(shù)據(jù)丟失，甚至損壞硬件，引起樓宇自動化、消防報警系統(tǒng)、安全防范系統(tǒng)誤動作，甚至無法工作。

3建筑電氣設(shè)計中諧波治理的對策

3.1安裝有源濾波器

有源濾波器是通過對電流中高次諧波進行檢測并根據(jù)檢測結(jié)果輸入與高次諧波成分具有相反相位的電流，從而達到實時補償諧波電流的目的。有源濾波器不僅具有高度可控性和快速響應(yīng)性，而且可以消除與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振的危險，同時也能自動跟蹤補償變化的諧波。由于受到電力電子元件耐壓，額定電流的發(fā)展限制，其制作也較之無源濾波裝置復(fù)雜得多，成本也就高得多。有源濾波器類型見圖1。

3.2無源濾波器

無源濾波器由L、C元件構(gòu)成慮波回路，設(shè)計L、C回路在某一諧振頻率呈現(xiàn)低阻抗（與系統(tǒng)阻抗相比）而吸收諧波電流。這類濾波器往往接在變壓器的二次側(cè)出口處，從而使變壓器的一次側(cè)該次諧波的分量也很小，達到對該次諧波治理的目的。無源濾波器投資少、結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護方便，但也存在一定的缺點———即濾波容易受系統(tǒng)參數(shù)影響，對某些次諧波有放大的可能、體積大。無源濾波器需要根據(jù)配電系統(tǒng)和負(fù)荷情況的不同進行位置的確定。有源濾波器和諧波源安裝越近，產(chǎn)生的濾波效果就越好，是減小諧波電流和諧波電壓畸變的最好辦法。但在一些非線性負(fù)荷分布負(fù)載的場合，可以采取變壓器總補償或二級配電補償?shù)姆桨?，而且不同方案可以配合使用。由于有源電力濾波裝置安裝位置靈活，可以完全實現(xiàn)根據(jù)設(shè)計需要達到最完美的諧波治理效果。

3.3采用混合型濾波裝置

將有源濾波器和無源濾波器兩種類型的濾波器裝置混合使用。其中，無源濾波裝置由3、5、7、9次單調(diào)諧濾波裝置支路及高通濾波裝置支路組成。有源濾波裝置由8個IGBT、直流電容及濾波電感構(gòu)成。直流電容能夠為有源濾波裝置提供一個較為穩(wěn)定的直流電壓。濾波電感能夠?qū)τ性礊V波裝置產(chǎn)生的高頻開關(guān)頻率諧波進行減少。需要將兩者串聯(lián)之后進入到電網(wǎng)中，因為有源濾波器不能夠直接對諧波電流進行消除，其所產(chǎn)生的補償電壓中僅僅含有諧波電壓，因而其功率容量比較小，所以具有非常好的經(jīng)濟性，能夠?qū)﹄姎庀到y(tǒng)的成本進行有效的降低。

3.4采用多功能諧波保護器

采取磁性手段對諧波進行治理其成本要低于有源濾波裝置，多功能諧波保護器能夠從諧波對電氣系統(tǒng)帶來的危害從根本上進行解決，也就是采用磁場吸收諧波能量的方法，不僅具有較高的可靠性，而且其使用壽命也比較長。此類產(chǎn)品如多功能諧波保護器（KYXBQ），采用了超微晶合金材料與創(chuàng)新科技的特別電路，能吸收各種頻率各種能量的諧波干擾，將諧波消除在發(fā)生源，自動消除對用電設(shè)備產(chǎn)生的隨機高次諧波和高頻噪聲、脈沖尖峰、電涌等干擾。

4結(jié)語

在建筑電氣系統(tǒng)中，諧波的存在具有隨機性、多發(fā)行和不可重復(fù)性，進而造成建筑中的各類電氣設(shè)備新能降低。所以，為了對現(xiàn)代建筑中的各種類型的設(shè)備以及電子設(shè)備的可靠、高效的運行，必須采取有效的措施，確保用電設(shè)備的壽命。在具體工程設(shè)計中，應(yīng)根據(jù)用電負(fù)荷的特點制定合理可行的配置方案：將有源濾波器和無源濾波器配合使用。對于大功率的諧波源，在諧波源處治理（可安裝性能較好的有源濾波器），對于小功率的非線性負(fù)載安裝性能一般的無源濾波器。根據(jù)需要，在母線上安裝諧波濾波器，消除母線上的諧波電流。當(dāng)變頻器數(shù)量較多、功率不大，且集中時，通過適當(dāng)組合，用一臺濾波器驅(qū)動多臺變頻器，以降低成本。

參考文獻

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作者:羅瓊 單位:貴州省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計研究院