淺談建筑電氣設(shè)計中電源諧波相關(guān)問題

韓青男 張平平

摘 要：我國還沒有制定建筑電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，但是諧波的綜合治理工作是值得推廣的，許多建筑用戶只注重提高功率因數(shù)，不重視諧波治理，從而造成電能污染和經(jīng)濟(jì)損失，所以消除電力電子裝置中的諧波已經(jīng)成為了必需工作，只有解決了電能污染的問題，才能保證建筑用戶的電能質(zhì)量和用電安全。

關(guān)鍵詞：建筑電氣；電源諧波；危害；措施

建筑電氣設(shè)計包括建筑強(qiáng)電系統(tǒng)設(shè)計和建筑弱電系統(tǒng)設(shè)計。無論是在強(qiáng)電系統(tǒng)設(shè)計還是在弱電系統(tǒng)設(shè)計中，電源諧波問題是不可避免的。電網(wǎng)中存在很多非線性負(fù)載諧波源，如電解槽、計算機(jī)、整流器和充電器等，電網(wǎng)中配電變壓器自身具有諧波含量，這些都會產(chǎn)生較嚴(yán)重的諧波問題。只有從根本上對諧波進(jìn)行治理，才能減少諧波危害，改善供電質(zhì)量。

1.諧波產(chǎn)生原因

諧波在智能建筑工程中，由于各種電氣設(shè)備用電量和電壓要求的不同，這就造成了電源電流供給中出現(xiàn)了高低變化的現(xiàn)象，無法保證電流的穩(wěn)定性，從而造成了電源線路中多少存在著一些諧波，給整個建筑結(jié)構(gòu)帶來了一定的影響。在智能建筑結(jié)構(gòu)中，由于建筑本身存在著線纜、線路多，設(shè)備使用量大，環(huán)境復(fù)雜的影響，使得這一電力系統(tǒng)中本身存在著一定的諧波。這種諧波的存在一方面是由于電氣設(shè)備運(yùn)行中本身存在著一定的諧波問題，另外是由于變壓器輸電的時候就存在著一定的諧波現(xiàn)象。

2.建筑電氣設(shè)計中電源諧波危害

電源諧波能使變壓器的鐵損、漏磁損耗和銅損增加，引起變壓器發(fā)熱。電源諧波的頻率越高，集膚效應(yīng)越明顯，各種損耗越嚴(yán)重。除了變壓器發(fā)熱，電源諧波還會造成緊固體、變壓器外殼和外層硅鋼片發(fā)熱。變壓器的使用容量受變壓器發(fā)熱的影響，變壓器發(fā)熱越嚴(yán)重，使用容量越少。如果變壓器發(fā)熱過于嚴(yán)重，還會造成額外升溫。諧波源產(chǎn)生的諧波會流經(jīng)變壓器，諧波的振動對變壓器造成損害。電源諧波還會使變壓器工作時的噪聲變大。旋轉(zhuǎn)電機(jī)也受到電源諧波的影響，電源諧波使旋轉(zhuǎn)電機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩、附加損耗，產(chǎn)生振動、噪音等現(xiàn)象，與機(jī)座之間發(fā)生共同振動，對設(shè)備造成破壞。電源諧波的電壓、旋轉(zhuǎn)電機(jī)不同的結(jié)構(gòu)和型號都會影響危害的輕重。電動機(jī)設(shè)備受電源諧波的影響引起附加熱損耗，干擾力矩會使電動機(jī)產(chǎn)生啟動困難現(xiàn)象，降低運(yùn)行效率。電動機(jī)內(nèi)電源負(fù)序諧波一旦過量，會在機(jī)體內(nèi)形成反轉(zhuǎn)磁場和制動力矩，損壞電動機(jī)。電源諧波也會使發(fā)電機(jī)過熱，降低運(yùn)行效率。電容器額外功率受電源諧波電壓的影響出現(xiàn)損耗，電源諧波的頻率越大，容抗越少，形成的過電流會使絕緣老化的速度加快，絕緣擊穿出現(xiàn)的故障隨之增加。電網(wǎng)中的其他部分與電容器之間受電源諧波的影響出現(xiàn)諧振。如果電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)存在較強(qiáng)的電源諧波、各個系統(tǒng)參數(shù)與電網(wǎng)不能有力配合，就會出現(xiàn)并聯(lián)諧振諧波或串聯(lián)諧振諧波現(xiàn)象，引起過電流事故和過電壓事故，使電容器遭到破壞、熔斷熔絲，對電網(wǎng)設(shè)備造成再次損害，導(dǎo)致嚴(yán)重事故。電源諧波問題還會減少電容器的使用壽命。電源諧波頻率越高，電容器的阻抗能力越低，產(chǎn)生事故的可能性就越高。

3.建筑電氣設(shè)計中電源諧波治理

有源濾波器是一種新型的電子裝置，可以動態(tài)的對電源諧波進(jìn)行抑制，對動態(tài)的無功進(jìn)行及時補(bǔ)償，能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)跟蹤、補(bǔ)償無功和電源諧波。與傳統(tǒng)的無源濾波器相比，電力有源濾波器是一種高次電流源，不會產(chǎn)生共振，電力系統(tǒng)的阻抗能力對其沒有影響。有源濾波器利用電流互感器對負(fù)載電流進(jìn)行及時檢測，使用內(nèi)部DSP對檢測結(jié)果進(jìn)行計算，對電流中包含的電源諧波進(jìn)行提取后，將電源諧波通過PWM信號傳送至內(nèi)部IGBT，內(nèi)部IGBT接受電源諧波后控制逆變器會根據(jù)電源諧波電流的大小產(chǎn)生一個相等的電流，將產(chǎn)生的電流反方向注入至電網(wǎng)內(nèi)，達(dá)到過濾諧波的效果。有源濾波器的選擇應(yīng)當(dāng)合理，濾波器中電流互感器的工作電壓應(yīng)當(dāng)與線路額定的電壓一致；當(dāng)電流互感器額定電流超過線路的負(fù)載電流時，電流互感器的電流應(yīng)當(dāng)是線路電流的1.5倍或2倍；為了保證計量精確和施工方便，一般選擇開合式0.2級電流互感器。

高功率因數(shù)整流器是對傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中整流裝置的進(jìn)一步改進(jìn)，達(dá)到電壓電流同相、降低電源諧波的目的。利用電力系統(tǒng)中整流裝置多重化的特點(diǎn)和矩陣式電路，首先采用串聯(lián)方式將多個橋式電路進(jìn)行聯(lián)結(jié)，減少電源諧波，并且保證輸入電流與電壓之間同相。諧波保護(hù)器是采用磁性方法對電源諧波的能量進(jìn)行吸收，從而減少電源諧波對電網(wǎng)系統(tǒng)造成的危害。常用的諧波保護(hù)器是PHD，PHD的電路由多種新型材料和超微晶材料組成，能夠?qū)崿F(xiàn)在諧波源消除諧波，對各種頻率的諧波進(jìn)行吸收，對電源諧波進(jìn)行干擾，達(dá)到消除噪聲及電源諧波的目的?；旌闲蜑V波器是一種混合型的濾波器組，將無源濾波器與有源濾波器進(jìn)行相互融合，有源濾波器的直流電容器可以為濾波器組提供較為穩(wěn)定的直流電壓。利用兩種濾波器各自的優(yōu)點(diǎn)對電源諧波進(jìn)行干擾、消除。HTHF無緣諧波濾波器是一種新型的設(shè)備級濾波器，能夠降低電源諧波電流的畸變率，使畸變率達(dá)10%以下，最低能達(dá)5%以下。HTHF無緣諧波濾波器從根本上對電源諧波問題進(jìn)行治理，不會造成其他不良影響，具有技術(shù)成熟、功率容量較大、可靠性較高、使用簡便等優(yōu)點(diǎn)。HTHF無緣諧波濾波器選擇時只需要了解應(yīng)用設(shè)備的工作功率和電壓，直接選擇合適的濾波器，安裝時不需要調(diào)試和現(xiàn)場維護(hù)，實現(xiàn)即裝即用，節(jié)省大量的調(diào)試時間和維護(hù)時間。

4.結(jié)束語

諧波問題已經(jīng)引起各方面的高度重視，隨著對諧波的進(jìn)一步研究，人們將會更加深入的認(rèn)識諧波，從而找到更加有效的方法來抑制和消除諧波。與諧波相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，特別是電力電子技術(shù)的發(fā)展也將會為抑制和消除諧波提供更有效的手段。

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