楊繼春

摘 要：電壓、頻率波動(dòng)和諧波所占的比重是判斷電能質(zhì)量好與壞的重要因素。在建筑電氣設(shè)計(jì)中電源諧波問(wèn)題時(shí)常發(fā)生，對(duì)建筑電氣系統(tǒng)造成嚴(yán)重的諧波污染，影響供電質(zhì)量，也給建筑附近的設(shè)備和通訊系統(tǒng)造成威脅。文章主要研究建筑電氣設(shè)計(jì)中電源諧波問(wèn)題的危害和治理措施。

關(guān)鍵詞：建筑電氣設(shè)計(jì)；電源諧波；危害；治理

1 建筑電氣設(shè)計(jì)中電源諧波問(wèn)題的危害

1.1 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(huì)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(guò)于嚴(yán)重，還會(huì)造成額外升溫。諧波源產(chǎn)生的諧波會(huì)流經(jīng)變壓器，諧波的振動(dòng)對(duì)變壓器造成損害。電源諧波還會(huì)使變壓器工作時(shí)的噪聲變大。

1.2 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(dòng)、噪音等現(xiàn)象，與機(jī)座之間發(fā)生共同振動(dòng)，對(duì)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(hào)都會(huì)影響危害的輕重。電動(dòng)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(huì)使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生啟動(dòng)困難現(xiàn)象，降低運(yùn)行效率。電動(dòng)機(jī)內(nèi)電源負(fù)序諧波一旦過(guò)量，會(huì)在機(jī)體內(nèi)形成反轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和制動(dòng)力矩，損壞電動(dòng)機(jī)。電源諧波也會(huì)使發(fā)電機(jī)過(guò)熱，降低運(yùn)行效率。

1.3 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(guò)電流會(huì)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(gè)系統(tǒng)參數(shù)與電網(wǎng)不能有力配合，就會(huì)出現(xiàn)并聯(lián)諧振諧波或串聯(lián)諧振諧波現(xiàn)象，引起過(guò)電流事故和過(guò)電壓事故，使電容器遭到破壞、熔斷熔絲，對(duì)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(wèn)題還會(huì)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。

1.4 電源諧波對(duì)電網(wǎng)中基波頻率為基礎(chǔ)過(guò)零檢測(cè)的敏感性電子設(shè)備和電子電源造成影響，還會(huì)引起辦公自動(dòng)化、消防報(bào)警、安全防范和樓宇自動(dòng)化等電氣系統(tǒng)電子裝置工作出現(xiàn)失誤，影響工作效率。

1.5 電源諧波會(huì)引起電纜損壞。電纜中的電容促使諧波電流不斷增大，當(dāng)諧波電流經(jīng)過(guò)電纜時(shí)，電流的不斷增大又會(huì)引起集膚效應(yīng)加重，從而使電纜發(fā)熱、增加附加損耗。溫升增大、絕緣局部放點(diǎn)和介損都會(huì)對(duì)電纜造成破壞。諧波對(duì)電纜造成的破壞危險(xiǎn)性與電纜額定等級(jí)有關(guān)，額定等級(jí)越低，破壞危險(xiǎn)性越小。諧波電流的電壓會(huì)導(dǎo)致電壓波形出現(xiàn)畸變，從而使線(xiàn)路不能正常工作。

1.6 電源諧波還會(huì)影響電網(wǎng)中的開(kāi)關(guān)設(shè)備，使其開(kāi)斷能力降低，延長(zhǎng)開(kāi)斷時(shí)間，從而延長(zhǎng)了對(duì)故障電流及時(shí)切除的時(shí)間，降低工作效率。電源諧波還會(huì)使電網(wǎng)系統(tǒng)中的自動(dòng)控制裝置和繼電保護(hù)裝置出現(xiàn)拒動(dòng)或誤動(dòng)現(xiàn)象，使大面積地區(qū)出現(xiàn)停電事故。

1.7 電源諧波會(huì)對(duì)電網(wǎng)周?chē)耐ㄓ嵪到y(tǒng)造成干擾。其中諧波電流和諧波電壓的大小，通訊電路抗諧波干擾的程度，通訊線(xiàn)路與電力線(xiàn)路的靜電感應(yīng)、傳導(dǎo)耦合和電磁感應(yīng)強(qiáng)度決定了電源諧波對(duì)通訊系統(tǒng)干擾的程度和大小。受到電源諧波影響的通訊系統(tǒng)無(wú)法保持正常工作，信號(hào)數(shù)據(jù)的傳輸速度和質(zhì)量會(huì)嚴(yán)重下降，傳輸圖像或語(yǔ)言的清晰度嚴(yán)重降低，通訊時(shí)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的噪音，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致信號(hào)數(shù)據(jù)丟失，信號(hào)之間不能正常傳遞。

1.8 電源諧波對(duì)建筑內(nèi)辦公電器、民用電器等的正常工作和使用壽命造成影響。很多辦公電器、民用電器都是諧波源，同時(shí)又受電源諧波的影響，如打印機(jī)、計(jì)算機(jī)、收音機(jī)、電視機(jī)等。

2 建筑電氣設(shè)計(jì)中電源諧波問(wèn)題的治理措施

2.1 有源濾波器是一種新型的電子裝置，可以動(dòng)態(tài)的對(duì)電源諧波進(jìn)行抑制，對(duì)動(dòng)態(tài)的無(wú)功進(jìn)行及時(shí)補(bǔ)償，能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)跟蹤、補(bǔ)償無(wú)功和電源諧波。與傳統(tǒng)的無(wú)源濾波器相比，電力有源濾波器是一種高次電流源，不會(huì)產(chǎn)生共振，電力系統(tǒng)的阻抗能力對(duì)其沒(méi)有影響。有源濾波器利用電流互感器對(duì)負(fù)載電流進(jìn)行及時(shí)檢測(cè)，使用內(nèi)部DSP對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，對(duì)電流中包含的電源諧波進(jìn)行提取后，將電源諧波通過(guò)PWM信號(hào)傳送至內(nèi)部IGBT，內(nèi)部IGBT接受電源諧波后控制逆變器會(huì)根據(jù)電源諧波電流的大小產(chǎn)生一個(gè)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(guò)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(xiàn)路額定的電壓一致；當(dāng)電流互感器額定電流超過(guò)線(xiàn)路的負(fù)載電流時(shí)，電流互感器的電流應(yīng)當(dāng)是線(xiàn)路電流的1.5倍或2倍；為了保證計(jì)量精確和施工方便，一般選擇開(kāi)合式0.2級(jí)電流互感器。

2.2 高功率因數(shù)整流器是對(duì)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(gè)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。

2.3 諧波保護(hù)器是采用磁性方法對(duì)電源諧波的能量進(jìn)行吸收，從而減少電源諧波對(duì)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(duì)各種頻率的諧波進(jìn)行吸收，對(duì)電源諧波進(jìn)行干擾，達(dá)到消除噪聲及電源諧波的目的。

2.4 混合型濾波器是一種混合型的濾波器組，將無(wú)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(duì)電源諧波進(jìn)行干擾、消除。

2.5 HTHF無(wú)緣諧波濾波器是一種新型的設(shè)備級(jí)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(wú)緣諧波濾波器從根本上對(duì)電源諧波問(wèn)題進(jìn)行治理，不會(huì)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(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。HTHF無(wú)緣諧波濾波器選擇時(shí)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(shí)不需要調(diào)試和現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)，實(shí)現(xiàn)即裝即用，節(jié)省大量的調(diào)試時(shí)間和維護(hù)時(shí)間。

3 結(jié)束語(yǔ)

建筑電氣設(shè)計(jì)包括兩方面，即建筑強(qiáng)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)和建筑弱電系統(tǒng)設(shè)計(jì)[3]。建筑強(qiáng)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要對(duì)照明系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)和接地系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，建筑弱電系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要對(duì)有線(xiàn)電視系統(tǒng)、安全防范系統(tǒng)、會(huì)議系統(tǒng)、綜合布線(xiàn)和自動(dòng)化設(shè)備系統(tǒng)等進(jìn)行設(shè)計(jì)。無(wú)論是在強(qiáng)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)還是在弱電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，電源諧波問(wèn)題是不可避免的。電網(wǎng)中存在很多非線(xiàn)性負(fù)載諧波源，如電解槽、計(jì)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(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的諧波問(wèn)題。只有從根本上對(duì)諧波進(jìn)行治理，才能減少諧波危害，改善供電質(zhì)量。筆者查閱了大量的資料，從危害和治理措施兩方面對(duì)建筑電氣設(shè)計(jì)中電源諧波問(wèn)題進(jìn)行研究，總結(jié)了電源諧波問(wèn)題對(duì)變壓器、旋轉(zhuǎn)電機(jī)、電容器、電子設(shè)備、開(kāi)關(guān)設(shè)備、通訊系統(tǒng)及各類(lèi)電器的危害，從有源濾波器、高功率因數(shù)整流器、諧波保護(hù)器、混合型濾波器和HTHF無(wú)緣諧波濾波器五方面提出治理諧波的措施，供廣大學(xué)者參考。

參考文獻(xiàn)

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