探討建筑電氣設計中諧波治理措施

郝正光

（山西省工業設備安裝集團有限公司，山西太原 030032）

0 引言

為更好地滿足廣大建筑用戶的用電需求，在新時代背景之下，做好建筑設計優化設計工作特別重要。結合建筑電氣設計特點得知，安裝整流裝置與逆變裝置，特別容易出現諧波現象，影響電力系統的穩定運行。鑒于此，本文重點分析建筑電氣設計過程當中諧波治理要點。

1 諧波帶來的危害

（1）降低電氣設備的整體運行效率。受諧波影響，建筑工程內部的各項電氣元件運行效率不斷下降，例如，電能表可以將諧波能量作為用電，從而進行相應的計量，使得電能表和實際用電之間存在較大的誤差。高次諧波對電力系統內部的智能設備干擾較大，設備容易發出錯誤指令。同時，電力系統內部旋轉電機，受諧波影響，其附加轉矩不斷增加，輸出扭矩不斷下降，系統局部發熱現象嚴重[1]。

（2）給通信線路的正常運行帶來諸多干擾。受諧波的影響，建筑項目內部的通信線路在日常運行期間，容易產生較多噪聲，嚴重影響居民的通話質量。電力系統當中的繼電保護裝置在運行期間，受外部諧波影響，容易出現拒動故障。

（3）設備的運行損耗明顯增加。如果諧波頻率過高，導線的損耗量不斷提升，尤其是三次與其倍數諧波，在變壓器繞組當中，會產生較大的環流，增加電能損耗。結合電力設備的運行特點能夠得知，受諧波影響，設備特別容易出現發熱與老化現象，不斷縮短設備運行壽命。電力系統線路在運行期間，由于絕緣發熱現象嚴重，會明顯增加建筑火災發生概率。

2 諧波來源

2.1 電力電子變流裝置

當前階段，電力電子器件應用范圍廣泛，家用電器類型不斷增多，雖然可以為居民的日常生活帶來諸多便利，但是也會引發更多的諧波源，降低電力系統的安全性。通常來說，電氣設備在運行期間，受自身工作性質與結構影響，會產生不同程度的諧波，各項電氣設備均可視作諧波源。電力系統運行過程當中，如果出現諧波，其運行電壓會明顯下降，嚴重的還會引發電壓畸變現象。

2.2 變壓器

以非線性電感為核心的電壓諧波，主要來自變壓器，由于變壓器內部的電流呈現非正弦波形，一旦出現平頂波或者尖頂波，表明其內部存在奇次諧波。因為變壓器內部的諧波量無法準確判斷，其具體數值受系統運行狀態影響較大，變壓器在正常運行狀態，內部諧波含量比較低，若變壓器處于空載運行狀態，鉆芯已經處于飽和狀態，所以變壓器內部的勵磁電流會顯著下降，感應電動勢也會包含諧波成分[2]。

2.3 低壓電器

建筑行業的飛速發展，建筑電氣設計越來越先進，當前時期，大部分家用電器均由低壓電網來供電，結合家用電器運行狀態得知，由于其內部含有變壓器和整流裝置，雖然容量比較小，但是在運行期間也會出現勵磁電流。

3 治理措施

3.1 合理安裝無源濾波器

無源濾波器的合理安裝，能夠將周圍的諧波電流快速吸收，對諧波起到一定的抑制作用，是一種比較有效的治理措施，可以顯著減少諧波對建筑電氣設備產生的危害與影響。例如，通過科學安裝變頻器電源端串聯電抗裝置，可以避免諧波注入到建筑電力網絡中，此項裝置具備安裝簡便、維修方便等特點，針對單個的固定諧波源，能夠起到良好的治理效果。

為確保無源濾波器安裝質量，建筑電氣設計人員需要結合此項裝置的運行特點，做好設備選型工作，并根據諧波源，做好型號匹配工作。串聯在電力線路內部的無源濾波器會對終端設備產生影響，故在實際設計工作當中，設計人員要有針對性地選擇[3]。

3.2 科學安裝有源濾波器

此種類型的濾波器，主要是利用諧波采樣裝置進行收集，制造出和既有諧波電流幅值相等的電流，該電流和諧波電流相位完全相反，將其注入電力網絡當中后，經過有效疊加，使得電力系統內部的諧波電流徹底抵消，對電力系統諧波起到一定的補償作用，提高諧波治理效果。

有源濾波器具備良好的適應性，能夠自動跟蹤并補償電力系統諧波，如果諧波被消除，可以暫停后續的注入，對后續電力網絡正常運行不會產生任何的影響，并且不會產生諧振，應用前進廣闊。

因為商業辦公場所內部的熒光燈，包括建筑家用電器諧波分布范圍比較廣泛，通常將有源濾波裝置安裝到變配電室低壓母線一側，可以對該區域的配電系統，實施全方位諧波治理。由于有源濾波器應用范圍的逐漸擴大，此種類型的裝置補償量逐漸提升，市場價格逐漸下降，在綠色建筑項目變配電設計中，通過安裝此種裝置，可以取得較好的諧波治理效果。

3.3 優化供電環境

合理選擇供電電壓等級，盡量保持在三相電流平衡狀態，能夠顯著減少諧波對電力網絡正常運行產生的不利影響。因為電力系統的容量比較大，需要較高等級的供電站來供電，諧波占比較高，針對諧波源負荷，設置專業的線路進行供電，能夠減小諧波對電力系統負荷產生的影響，確保電力諧波實現集中治理[4]。

3.4 調整并聯有源濾波器

3.4.1 對并聯有源濾波器進行優化

通過在建筑電力電子裝置交流一側安裝無源濾波器，通過合理利用電抗，避免高次諧波快速流入到電力網絡中，提高電力系統的運行效率。因為此種方式具備成本低、效率高的特點，在單體設備中應用較多。但是，無源濾波器在運行期間，也存在缺陷，受系統自身的運行參數影響較大，或者系統的固定參數出現變化，會嚴重影響無源濾波器的整體運行效率。

通過對并聯有源濾波器進行全面優化，能夠獲得較好的諧波治理成效。此種類型的濾波器具有良好的可控性，同時反應速度比較快，能夠快速找到諧波源。通過運用動態檢測技術，針對電力線路的非線性負荷諧波電流進行準確檢測，并根據諧波電流的大小，向系統中輸入與其相位相反的電流，經過疊加之后，將電力系統諧波電流抵消，達到消除諧波的目的。

對于建筑電氣設計人員來講，要結合現場的實際情況，對配電系統的負荷情況進行全面檢驗，并合理確定出裝置的具體安裝位置，盡量縮小裝置和諧波源之間的距離，也可以直降將裝置安裝到直接供電諧波源配電箱當中，確保裝置自身的諧波治理功能得到有效發揮。

3.4.2 投入混合型濾波器的安裝

結合建筑電氣設備諧波治理效果得知，投入混合型濾波器的治理效率比較高，主要是將有源濾波器和無源濾波器有效搭配，具備無源濾波器成本低、效率高特點，而且可以全面發揮出有源濾波器控制靈活與動態補償功能，將這些參數有效配合，能夠顯著提高建筑電氣系統的運行安全性，取得良好的節能效果，使得電力系統運行成本不斷下降。

3.4.3 諧波保護裝置

在建筑電氣設備諧波治理過程中，諧波保護裝置比較常見，主要是采取單獨設計的電路，吸收電力系統各種頻率，減少諧波干擾現象的發生，具備良好的可靠性與安全性。針對一些比較重要的電力設備，通過安裝諧波保護裝置，可以有效消除諧波源，獲得良好的凈化效果。

3.4.4 合理選擇濾波器

按照補償諧波電流容量分級，并聯有源濾波裝置的電流容量在25~300A 之間，通常來講，民用建筑電氣設計當中所采用的電流容量為100A。但是，在銀行當中，因為UPS 裝置數量比較多，容量較大，再加上電腦的配置數量過多，諧波量較大，對供電質量提出更高要求，需要配置200~300A 有源濾波器裝置，方可消除諧波[5]。

此外，對于諧波源比較多的建筑項目，比如機房配電間與醫院的放射科當中，通過設置有源濾波器，有針對性地治理，可以顯著降低濾波治理成本。針對較為敏感的終端裝置，為了減少高頻諧波所產生的干擾，也可以安裝主動諧波保護裝置，避免諧波的侵入。

3.5 安裝靜止無功補償裝置

靜止無功補償裝置主要由控制電抗器與濾波裝置組成，具備調節簡單、操作便捷、反應速度快等特點，能夠全面治理諧波。對于無變壓器電網聯系，可以安裝SVG 裝置，通過加強電壓控制，可以顯著減少能源損耗，減小諧波對電力系統產生的干擾。同時，建筑電氣設計人員在具體工作當中，還要對既有的配電網絡進行全面優化，根據配電網絡運行特點，制定完善的優化方案。

因為諧波具備多發性與隨機性等特點，對建筑內部各項電氣設備安全運行影響較大，所以，為了確保建筑電氣設備的安全運行，建筑電氣設計人員要根據設備運行情況，采取合理的控制措施，不斷延長電氣設備的運行壽命。

4 結語

綜上所述，通過對建筑電氣設計當中的諧波治理措施進行有效性的分析，例如合理安裝無源濾波器、科學安裝有源濾波器、優化供電環境等，并提出調整并聯有源濾波器的措施，例如對并聯有源濾波器進行優化、投入混合型濾波器的安裝、諧波保護裝置安裝、合理選擇濾波器等，能夠確保建筑電氣諧波得到有效治理，不斷延長各類建筑電氣設備的運行壽命。