關于建筑電氣設計中諧波治理措施的探討

肖現華 秦長亭

摘 要 建筑樓宇中設有多種電氣設備，有些非線性電氣設備會產生諧波，注入電網，對電力系統的正常運行造成負面影響，嚴重影響電網的電能質量，有可能損壞其他的電氣設備。在建筑電氣設計中需要對諧波問題全面了解，明確影響因素，采取有效的諧波治理技術措施，提高供電質量，以維護建筑用戶的電力使用效益。

關鍵詞 建筑;電氣設計;諧波;治理措施

引言

建筑物中安裝有各種電氣設備，一些非線性的電氣設備，如空調機組、大型醫療設備、調光可控硅設備等，會產生諧波，注入電網后影響電網的電能質量，影響建筑物中其他設備的正常運行。

1造成建筑電氣設備諧波問題的影響因素

電力電子技術產品的廣泛應用，非線性電氣設備在運行中會產生諧波，影響其他電氣設備的正常運行。受到影響的電氣設備電壓瞬間升高，產生過電壓，對與供電系統相連的設備造成損壞。在建筑電氣設備運行的過程中，電力網絡在供電系統的作用下發揮供電作用，將電能傳遞給電氣設備，當有諧波產生的時候，電網以及電氣設備都處于不穩定的運行狀態[1]。

供電系統諧波是用傅立葉級數分解周期性非正弦電量，除了得到與電網基頻相同的分量外，還得到一系列大于電網基頻的分量，諧波頻率與基頻之比稱為諧波頻率。諧波是一種干擾，對電網造成污染。非線性電氣設備向公用電網注入諧波電流或產生諧波電壓的電力設備即為諧波源。主要諧波源是非線性電氣設備，由于這些設備使用的電流是非正弦的，其諧波分量會引起電網正弦電壓的畸變，諧波電流的大小取決于設備，與電網無關，它可以看作是一個恒流源。

2電氣設計中諧波治理的有效措施

2.1 對諧波過電壓問題采取技術策略

理論上，只要非線性電氣產生的諧波不注入電網，建筑物中其他電氣設備就不會被注入諧波電流，自然就不會導致電氣設備過電壓現象。如果供電系統向建筑物電氣設備注入諧波電流，建筑物電氣設備的諧波電流頻率，那么在諧波電流的作用下，將導致諧波過電壓瞬間減小。

通過在電氣設備上加裝濾波器可以有效地降低諧波電流水平。為了防止諧波電流注入電氣設備，必須采取必要的技術措施。將多重整流技術應用到電力設備上，將大大降低注入建筑物電氣設備的諧波電流水平，也將降低諧波頻率[2]。

2.2 治理諧波的有效方法

采用無源濾波器是傳統的諧波抑制方法。無源濾波器是將一組電抗器和電容器以串聯方式組合在一起。在一定頻率下，該電路的阻抗比電網中的其他電路低得多。無緣濾波裝置的缺點是容易過載，在過載時容易被燒損。隨著運行時間的延長，濾波裝置配件的老化或者電網中用電負荷變動較大的時候，諧波振動頻率就會有所變化，從而降低濾波效果。

當無源高通濾波器與供電系統的母線采用并聯的連接方式時，建筑電氣設備呈現其諧波特性。通過安裝高通濾波器，在建筑電氣設備運行過程中，諧波阻抗特性會發生變化：第一個變化是諧波阻抗值變小，在注入諧波電流時，諧波電壓顯著降低;第二個變化是諧波阻抗的頻率已經從原來的高頻移到低頻，這樣可以避免建筑電氣設備受到諧波的影響產生頻率，諧波的電壓水平會相應降低。

采用有源濾波器抑制諧波是最常用的一種有效治理方法。并聯型有源濾波器實質上是一個諧波電流源，它可以被控制、并能做出快速反應，與非線性負荷并聯，能實現自動檢測非線性負荷產生的諧波電流[3]。其抑制諧波的原理是DSP產生的控制信號控制IGBT高速開關器件，經過輸出電抗器，輸出與負荷產生的諧波電流大小相等、相位相反的諧波電流，補償后的最終結果是系統只向負荷提供基波電流。有源濾波器的安裝位置，需要根據配電系統和負荷情況的需要設置在相應位置。工程經驗表明有源濾波器的安裝位置與諧波源越近，濾波效果越好，這也是減小諧波電流和諧波電壓畸變的最好辦法。

2.3 治理諧波過電壓的實施方案探索

建筑物電氣設備與高通濾波器并聯是抑制諧波過電壓的有效接地控制技術。建筑電氣設備不同，諧波阻抗的特性也不同，影響及后果也會不同。為了做好這項工作，需要收集具體的工程數據信息，主要包括建筑電氣設備的運行狀態和諧波處理狀態[4]。為了有效控制諧波，需要利用外部電源測量建筑物電氣設備的電流傳輸狀態和電壓傳輸狀態，并進行深入分析，確定諧波的頻譜，還要明確其內容、高通濾波形式及相關參數。

從理論的角度而言，在電氣設備上安裝濾波器可以起到一定的抑制諧波過電壓的作用，可以降低過電壓水平，也對抑制諧波有良好的效果。過濾器在使用過程中，為使其持續穩定地發揮最佳性能，必須做好技術維護、定期檢查，并采取必要的保護措施，特別是在工程建設過程中，從現場環境條件出發，采取必要的技術維護措施。在供電系統和電氣設備安裝濾波器后，應做好調試工作，并進行技術評估，確定濾波器的正確安裝位置，避免因安裝位置不同而引起的諧波過電壓水平的提高[5]。

3結束語

通過上面的論述可以看出，通過改變建筑電氣設備的諧波電流和諧波阻抗特性，可以抑制諧波過電壓。在建筑電氣設備供電回路安裝高通濾波器時，要考慮到電網的運行方式、建筑電氣設備的情況、現場環境和運行維護條件，選擇合適的高通濾波器參數和濾波器形式。設置無源濾波器或有源濾波器，也可以起到有效抑制諧波的作用。

參考文獻

[1] 劉堯，許威.智能建筑電氣設計中諧波治理措施的研究[J].中國科技縱橫，2015，（15）：108.

[2] 崔芹.試論建筑電氣設計中諧波治理措施的應用[J].房地產導刊，2017，（14）：58-59.

[3] 張文澍.淺析諧波治理措施在建筑電氣設計中的應用[J].價值工程，2010，（9）：107.

[4] 馬洪珍.淺談諧波治理措施在建筑電氣設計中的應用[J].科學技術創新，2011，（33）：287.

[5] 曾強，孫延軍.淺談現代智能建筑電氣設計中對諧波的治理[J].科學技術創新，2011，（2）：271.