简析建筑电气设计中谐波的治理措施

2015-11-04马伊莎

建材与装饰 2015年39期

关键词：保护器无源有源

马伊莎

（信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司　天津　300200）

简析建筑电气设计中谐波的治理措施

马伊莎

（信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司天津300200）

随着时代不断发展，我国建筑用户存在对于电力应用需求不断增加的状况。为满足我国建筑用户的需求，建筑电气设计不断创新发展，部分人员将逆变设备应用到电力生产中从而引发了谐波问题，从而引发了电力生产效率下降，电网安全遭到严重威胁。因此，该问题引起了重视，要想保证电网安全，必须率先解决谐波问题，采取有效措施，为用电提供有效保障。

电气设计；危害；谐波治理

前言

谐波问题的危害体现在许多方面，当电网被污染的情况下，整个电网中的电气设备均会受到影响，电网中的谐波含量小于国家标准的规定时，一般不会对系统造成大的影响，但随着谐波含量的增加，谐波的影响就逐渐显现出来，在谐波严重超标的情况下，如果不进行谐波治理，往往会造成很严重的危害。

1　建筑电气中谐波问题危害

1.1影响电气设备的精度及效率

谐波的存在影响到建筑内电子元件的正常运行。如电能表会将谐波能量当作用电来进行计量，从而导致电能表与实际用电存在一定误差；高次谐波使智能化设备受到干扰，易造成错误指令和动作；旋转电机由于谐波作用产生附加转矩而导致输出扭矩下降，且使局部发热增加。

1.2干扰设备运行

谐波使通信线路产生噪声，通话质量下降；电力系统继电保护机构可能会由于谐波而产生误动或拒动故障；对居民电器设备的影响还表现为，谐波使得电视画面闪烁等。

1.3增加设备损耗

高频率的谐波使导线的趋肤效应加重，因此铜损增加，特别是三次及其倍数的谐波在变压器绕组中形成环流造成电能耗浪费，同时加速了电力设备的发热老化，使得绝缘介质的寿命缩短，配电系统线路绝缘发热老化很大程度上增加了其发生火灾的危险性；谐波的存在使电容器吸收谐波电流而引起过载发热，甚至导致损坏以及电容器爆炸等事故发生，在这一过程中，如果其容性阻抗与系统中电网感性阻抗相匹配时，容易产生谐波谐振，则会导致谐波电流放大作用，出现配电系统过电压现象，损坏建筑内配电系统中的电器设备。

1.4降低遮断能力

由于谐波畸形使得断路器的磁吸线圈不能正常工作，使热元件产生额外温升，断路器遮断能力下降，因为波形畸变的电流与工频正弦波形的电流相比，在电流过零时的di/dt可能较大，也使断路器触头寿命缩短。

2　建筑电气设计中谐波治理措施分析

2.1采用无源滤波器

无源滤波器是采用串联方式以此互相连接的电容器。该方法是一种传统的方法从而对谐波进行遏制。无源滤波器电路比其他电网中的电低许多。但该方法存在也弊端，易造成过载，从而引发自燃与火灾，并且，此时无源滤波器此时也不起作用，配件不断进一步老化，会使无源滤波器的效率有所下降，达不到原来该有的效果。最值得注意的是，无源滤波器仅能对一种滤波成分进行修改。对不同的频率，需要用到不同的滤波器。且无源滤波器进行滤波只能进行三次。

2.2采用有源滤波器

有源滤波器是一个并联装置并且反应迅速的谐波电流源。对于非负荷的谐波电源进行自行检查。控制指令从DSP中产生，IGBT受DSP控制，其中IGBT为高速开关器件。输出电抗器使得输出的谐波电流平稳、缓和，电流与输出的谐波大小相等。使得基波电流向负荷提供，从而达到对谐波进补偿的作用。

根据配电系统各有差异，并且对于电力的符合的能力参差不齐，需具体问题具体分析，在不同地区设计不同所需的方案要求。为使其达到最好效果，应将有源滤波器安装在距离谐波源距离近的地方，效果的好坏随着距离谐波源的远近来决定，越近则效果越好。通过此种办法最有利于减小电流畸形和谐波电压产生畸形的现象。非线性符合的负载场合时，应对二级配电进行补偿，并且应对不同情况应有不同解决方案。有源滤波器的位置较为灵活，可根据需求进行调整，从而达到最好效果，实现最高效率。

2.3采用混合型滤波器

混合型滤波器可以使之前介绍的有源滤波器和无缘滤波器混合进行使用，从而达到最高效率。单调谐滤波器的3、5、7、9次的单数次数与高通滤波器的支路相结合组成无源滤波器。直流电容和滤波电感构成有源滤波器。直流电容提供稳定的直流电压，供有源滤波器使用。滤波器会从中对于开关频率进行调整。有源无源进行串联。有源滤波器使用不能直接直接使谐波电流消失，并且只能产生的谐波电压，补偿电压中只能产生这一种。从而致使功率的容量减小。功率容量小提升了其良好的经济实用性，从而增强了其效率，并降低了系统的成本。

2.4采用谐波保护器

治理谐波问题的成本最低是采用此行方法进行治理。谐波保护器从谐波对电路的各种危害着手进行解决。该措施的本质是磁场可对此波能量进行吸收从而增强其使用寿命，加强效率，降低成本。谐波保护器可吸收部分情况所带来的干扰，其利用了超微晶合金材料，在发生源处将问题进行解决，减小干扰、噪音和部分损耗。谐波保护器是一种采用创新科技的特别电路，使用中需在电路中并联，其本身并不消耗任何电量。通过谐波保护器的使用，有效解决了使用过程中成本的降低的问题。

2.5滤波器的选用原则

无论采用那种方式消除谐波，都要对配电系统中的谐波成份及含量进行检测或估算，有针对性地制定方案。根据国家标准《电能质量公用电网谐波》（GB/T14549-93）的规定，公共连接点的全部用户向该点注入的谐波电流分量不应超过表1的允许值。

表1　

常用的并联有源滤波装置按补偿谐波电流容量分级为25～300A，一般民用建筑电气设计中，可在变配电室低压母线侧配置100A左右容量的有源滤波器集中滤除区域配电系统内的谐波，达到最佳性价比；但对银行电信楼等，由于UPS设置数量较多容量也大、同时电脑配置数量也较多，谐波含量大，此用途性质的大楼对供电质量要求严格，需配置200～300A容量的有源滤波器才能集中滤除谐波；另外，也可仅针对产生谐波源较多的场所如重要机房配电间、医院放射科等设置有源滤波器，就地治理，以达到经济节约目的。针对一些重要、特别敏感的终端设备，为防止高频谐波的干扰，可采用主动谐波保护器防止谐波侵入。

2.6防止并联电容器组对谐波的放大

在低压配电系统中，并联电容器组能起改善功率因数和调节电压的作用。当谐波存在时，在一定的参数条件下，电容器组的容抗与电网感抗组成的谐振回路的谐振频率接近或等于某次谐波频率时，就会对谐波起放大作用，危及电容器本身和产生过电压影响附近电气设备安全。可采取串联电抗器，或将电容器组的某些支路改为滤波器，串联电抗器与电容器参数的合理配合，避开产生谐振的条件，也就防止了并联电容器组对谐波的放大作用。

2.7加装静止无功补偿装置（SVG）

该装置采用晶闸管控制电抗器+滤波装置方式或者晶闸管投切电容器。具有平滑调节无功补偿容量、响应速度快，并能综合治理谐波的功能。