高璧倩
（天津市建筑设计院，天津300074）
摘要：在建筑电气中，由于谐波存在随机性、多发性以及不可重复性的特点，从而会对电气设备的正常运行造成一定的影响，为了保证建筑电气设备的正常使用，需要采取一系列的措施对谐波问题进行治理。
关键词：电气设计；谐波问题；治理措施
前言
谐波问题会造成建筑的电气设备性能的下降，且会出现无法正常作业的问题。因此，为了使建筑中各类设备、精密电子装置以及计算机得到可靠、正常且高效的运用，应采用相应的措施，促使用电设备的使用寿命得到保障。
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、使冰箱颤声震动等。谐波还会造成电脑死机，其会在接触电脑时产生电压降，从而造成此结果。
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。通过分析可以表明，空气电磁断路器不能对将分断能力范围内波形畸变率50%以上的故障电流进行遮断，并造成断路器损坏现象发生。
2建筑电气设计中谐波的产生及治理思路分析
产生谐波源的设备多种多样，一般建筑电气中比较常见的有两类：第一类是由于非线性负荷而产生谐波，例如各种整流器、开关电源、可控灯光设备、荧光灯、空调、冰箱、电脑等，这一类负荷产生的谐波频率均为工频频率的整数倍（主要是5次和7次谐波，也有11次和13次谐波）；第二类是由于逆变负荷而产生谐波，例如变频空调、UPS电源、水泵控制变频器等，这一类负荷在民用建筑中最普遍，不仅产生整数次谐波，还产生频率为逆变频率2倍的分数谐波。
由于产生谐波源的用电设备不断增加，几乎在建筑中变配电室低压配电系统都采用电容器进行功率因数补偿，满足供电部门用电要求，但大量使用的并联电容器对谐波非常敏感，在一定条件下甚至会产生谐波放大作用，使得谐波的影响越来越严重，逐渐引起人们的重视。
当电网中的谐波电流成份较大，以至于引起电压波形产生畸变时，我们将其称之为电网被污染。电网的污染程度用电压波形畸变率来表示，简称THDu。按照国家标准GB/T14549—93《电能质量公用电网谐波》的规定：10KV电网的畸变率 THDu应小于4%，400V电网的畸变率THDu应小于5%。
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建筑电气设计中谐波治理措施是一项系统性工作，主要体现在应用无源滤波器、优化并联型有源滤波器、投入混合型滤波器、应用谐波保护器等环节，在变配电室功率因数补偿的同时综合谐波治理，另外变压器采用Y/Δ或Δ/Y的接线，这种接线由于无谐波通路，可消除3的倍数次的高次谐波送向电网，也是抑制高次谐波最基本的方法之一。
3建筑电气设计中谐波治理措施
3.1无源滤波器的应用
作为一种传统的预制谐波的方法，无源滤波器的应用主要一组通过串联构成的电抗器及电容器。在某一频率下，电路的抗阻设计与电网中其他电路相比会低很多。该设备存在容易过载的缺点，在过载时会造成烧损。其次，容易导致功率因数超出补偿，同时不能对无源滤波器实施控制。随着时间的发展、配件会出现老化或电网的负载出现变动，都会将谐波振频率得到改变，降低了滤波的整体效果，最为重要的是，无源滤波器只能对一种谐波成分进行过滤。若对不同的
频率实施过滤时，则会对不同的滤波器实施应用。
3.2有源滤波器的应用
实际上并联型有源滤波器属于一个反应快速且受控的谐波电流源，和非线性负荷达到并联，自动对非线性负荷形成的谐波电流实施检测。DSP产生的控制信号主要对IGBT高速开关器件是时候控制，通过输出电抗器，对负荷产生的谐波电流大小相符、相位相反的谐波电流进行输出，从而发挥谐波补偿的作用，其系统会向复合对基波电流进行提供。
在对有源滤波器治理位置进行设计时，需根据不同的剧场配电系统及复合情况，对不同的安装位置实施设计。安装源滤波器应和谐波源相接近，具有较好的滤波效果，作为谐波电流及谐波电压畸变减小的最好方法。但在一些非线性负荷分布负载区域应运用变压器总补偿或二级配电补偿的方法，并能对不同的方案相配合进行使用。由于有源电力滤波器具有灵活的安装位置，可根据设计完全将谐波治理的预期目标得以实现。
3.3混合型滤波器的应用
混合有源电力滤波器和无源电力滤波器进行使用。其中，无源滤波器的组成是由3、5、7、9次单调谐波滤波器及高通滤波器支路产生。而有源滤波器的构成则是由8个IGBT、滤波电感以及直流电容产生。直流电容会对有源滤波器提供一个较为稳定的直流电压，滤波电感能够将有源滤波器产生的高频开关频率谐波得到减小。通过串联有源滤波器和无源滤波器，使其并入电网内。由于有源滤波器不能直接消除谐波电流，所形成的补偿电压中只包括谐波电压，因此存在较小的功率容量，有良好的经济性存在，促使系统成本得到有效降低。
3.4谐波保护器的应用
与有源滤波器相比，磁性方法对谐波的治理成本相对较低，谐波保护器对电路系统受到任何一种谐波的影响所产生的危害都是通过在本质上进行解决的，也就是运用磁场对谐波能量进行吸收的方法，有较高的可靠性及使用寿命存在。例如谐波保护器（HPD），运用了超微晶合金材料及创新科技的特别电路，能够对各种能量的谐波干扰进行吸收，在发生源消除谐波，自动将用电设备形成的高频噪声、随即高次谐波、电涌以及脉冲尖峰等干扰问题得到消除。在电路中将HPD进行并联使用时，自身则不会有耗电现象发生。
3.5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，SVG的模块化、多电平变换器设计适用于直接的、无变压器的电网连接，通过电压控制，减少损耗和谐波干扰，可对大多数配电网络进行优化，凭借着其优越的性能特点，在电力系统中的应用将越来越广泛。
3.6改善供电环境
选择适宜的供电电压等级并尽可能保持三相电流平衡，可以有效地减小谐波对电网的影响。由系统容量大的变电站供电或高一级电压的电网供电，承受谐波成份比例能力将会增大。对谐波源负荷由专用的线路供电，可减少谐波对其它负荷的影响，也有助于集中进行谐波治理。
4结语
随着我国建筑电气设计发展速度的持续加快，绿色建筑电气设计中谐波治理的措施得到了越来越多的重视。因此电气设计人员应当对于谐波引起的危害有着清晰的了解，从而能够在此基础上通过治理措施的有效应用来提高供电质量，满足人们对科技时代生活的要求。
参考文献：
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[2]陈燕文．民用建筑电气系统设计中谐波的危害和治理措施[J]．建筑工程技术与设计，2014（12）
[3]马洪珍．浅谈谐波治理措施在建筑电气设计中的应用[J]．黑龙江科技信息，2011（33）
论文作者:高璧倩
论文发表刊物:《建筑建材装饰》2015年9月上
论文发表时间:2016/8/31
标签：谐波论文; 滤波器论文; 无源论文; 电网论文; 电流论文; 建筑论文; 畸变论文; 《建筑建材装饰》2015年9月上论文;