广州智海建筑设计有限公司第三设计所 510080
摘要：近年来，建筑电力系统对于各种新型设备、工艺的大量使用，诱发了日益严峻的谐波污染，使得电力系统在运行过程中出现了电压失稳、电力能源耗损等诸多的问题，严重地阻碍了我国电力事业水平的进一步提升。本文以建筑的电气设计面临的谐波问题为中心，通过对谐波的来源以及危害进行分析，着重探讨了治理谐波的几点措施，以求为提升建筑电气设计人员提供有效的帮助。
关键词：谐波污染；建筑电气设计；治理措施
引言
在电力电子技术不断发展的现代社会，无论是工业生产还是人民生活都离不开电力资源。但是电气设计中的谐波污染给电力系统最大效益实现和电力资源质量的提高都造成了严重的影响。同时，电力系统的运行过程中，如果出现短暂性的障碍，即使是局部的短路问题，谐波污染也会加重并影响电力系统的整体运行。因而，在建筑电气设计的过程中，如何有效规避谐波污染的危害，最大程度降低谐波污染的影响已成为电力设计从业人员的重点研究方向。谐波污染治理的难点在于其发生的随机性、不可预测性、不可重复性，尤其是在现代智能建筑中，对谐波污染的有效治疗，是各种精密电子设备和装置使用正常、寿命正常的有力保障。
一、谐波带给建筑的危害
存在于智能建筑中的谐波主要来源于2方面：一种是源于不同种类的非线性负荷，像计算机系统、开关电源等造成配电系统的电压以及电流出现畸变的相关问题，从而为产生谐波提供了基础；另一种是源于自身拥有一定的谐波含量的公用电网以及以谐波源为角色存在的配电变压器，通过公用电网侧传输到达相应的配电系统之中去。 至于谐波将会带给智能建筑的各个方面危害，通过相关部门的检测调查，再在调查的基础上结合有关的数据产生相关分析得到，一个较差的谐波环境将会从下面这些方面危害到存在于智能建筑中的用电设备以及相关系统：①结合到设备自身会出现一定的接地电流，从而会造成存在于设备与地面之间的一个电压降的产生，所以会经常导致电脑死机；高次谐波通过一定的叠加作用，再结合中性线电流能够随意地流动在建筑物金属结构之上，综合2者的共同作用，最终会造成不受控制的磁场的出现，也就是通常所说的计算机屏幕频闪；与此同时，开关、短路与负载的变化的原因，将会使电压出现短时间内的上下跳动，最终将造成灯光出现频闪的现象，而频率过高的频闪又会在一定程度上给人们带来视觉上的不舒服。情况更为严重的谐波畸变会造成在一个正弦周波内的额外过零点的出现，从而使测试设备不能够发挥出相应的检测功能，阻碍了程序控制装置的同步性，最终使控制设备出现瘫痪现象。②存在于智能建筑中的线缆通常具有多且繁杂的特点，而且系统设备过于繁琐，微电子装备虽然复杂，但是防护能力却表现较差，从而通过高次谐波的作用，智能化系统设备将会出现不同程度的影响，如错码、误码以及误动作等现象的产生，从而污染了信号系统并相应地产生噪声，甚至完全干扰了人们之间通过电话进行的通话正常进行。在低电压信号在IT设备中愈来愈受到青睐并得以被使用，随之而来的便是出现愈来愈高的比特错误率，严重者设置造成了全部网络的瘫痪情况。③在谐波电压作用下，电容器会出现额外的功率损耗，加快绝缘介质的老化现象。更为严重的是，大量谐波电流很可能使电容器和系统其他元件之间的并联谐振或串联谐振，使电容器出现超载而损坏；使与电容器连接的配电回路中所有线路以及设备因电压的闪变、超压、过负荷而遭到损坏。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆④存在于配电回路中的高谐波电流含量会一定程度的降低断路器的遮断功能，造成上述现象出现的原因主要是畸变电流过零点时，电弧电流在一定阶段内的变化幅度要明显大于工频正弦电流的相关变化程度，电弧电压出现了很高频率的回复功能，造成了电弧出现很容易重燃的现象，从而导致了误跳 闸以及不跳闸现象的出现。余下的电流的数值有可能使剩余电流保护装置产生一定作用。结合相关的实验得出，在空气电磁断路器的分段能力范围中，一旦有大于50%波形畸变率的电流出现，那么空气电磁断路器就不能发挥出其遮断作用，甚至进一步造成断路器的破坏。⑤电压谐波会在很大程度上使感应电动机出现更大程度的损耗，由于高次谐波的原因，会使联轴器与轴承处出现一定程度的裂纹以及磨损；而且因为有着一定速率的电机，因此存在于谐波内的能量就会变成多余的热量迸发出来，从而使设备更快地出现老化情况。⑥站在电缆和配电渠道角度考虑，更高的谐波电流频率会导致肌肤效应出现，就是出现较大值的电阻以及更大程度的线损，从而增加了很多的热量，使绝缘出现更快的老化，接地短路问题会经常发生，给人们带来了不可估计的安全隐患。
二、谐波治理的主要措施
1.采用无源滤波器。采用无源滤波器是传统的抑制谐波的方法。无源滤波器包括一组以串联方式连接的电抗器与电容器。此电路的阻抗在某一频率下,被设计成比电网中的其他电路低的多。这种装置的缺点是容易过载,在过载时会被烧损。另外,可能造成功率因数过补偿,同时无源滤波器不能受控。因此,随着时间的改变以及配件老化或电网负载的变动,会改变谐波振频率,使滤波效果下降。更重要的是,无源滤波器只可以过滤一种谐波成分。如果过滤不同的频率,则要分别采用不同的滤波器,如有的滤波器只能滤除三次谐波。
2.采用有源滤波器。并联型有源滤波器实质上是一个受控的、快速反应的谐波电流源,与非线性负荷并联,自动检测非线性负荷产生的谐波电流。DSP产生的控制信号控制IGBT高速开关器件,经过输出电抗器,输出与负荷产生的谐波电流大小相等、相位相反的谐波电流,起到补偿谐波的作用,其结果是系统只向负荷提供基波电流。
在设计有源滤波器治理位置时,需要根据剧场配电系统和负荷情况的不同,设计不同的安装位置。有源滤波器的安装与谐波源越近,滤波效果越好,这是减小谐波电流和谐波电压畸变的最好办法。但在一些非线性负荷分布负载的场合,可以采取变压器总补偿或二级配电补偿的方案,而且不同方案可以配合使用。由于有源电力滤波器安装位置灵活,可以完全实现根据设计需要达到最完美的谐波治理效果。
3.采用混合型滤波器。可将有源电力滤波器与无源电力滤波器混合使用。其中,无源滤波器由3、5、7、9次单调谐滤波器支路及高通滤波器支路组成。有源滤波器由8个IGBT、直流电容及滤波电感构成。直流电容可为有源滤波器提供一个稳定的直流电压;滤波电感可减小有源滤波器产生的高频开关频率谐波。有源滤波器和无源滤波器串联后并人电网。
结束语
日常生活以及社会交往中，由于谐波拥有着自身多发性以及随机性等的具体特征，干扰到了存在于智能建筑中的不同电气设备，如下降的性能以及工作的不正常问题。故出于保护的目的，相关部门应该投入更大的关注以及力度使设备的寿命以及功能得到相应保障。综合上述各种因素，采用混合滤波器是能够有效控制并解决谐波带来各种危害的最好办法。
参考文献
[1]张文澍.浅析谐波治理措施在建筑电气设计中的应用[J].价值工程.2010（09）.
[2]高艳平，郑丽.建筑电气设计中的谐波治理[J].中国房地产业.2011（07）.
论文作者:陈韶銮
论文发表刊物:《基层建设》2018年第12期
论文发表时间:2018/6/12
标签：谐波论文; 滤波器论文; 电流论文; 无源论文; 电压论文; 设备论文; 负荷论文; 《基层建设》2018年第12期论文;