谐波在民用建筑配电系统中的问题

中图分类号：TM7 文献标识码：A文章编号：1008-925X(2012)02-0126-01

摘要：目前，谐波在民用建筑中的问题渐渐引起人们的关注。本文在分析民用建筑配电系统中的主要谐波源的基础上，阐述了谐波的危害，并提出预防措施及治理方案，期望将谐波的危害减至能够接受的程度。

关键词：民用建筑；配电系统；谐波

1 绪论

所谓供电系统谐波，是对周期性非正弦电量进行傅立叶级数分解，除了得到与电网基波频率相同的分量外，还得到一系列大于电网基波频率的分量。当前，随着家用电器和信息化办公设备的增多，原来运行正常的供配电系统，电气火灾、电容器烧损、计算机无故重启、变压器未过载超温等“怪事故”频繁发生，这些现象都与电力系统中的谐波有关。谐波的存在不仅导致严重的电能质量恶化，且还会导致整个供、配电系统无法正常运行，造成整个电网的瘫痪。据日本电气协会发表的一项谐波源的调查报告显示，在各行业产生的谐波量分布中，由民用建筑产生的谐波量占总数的40.6％，因此，对民用建筑配电系统谐波进行治理，意义深远。

2 民用建筑配电系统中的主要谐波源分析

电网中的谐波主要是由各种电力和用电设备以及其他非线性负载产生的，当正弦基波电压(电源阻抗为零阻抗时)施加于非线性负载时，流过负载的电流与施加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，从而产生谐波。在民用建筑中，产生谐波的主要扰动源可归纳为如下几类：①照明系统中的照明电子镇流器及调光设备；②电梯、空调等动力设备中普遍应用的变频传动装置(VFD)；③计算机、打印机、复印机等办公自动化设备；④UPS不同断电源硬开关电源；⑤其他具有一定非线性负载特性的电子控制设备。其中，①③类设备因数最大，多台型号规格相同、负载特性相同等特点，同种设备产生的谐波电流叠加，如计算机电流谐波畸变率可达75％，此类设备对总谐波畸变率的影响甚为严重。②类扰动源变频传动装置(VFD)产生的谐波可使输入电流波形严重畸变，此类设备在未采取防范措施时产生的谐波对总谐波畸变率影响较大。④类扰动源UPS不间断电源及开关电源属于非线性负荷，它们的变流输入有大量谐波电流反馈至低压配电器，能污染电网。在分析谐波电流时，应注意多台设备产生的谐波电流具有一定规则的叠加性，也应考虑并非所有产生谐波的设备同时处于工作状态。

3 谐波的危害性分析

当前，随着经济与技术的不断发展，民用建筑物内电力电子设备、开关电源、变频设备、电子镇流器等非线性设备的使用量日趋增多，使得其配电系统中的谐波问题日趋严重，谐波的危害在建筑供配电系统中已到了不容忽视的程度，一般来说，谐波的危害性可概括为如下几点：①谐波在电力网络的感性、容性元件上发生的谐振，造成部分谐波电流放大和电压增高，产生谐振过电流和过电压，可造成保护装置的误动作、测量仪表的误差，甚至电气元件及设备的故障和损坏；②谐波产生的电磁干扰，使通信质量下降、甚至使自动装置工作紊乱；③谐波电压使变压器、电动机铁芯涡流损耗增加，谐波电流使铜损增加，温度上升、加速绝缘老化、降低了效率和利用率、缩短使用寿命。

4 谐波的预防措施

我国于1984年颁布了《电力系统谐波管理暂行规定SD126―84》(2005经过复审)，在此基础上，陆续颁布并实施了《电能质量?电压允许波动和闪变GB／T12326―90》、《电能质量?公用电网谐波GB／T14549―93》，对IEC61000标准也等同使用。由于电力系统谐波阻抗较负荷侧小，故系统谐波可视为恒压源，而用电设备产生的谐波决定于其自身的特性和工作状态，与系统参数关系不大，可视为恒流源，因此从源头防范显得尤为重要，具体如下：

清源与截流并重。首先，要减少配电和用电设备的谐波产出。选择变压器时，除了考察其负载损耗、空载损耗等节能指标外，还要关注其磁饱和特性；对于变频器、整流器、调光装置等用电设备，应规定其谐波发射限值。

谐波源相对集中布置便于日后治理。将谐波源设备集中布置，如，医院医技楼的核磁共振设备、X光机及其他造影设备可集中在一台或一组配电变压器上，且宜集中布置在一条或两条配电干线上。这样既有利于实现相关线路的低阻抗设计，也有利于采取有源滤波等谐波治理措施。

5 常用的谐波治理方法

高功率因数变流器。整流装置是电力系统的主要谐波源。对整流装置改进，使其尽量不产生谐波，并且电流电压同相位，称高功率因数整流器或高功率因数变流嚣。

采用整流电路的多重化。将几个桥式接流电路以串联方式多重联结可以减少输入电流谐波，用该方法构成的整流器对抑制谐波较有效，但对功率因数的提高不明显。

采用PWM整流电路。PWM整流电路有电压型和电流犁两种，其中电压型应用较多。通过对PWM整流电路适当控制，可以使PWM整流电路输入电流几乎接近正弦波，且电流电压同相位，功率因数近似为1，称为高功率因数变流器。

矩阵式变频电路。该电路是一种用全控开关器件、采用斩波方式，不通过中间环节直接把一种频率的交流电变成另一种频率的交流电，进行交流变频的新颖交频电路。每个器件还要并一个二极管，控制也较复杂。

采用带斩波器的二极管整流电路。带电容滤波的二极管整流电路尽管结构简单、成本低，但工作时输入电流含有大量谐波，若在整流桥与滤波电容间加一级用于功率因数校正的功率转换电路(即有源功率因数校正电路)，则可以使输入电流接近正弦波，且大大提高功率因数。

有源电力滤波器。有源电力滤波器系统由两大部分组成，即指令电流运算电路和补偿电流发生电路(由电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路三部分组成)。有源滤波器具有高可控性、快速响应性和补偿效果好的特点，同时它可用单级滤波器滤除多种谐波而不会和系统形成谐振电路，是一种非常有发展前景的消除谐波的手段。

总之，电力谐波己成为电力系统的一大公害，严重威胁着电力系统和用电设备的正常运行。现代民用建筑中存在大量产生谐波扰动的设备，因此在进行电力设计时要充分考虑其对供配电系统的影响，并综合各方面的具体情况采取相应的措施，将谐波的危害减至能够接受的程度。

参考文献

[1] 陈众励.民用建筑配电系统谐波防治技术初探，建筑电气，2009

[2] 徐武俊.建筑电气系统抑制谐波的工程设计方法探讨，中国高新技术企业，2008