諧波治理在智能建筑電氣中的應(yīng)用

1.諧波對智能建筑的危害

智能建筑中諧波主要來自兩方面：一是大量非線性負荷形成的諧波源，例如計算機系統(tǒng)、開關(guān)電源、電子式熒光整流器等導(dǎo)致配電系統(tǒng)的電壓、電流發(fā)生畸變，產(chǎn)生諧波；二是公用電網(wǎng)本身具有一定的諧波含量和配電變壓器作為諧波源產(chǎn)生的諧波，由公用電網(wǎng)側(cè)傳輸至配電系統(tǒng)。

惡劣的諧波環(huán)境將會對智能建筑中用電設(shè)備和系統(tǒng)造成巨大的危害，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

①由于設(shè)備自身產(chǎn)生的接地電流在設(shè)備和真實地之間產(chǎn)生一個電壓降，因此，容易使電腦死機；高次諧波會在中性線上疊加，中性線電流能夠在建筑物金屬結(jié)構(gòu)上任意流動，從而產(chǎn)生不受控制的磁場，即引發(fā)計算機屏幕的頻閃現(xiàn)象；由于開關(guān)、短路以及負載變化而引起的短時間電壓變化將會引起燈光頻閃，過度的頻閃將會使人體不舒服；嚴重的諧波畸變會引起在一個正弦周波內(nèi)的額外過零點，影響測試設(shè)備，干擾程序控制裝置的同步性，導(dǎo)致控制裝置死機。

②智能建筑中線纜密布，系統(tǒng)設(shè)備繁多，微電子裝備復(fù)雜，且防護能力弱，高次諧波將會使智能化系統(tǒng)設(shè)備產(chǎn)生誤碼、錯碼、誤動作，使信號系統(tǒng)受到污染、產(chǎn)生噪聲，甚至連通話質(zhì)量都不能保證。隨著低電壓信號在IT設(shè)備中使用的增加，比特錯誤率也隨之提高，甚至可以高到使整個網(wǎng)絡(luò)癱瘓。

③在諧波電壓作用下，電容器會產(chǎn)生額外的功率損耗，加快絕緣介質(zhì)的老化。更為嚴重的是，大量諧波電流很可能引發(fā)電容器和系統(tǒng)其他元件之間的并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，造成電容器超載而損壞；使與電容器連接的配電回路中所有線路、設(shè)備因電壓閃變、超壓、過負荷而損壞。

④配電回路的諧波電流含量高會使斷路器遮斷能力降低。這是因為畸變電流過零點時，電弧電流隨時間的變化要比工頻正弦電流大，電弧電壓的恢復(fù)要迅速得多，使電弧容易重燃，導(dǎo)致誤跳閘或在該跳閘的時候根本不跳。剩余電流可能會達到使剩余電流保護裝置動作的設(shè)定值。事實表明，空氣電磁斷路器不能遮斷其分斷能力范圍內(nèi)波形畸變率超過50％的故障電流，而且還會導(dǎo)致斷路器損壞。

⑤電壓諧波會導(dǎo)致感應(yīng)電動機的額外損耗。高次諧波導(dǎo)致的扭矩脈動在聯(lián)軸器和軸承處會產(chǎn)生磨損和裂紋。由于電機速度是固定的，諧波中儲藏的能量就以額外的熱量形式散發(fā)了，導(dǎo)致設(shè)備過早老化。

⑥對于電力電纜和配電線路，諧波電流頻率增高會引起明顯的集膚效應(yīng)，導(dǎo)線電阻增大，線損加大，發(fā)熱增加，絕緣過早老化，容易發(fā)生接地短路故障，形成潛在的火災(zāi)隱患。在智能建筑中大量集中使用電子計算機和大面積采用電子節(jié)能氣體光源照明的場合，中性線電流甚至達到相線電流的2倍，致使中性線過熱、燒毀，甚至導(dǎo)致火災(zāi)。

2.諧波治理的主要措施

①采用KYLB無源濾波器。采用KYLB無源濾波器是傳統(tǒng)的抑制諧波的方法。KYLB無源濾波器包括一組以串聯(lián)方式連接的電抗器與電容器。此電路的阻抗在某一頻率下，被設(shè)計成比電網(wǎng)中的其他電路低的多。這種裝置的缺點是容易過載，在過載時會被燒損。另外，可能造成功率因數(shù)過補償，同時KYLB無源濾波器不能受控。因此，隨著時間的改變以及配件老化或電網(wǎng)負載的變動，會改變諧波振頻率，使濾波效果下降。更重要的是，KYLB無源濾波器只可以過濾一種諧波成分。如果過濾不同的頻率，則要分別采用不同的濾波器，如有的濾波器只能濾除三次諧波。

②采用KYYLB有源濾波器。并聯(lián)型KYYLB有源濾波器實質(zhì)上是一個受控的、快速反應(yīng)的諧波電流源，與非線性負荷并聯(lián)，自動檢測非線性負荷產(chǎn)生的諧波電流。DSP產(chǎn)生的控制信號控制IGBT高速開關(guān)器件，經(jīng)過輸出電抗器，輸出與負荷產(chǎn)生的諧波電流大小相等、相位相反的諧波電流，起到補償諧波的作用，其結(jié)果是系統(tǒng)只向負荷提供基波電流。

在設(shè)計KYYLB有源濾波器治理位置時，需要根據(jù)劇場配電系統(tǒng)和負荷情況的不同，設(shè)計不同的安裝位置。KYYLB有源濾波器的安裝與諧波源越近，濾波效果越好，這是減小諧波電流和諧波電壓畸變的最好辦法。但在一些非線性負荷分布負載的場合，可以采取變壓器總補償或二級配電補償?shù)姆桨?，而且不同方案可以配合使用。由于有源電力濾波器安裝位置靈活，可以完全實現(xiàn)根據(jù)設(shè)計需要達到最完美的諧波治理效果。

③采用混合型濾波器?？蓪⒂性措娏V波器與無源電力濾波器混合使用。其中，KYLB無源濾波器由3、5、7、9次單調(diào)諧濾波器支路及高通濾波器支路組成。KYYLB有源濾波器由8個IGBT、直流電容及濾波電感構(gòu)成。直流電容可為KYYLB有源濾波器提供一個穩(wěn)定的直流電壓；濾波電感可減小KYYLB有源濾波器產(chǎn)生的高頻開關(guān)頻率諧波。KYYLB有源濾波器和KYLB無源濾波器串聯(lián)后并人電網(wǎng)。由于KYYLB有源濾波器不是直接對諧波電流進行消除，它所產(chǎn)生的補償電壓中只含有諧波電壓，故其功率容量很小，具有良好的經(jīng)濟性，從而可降低系統(tǒng)成本。

④采用諧波保護器。采用磁性方法治理諧波比KYYLB有源濾波器成本更低。諧波保護器從任何一種諧波對電路系統(tǒng)帶來危害的本質(zhì)上著手解決問題，即采用磁場吸收諧波能量的方法，具有很高的可靠性與使用壽命。此類產(chǎn)品如諧波保護器（KYXBQ），采用了超微晶合金材料與創(chuàng)新科技的特別電路，能吸收各種頻率各種能量的諧波干擾，將諧波消除在發(fā)生源，自動消除對用電設(shè)備產(chǎn)生的隨機高次諧波和高頻噪聲、脈沖尖峰、電涌等干擾。KYXBQ諧波保護器并聯(lián)在電路中使用，本身并不耗電。

3.結(jié)語

在實際工作中，由于諧波具有多發(fā)性、隨機性和不可重復(fù)性，導(dǎo)致智能建筑中的各種電氣設(shè)備性能下降、無法工作的現(xiàn)象時有發(fā)生，因此，為保證現(xiàn)代智能建筑中各種不同類型設(shè)備和計算機及精密電子裝置正常、可靠、高效地運行，必須要采取相應(yīng)措施，確保用電設(shè)備的使用壽命，從以上分析可知，筆者覺得采取混合濾波器能快速、有效地跟蹤諧波變化，抑制諧波，是最有成效的一種措施。