探讨建筑电气设计中谐波治理措施

郝正光

（山西省工业设备安装集团有限公司，山西太原 030032）

0 引言

为更好地满足广大建筑用户的用电需求，在新时代背景之下，做好建筑设计优化设计工作特别重要。结合建筑电气设计特点得知，安装整流装置与逆变装置，特别容易出现谐波现象，影响电力系统的稳定运行。鉴于此，本文重点分析建筑电气设计过程当中谐波治理要点。

1 谐波带来的危害

（1）降低电气设备的整体运行效率。受谐波影响，建筑工程内部的各项电气元件运行效率不断下降，例如，电能表可以将谐波能量作为用电，从而进行相应的计量，使得电能表和实际用电之间存在较大的误差。高次谐波对电力系统内部的智能设备干扰较大，设备容易发出错误指令。同时，电力系统内部旋转电机，受谐波影响，其附加转矩不断增加，输出扭矩不断下降，系统局部发热现象严重[1]。

（2）给通信线路的正常运行带来诸多干扰。受谐波的影响，建筑项目内部的通信线路在日常运行期间，容易产生较多噪声，严重影响居民的通话质量。电力系统当中的继电保护装置在运行期间，受外部谐波影响，容易出现拒动故障。

（3）设备的运行损耗明显增加。如果谐波频率过高，导线的损耗量不断提升，尤其是三次与其倍数谐波，在变压器绕组当中，会产生较大的环流，增加电能损耗。结合电力设备的运行特点能够得知，受谐波影响，设备特别容易出现发热与老化现象，不断缩短设备运行寿命。电力系统线路在运行期间，由于绝缘发热现象严重，会明显增加建筑火灾发生概率。

2 谐波来源

2.1 电力电子变流装置

当前阶段，电力电子器件应用范围广泛，家用电器类型不断增多，虽然可以为居民的日常生活带来诸多便利，但是也会引发更多的谐波源，降低电力系统的安全性。通常来说，电气设备在运行期间，受自身工作性质与结构影响，会产生不同程度的谐波，各项电气设备均可视作谐波源。电力系统运行过程当中，如果出现谐波，其运行电压会明显下降，严重的还会引发电压畸变现象。

2.2 变压器

以非线性电感为核心的电压谐波，主要来自变压器，由于变压器内部的电流呈现非正弦波形，一旦出现平顶波或者尖顶波，表明其内部存在奇次谐波。因为变压器内部的谐波量无法准确判断，其具体数值受系统运行状态影响较大，变压器在正常运行状态，内部谐波含量比较低，若变压器处于空载运行状态，钻芯已经处于饱和状态，所以变压器内部的励磁电流会显著下降，感应电动势也会包含谐波成分[2]。

2.3 低压电器

建筑行业的飞速发展，建筑电气设计越来越先进，当前时期，大部分家用电器均由低压电网来供电，结合家用电器运行状态得知，由于其内部含有变压器和整流装置，虽然容量比较小，但是在运行期间也会出现励磁电流。

3 治理措施

3.1 合理安装无源滤波器

无源滤波器的合理安装，能够将周围的谐波电流快速吸收，对谐波起到一定的抑制作用，是一种比较有效的治理措施，可以显著减少谐波对建筑电气设备产生的危害与影响。例如，通过科学安装变频器电源端串联电抗装置，可以避免谐波注入到建筑电力网络中，此项装置具备安装简便、维修方便等特点，针对单个的固定谐波源，能够起到良好的治理效果。

为确保无源滤波器安装质量，建筑电气设计人员需要结合此项装置的运行特点，做好设备选型工作，并根据谐波源，做好型号匹配工作。串联在电力线路内部的无源滤波器会对终端设备产生影响，故在实际设计工作当中，设计人员要有针对性地选择[3]。

3.2 科学安装有源滤波器

此种类型的滤波器，主要是利用谐波采样装置进行收集，制造出和既有谐波电流幅值相等的电流，该电流和谐波电流相位完全相反，将其注入电力网络当中后，经过有效叠加，使得电力系统内部的谐波电流彻底抵消，对电力系统谐波起到一定的补偿作用，提高谐波治理效果。

有源滤波器具备良好的适应性，能够自动跟踪并补偿电力系统谐波，如果谐波被消除，可以暂停后续的注入，对后续电力网络正常运行不会产生任何的影响，并且不会产生谐振，应用前进广阔。

因为商业办公场所内部的荧光灯，包括建筑家用电器谐波分布范围比较广泛，通常将有源滤波装置安装到变配电室低压母线一侧，可以对该区域的配电系统，实施全方位谐波治理。由于有源滤波器应用范围的逐渐扩大，此种类型的装置补偿量逐渐提升，市场价格逐渐下降，在绿色建筑项目变配电设计中，通过安装此种装置，可以取得较好的谐波治理效果。

3.3 优化供电环境

合理选择供电电压等级，尽量保持在三相电流平衡状态，能够显著减少谐波对电力网络正常运行产生的不利影响。因为电力系统的容量比较大，需要较高等级的供电站来供电，谐波占比较高，针对谐波源负荷，设置专业的线路进行供电，能够减小谐波对电力系统负荷产生的影响，确保电力谐波实现集中治理[4]。

3.4 调整并联有源滤波器

3.4.1 对并联有源滤波器进行优化

通过在建筑电力电子装置交流一侧安装无源滤波器，通过合理利用电抗，避免高次谐波快速流入到电力网络中，提高电力系统的运行效率。因为此种方式具备成本低、效率高的特点，在单体设备中应用较多。但是，无源滤波器在运行期间，也存在缺陷，受系统自身的运行参数影响较大，或者系统的固定参数出现变化，会严重影响无源滤波器的整体运行效率。

通过对并联有源滤波器进行全面优化，能够获得较好的谐波治理成效。此种类型的滤波器具有良好的可控性，同时反应速度比较快，能够快速找到谐波源。通过运用动态检测技术，针对电力线路的非线性负荷谐波电流进行准确检测，并根据谐波电流的大小，向系统中输入与其相位相反的电流，经过叠加之后，将电力系统谐波电流抵消，达到消除谐波的目的。

对于建筑电气设计人员来讲，要结合现场的实际情况，对配电系统的负荷情况进行全面检验，并合理确定出装置的具体安装位置，尽量缩小装置和谐波源之间的距离，也可以直降将装置安装到直接供电谐波源配电箱当中，确保装置自身的谐波治理功能得到有效发挥。

3.4.2 投入混合型滤波器的安装

结合建筑电气设备谐波治理效果得知，投入混合型滤波器的治理效率比较高，主要是将有源滤波器和无源滤波器有效搭配，具备无源滤波器成本低、效率高特点，而且可以全面发挥出有源滤波器控制灵活与动态补偿功能，将这些参数有效配合，能够显著提高建筑电气系统的运行安全性，取得良好的节能效果，使得电力系统运行成本不断下降。

3.4.3 谐波保护装置

在建筑电气设备谐波治理过程中，谐波保护装置比较常见，主要是采取单独设计的电路，吸收电力系统各种频率，减少谐波干扰现象的发生，具备良好的可靠性与安全性。针对一些比较重要的电力设备，通过安装谐波保护装置，可以有效消除谐波源，获得良好的净化效果。

3.4.4 合理选择滤波器

按照补偿谐波电流容量分级，并联有源滤波装置的电流容量在25~300A 之间，通常来讲，民用建筑电气设计当中所采用的电流容量为100A。但是，在银行当中，因为UPS 装置数量比较多，容量较大，再加上电脑的配置数量过多，谐波量较大，对供电质量提出更高要求，需要配置200~300A 有源滤波器装置，方可消除谐波[5]。

此外，对于谐波源比较多的建筑项目，比如机房配电间与医院的放射科当中，通过设置有源滤波器，有针对性地治理，可以显著降低滤波治理成本。针对较为敏感的终端装置，为了减少高频谐波所产生的干扰，也可以安装主动谐波保护装置，避免谐波的侵入。

3.5 安装静止无功补偿装置

静止无功补偿装置主要由控制电抗器与滤波装置组成，具备调节简单、操作便捷、反应速度快等特点，能够全面治理谐波。对于无变压器电网联系，可以安装SVG 装置，通过加强电压控制，可以显著减少能源损耗，减小谐波对电力系统产生的干扰。同时，建筑电气设计人员在具体工作当中，还要对既有的配电网络进行全面优化，根据配电网络运行特点，制定完善的优化方案。

因为谐波具备多发性与随机性等特点，对建筑内部各项电气设备安全运行影响较大，所以，为了确保建筑电气设备的安全运行，建筑电气设计人员要根据设备运行情况，采取合理的控制措施，不断延长电气设备的运行寿命。

4 结语

综上所述，通过对建筑电气设计当中的谐波治理措施进行有效性的分析，例如合理安装无源滤波器、科学安装有源滤波器、优化供电环境等，并提出调整并联有源滤波器的措施，例如对并联有源滤波器进行优化、投入混合型滤波器的安装、谐波保护装置安装、合理选择滤波器等，能够确保建筑电气谐波得到有效治理，不断延长各类建筑电气设备的运行寿命。