关于建筑电气设计中谐波治理措施的探讨

肖现华 秦长亭

摘 要 建筑楼宇中设有多种电气设备，有些非线性电气设备会产生谐波，注入电网，对电力系统的正常运行造成负面影响，严重影响电网的电能质量，有可能损坏其他的电气设备。在建筑电气设计中需要对谐波问题全面了解，明确影响因素，采取有效的谐波治理技术措施，提高供电质量，以维护建筑用户的电力使用效益。

关键词 建筑;电气设计;谐波;治理措施

引言

建筑物中安装有各种电气设备，一些非线性的电气设备，如空调机组、大型医疗设备、调光可控硅设备等，会产生谐波，注入电网后影响电网的电能质量，影响建筑物中其他设备的正常运行。

1造成建筑电气设备谐波问题的影响因素

电力电子技术产品的广泛应用，非线性电气设备在运行中会产生谐波，影响其他电气设备的正常运行。受到影响的电气设备电压瞬间升高，产生过电压，对与供电系统相连的设备造成损坏。在建筑电气设备运行的过程中，电力网络在供电系统的作用下发挥供电作用，将电能传递给电气设备，当有谐波产生的时候，电网以及电气设备都处于不稳定的运行状态[1]。

供电系统谐波是用傅立叶级数分解周期性非正弦电量，除了得到与电网基频相同的分量外，还得到一系列大于电网基频的分量，谐波频率与基频之比称为谐波频率。谐波是一种干扰，对电网造成污染。非线性电气设备向公用电网注入谐波电流或产生谐波电压的电力设备即为谐波源。主要谐波源是非线性电气设备，由于这些设备使用的电流是非正弦的，其谐波分量会引起电网正弦电压的畸变，谐波电流的大小取决于设备，与电网无关，它可以看作是一个恒流源。

2电气设计中谐波治理的有效措施

2.1 对谐波过电压问题采取技术策略

理论上，只要非线性电气产生的谐波不注入电网，建筑物中其他电气设备就不会被注入谐波电流，自然就不会导致电气设备过电压现象。如果供电系统向建筑物电气设备注入谐波电流，建筑物电气设备的谐波电流频率，那么在谐波电流的作用下，将导致谐波过电压瞬间减小。

通过在电气设备上加装滤波器可以有效地降低谐波电流水平。为了防止谐波电流注入电气设备，必须采取必要的技术措施。将多重整流技术应用到电力设备上，将大大降低注入建筑物电气设备的谐波电流水平，也将降低谐波频率[2]。

2.2 治理谐波的有效方法

采用无源滤波器是传统的谐波抑制方法。无源滤波器是将一组电抗器和电容器以串联方式组合在一起。在一定频率下，该电路的阻抗比电网中的其他电路低得多。无缘滤波装置的缺点是容易过载，在过载时容易被烧损。随着运行时间的延长，滤波装置配件的老化或者电网中用电负荷变动较大的时候，谐波振动频率就会有所变化，从而降低滤波效果。

当无源高通滤波器与供电系统的母线采用并联的连接方式时，建筑电气设备呈现其谐波特性。通过安装高通滤波器，在建筑电气设备运行过程中，谐波阻抗特性会发生变化：第一个变化是谐波阻抗值变小，在注入谐波电流时，谐波电压显著降低;第二个变化是谐波阻抗的频率已经从原来的高频移到低频，这样可以避免建筑電气设备受到谐波的影响产生频率，谐波的电压水平会相应降低。

采用有源滤波器抑制谐波是最常用的一种有效治理方法。并联型有源滤波器实质上是一个谐波电流源，它可以被控制、并能做出快速反应，与非线性负荷并联，能实现自动检测非线性负荷产生的谐波电流[3]。其抑制谐波的原理是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，补偿后的最终结果是系统只向负荷提供基波电流。有源滤波器的安装位置，需要根据配电系统和负荷情况的需要设置在相应位置。工程经验表明有源滤波器的安装位置与谐波源越近，滤波效果越好，这也是减小谐波电流和谐波电压畸变的最好办法。

2.3 治理谐波过电压的实施方案探索

建筑物电气设备与高通滤波器并联是抑制谐波过电压的有效接地控制技术。建筑电气设备不同，谐波阻抗的特性也不同，影响及后果也会不同。为了做好这项工作，需要收集具体的工程数据信息，主要包括建筑电气设备的运行状态和谐波处理状态[4]。为了有效控制谐波，需要利用外部电源测量建筑物电气设备的电流传输状态和电压传输状态，并进行深入分析，确定谐波的频谱，还要明确其内容、高通滤波形式及相关参数。

从理论的角度而言，在电气设备上安装滤波器可以起到一定的抑制谐波过电压的作用，可以降低过电压水平，也对抑制谐波有良好的效果。过滤器在使用过程中，为使其持续稳定地发挥最佳性能，必须做好技术维护、定期检查，并采取必要的保护措施，特别是在工程建设过程中，从现场环境条件出发，采取必要的技术维护措施。在供电系统和电气设备安装滤波器后，应做好调试工作，并进行技术评估，确定滤波器的正确安装位置，避免因安装位置不同而引起的谐波过电压水平的提高[5]。

3结束语

通过上面的论述可以看出，通过改变建筑电气设备的谐波电流和谐波阻抗特性，可以抑制谐波过电压。在建筑电气设备供电回路安装高通滤波器时，要考虑到电网的运行方式、建筑电气设备的情况、现场环境和运行维护条件，选择合适的高通滤波器参数和滤波器形式。设置无源滤波器或有源滤波器，也可以起到有效抑制谐波的作用。

参考文献

[1] 刘尧，许威.智能建筑电气设计中谐波治理措施的研究[J].中国科技纵横，2015，（15）：108.

[2] 崔芹.试论建筑电气设计中谐波治理措施的应用[J].房地产导刊，2017，（14）：58-59.

[3] 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，（9）：107.

[4] 马洪珍.浅谈谐波治理措施在建筑电气设计中的应用[J].科学技术创新，2011，（33）：287.

[5] 曾强，孙延军.浅谈现代智能建筑电气设计中对谐波的治理[J].科学技术创新，2011，（2）：271.