论现代建筑中谐波的危害与防治

       【论文关键词】智能建筑；谐波；公用电网 　

　　【论文摘要】近年来，随着国家工业化和建筑智能化水平的不断提高，现代建筑中的谐波危害也与越来越大，本文分析了危害的产生，从两种性能滤波器的选择给出了谐波的防治措施，仅供参考。

　　
　　
　　 随着技术的进步和计算机时代的到来，国家工业化和建筑智能化水平不断提高，大容量电力整流、换流设备以及电子设备在各工业部门和电力系统及其自动控制中的广泛应用，产生谐波的设备及数量均己剧增，并将继续增长。实践表明，来自供电系统的多种异常波形对敏感的电子设备的正常运行构成了严重威胁，甚至毁坏硬件，数据丢失，所造成的经济损失是巨大的。智能建筑中大量的电子设备及电气设备产生的谐波对配电系统污染严重，随着智能建筑及智能小区的迅速发展，若治理不力，这种污染愈来愈重，将成为公用电网的主要污染源。因此现代智能建筑电气设计中必须很慎重地考虑谐波以及它的不良影响，综合治理好智能建筑的谐波和无功功率，对提高公用电网的电能质量以及提高智能建筑的功能和效益等方面有十分重要的意义。

　　
　　1谐波的概念
　　
　　国际上公认的谐波定义为：“谐波是一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍”。波形畸变是指交流电力系统中电压或电流波形偏离正弦波。一个具有非正弦波形的周期变量可以用一组正弦变量及恒定分量之和来表示。频率与原波形的频率相同的分量称为基波，其余频率为基波整数倍的分量为谐波(hannonic)。谐波频率和基波频率的比值称为谐波的次数。所讨论的非正弦畸变波形应该是周期性重复而且持续一段时间的过程，所以谐波是属于稳态范畴的念。
　　

　　2谐波的危害
　　
　　近年来，随着社会的发展、科技的进步，电力系统的谐波源也发生了很大的变化。目前，日益增长的非线性负荷的应用引起的谐波电流将会给电缆、变压器机带来麻烦。智能建筑中产生的谐波电压和谐波电流，对配电系统是一种污染，楼宇中的终端电气设备与电子设备及楼宇智能化系统用电环境恶化，并的通信系统甚至配电系统以外的设备带来危害。智能建筑中谐波主要来自于两方面，一是大量非线性负荷形成的谐波源，导致配电系统的电压、电流发生畸变，产生谐波；二是公用电网本身具有一定的谐波含量和配电变压器等作为谐波源产生的谐波，由网侧传输至配电系统。

　　2.1附加谐波损耗的产生谐波也能使一些大容量电力整流、换流设备以及电子设备产生谐波损耗。一些附加谐波损耗的包括：其一，由于变压器的温度升高，它的产生由于：谐波电流能增加变压器的铜损和漏磁损耗或者是谐波电压能增加铁损。其二，电动机过热或者产生附加力矩，由于它使电机主磁通呈脉动性，将产生高频噪音、振动和转动的周期变动，容易与机座发生共振现象，破坏机械设备本体，危害的严重性与谐波电压、谐波电流以及旋转电机的型式和结构有关。其三，谐波能引起电容器过热、过压，谐波电压使电容器产生额外的功率损耗，并联电容器其容抗随着谐波频率增大而减少，产生过电流，加速绝缘老化进程，增加绝缘击穿故障。

　　2.2谐波能损坏敏感电子设备谐波对敏感电子设备的主要影响有：

①对过零检测以基波频率为基准的电子设备，因谐波的的影响造成过零误动作，这种多个过零破坏电子设备的运行，最明显的是数字时钟，任何应用过零原理的同步元件都应考虑这种影响。半导体器件经常在电压过零时投入，以降低电磁干扰和涌流，多次过零会改变器件投入时间，破坏设备的运行。

②电力电子电源使用波形的峰值以维持滤波电容器的全充电。谐波畸形可提高或削平波峰的峰值。其结果是即使均方根值的输入电压是正常的，电力电源将实际在高的或低的输入电压下，严重时设备的运行可能遭到破坏。

③谐波会引起楼宇自动化、消防报警、办公自动化、安全防范等系统的电子装置误动作，甚至无法工作。

　　2.3谐波恶化电力电缆绝缘和母线过热电缆的分布电容可使谐波放大，谐波流过电力电缆时，所产生的集肤效应将会加重，使电缆产生过热，附加损耗增大。谐波引起电缆损坏的主要原因是浸渍绝缘的局部放电、介损和温升的增大。电缆的额定等级愈高，谐波引起电缆介质不稳定的危险性愈大。谐波电压引起的电压波形畸变会影响线路正常运行，当谐波电压与基波电压波峰重合时，可能使线路的电晕问题变得严重。在电网低谷负荷下当电网电压上升而谐波电压也升高的时刻，电缆更容易出现故障。

　　2.4降低开关设备的开断能力高次谐波含量较高的电流将使断路器的分断能力降低。这是因为当电流有效值相同时，波形畸变严重的电流与工频正弦波形的电流相比较大。当存在严重的谐波电流时，某些断路器的磁线圈不能常工作，开断将更为困难，而且由于开断时间延长而延长了故障电流切除时间因而造成快速重合闸后的再燃。各种中压断路器在截断电感电流时，可能发生大的谐频涌波电压和重燃现象，这和截流过程中激发的暂态参数谐振有关，并且常常受到附近电容器的响声。
　　

　　3简述谐波的控制方法
　　
　　以上列举了几种危害以及危害产生的原因，就其特点我们主要是从以下两方面考虑：一是装设谐波补偿装置来补偿谐波，这对各种谐波源都是适用的；二是对电力电子装置本身进行改造，使其不产生谐波。

　　3.1采用无源调谐滤波器以前传统的谐波补偿办法主要是采用LC组成的无源调谐滤波器，由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成。它利用电容、电感在谐波频率时发生谐振，提供谐波入地的低阻通路，使谐波导入大地脱离电网。它的优点是：在基波时呈容性，能够同时补偿电网中感性无功功率，具有结构简单、技术成熟、前期投资少、功率容量大、运行可靠性高、运行费用低等优点，一直被广泛使用。但它缺点也较多：受电网阻抗和运行状态影响大，易和系统发生并联谐振，导致谐波放大，甚至过载烧毁；它也只能补偿固定频率的谐波，当所需补偿谐波较多时需装置多组滤波器，既增加了成本也降低了可靠性。

　　3.2有源电力滤波器有源滤波器是20世纪80年代以来逐渐兴起的谐波抑制新方法，目前己成为谐波抑制的一种趋势。它的优点是：能对频率和大小都变化的谐波和无功进行补偿，可以弥补无源滤波器的不足，获得比无源滤波器更好的补偿特性，是一种理想的补偿谐波装置。与无源滤波器相比，有源滤波器有以下优点：

①为高次谐波电流源，不受系统阻抗的影响。

②没有共振现象，系统结构的变化不会影响补偿效果。

③原理上比LC滤波器更为优越，用一台装置就能完成各次谐波的补偿。

④即使高次谐波的频率发生变化，也能完全补偿。有源电力滤波器的变流电路可分为电压型和电流型，目前实际应用的装置中90%以上是电压型。从与负载连接形式的角度可分为并联型有源电力滤波器和串联型有源电力滤波器两大类。现在运行的装置几乎都是并联型，上述类型都可以单独使用也可以和LC滤波器混合使用。目前，有源电力滤波器的研究主要集中在交流有源电力滤波器，直流有源电力滤波器的研究也在逐步开展，典型的研究之一是在直流输电系统中的应用。

　　3.3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器。

①采用整流电路的多重化。

②采用脉宽调制整流电路。

③采用带斩波器的二极管整流电路。

④矩阵式变频电路。
　　
　　

参考文献

　　1宋文南，刘宝仁.电力系统谐波分析[M].北京：水利电力出版社，1995
　　2戴瑜兴，张义兵，胡庆伟.智能建筑谐波和无功功率的综合治理[J].2003