建筑供用電系統(tǒng)諧波污染控制與無功功率補償

摘 要 當(dāng)前，建筑用電系統(tǒng)所產(chǎn)生的諧波已經(jīng)成為我國城市公共電網(wǎng)的一個巨大污染源，它所帶來的環(huán)境問題已經(jīng)不容忽視。本文筆者簡要介紹了諧波污染源的相關(guān)問題，并說明了諧波污染與無功功率之間的關(guān)系，最終從建筑節(jié)能和環(huán)保角度提出一些控制措施，。

關(guān)鍵詞 建筑供用電系統(tǒng) 諧波污染控制 無功功率補償

據(jù)相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，電網(wǎng)的諧波大約有40%都是來自于建筑用電系統(tǒng)的，這些諧波不僅會嚴(yán)重污染用電電網(wǎng)，而且會造成電能的生產(chǎn)、傳輸以及利用效率降低，更有甚者會導(dǎo)致建筑內(nèi)的電氣設(shè)備過熱、產(chǎn)生噪聲，進(jìn)而加快電路老化，縮短用電設(shè)備的使用壽命，威脅人們的生命財產(chǎn)安全。所以，現(xiàn)階段加強對建筑供電系統(tǒng)的諧波污染控制與無功功率補償具有十分重要的現(xiàn)實意義。

一、建筑供用電系統(tǒng)的諧波和無功功率

（一）諧波

今天，人們所使用的每一度電都離不開供用電系統(tǒng)，然而隨著用電設(shè)備的不斷增多，諧波也會產(chǎn)生得越來越多。所謂諧波，是由于正弦電壓加壓于非線性負(fù)載，基波電流發(fā)生畸變而產(chǎn)生的，現(xiàn)在人們經(jīng)常使用的電子裝置、變頻裝置等，這些伏安特性為非線性的設(shè)備都會產(chǎn)生諧波。這些諧波輕則導(dǎo)致導(dǎo)線過載、絕緣損壞，重則引發(fā)短路和火災(zāi)。

（二）諧波污與無功負(fù)荷的關(guān)系

可以看出，在電力系統(tǒng)中，諧波產(chǎn)生的根本原因是由于非線性負(fù)載所致。在建筑供用電系統(tǒng)中，各種變壓器、熒光燈、整流器以及開關(guān)電源等都是典型的阻感負(fù)荷，它們所消耗的無功功率在供用電系統(tǒng)消耗的無功功率中占有很大比例。而且這些阻感負(fù)（產(chǎn)生諧波的設(shè)備往往都是消耗基波無功功率的設(shè)備，要想真正控制諧波，我們就需要采取補償基波無功功率以及提高功率因數(shù)。

二、建筑供用電系統(tǒng)諧波污染的控制方法分析

（一）諧波污染控制

通常來說，我們可以采取傳統(tǒng)的控制諧波的方法，那就是設(shè)置無源LC濾波器。它是由諧波電抗器、電容器和電阻器三個部分組合而成的濾波裝置，它和諧波源并聯(lián)，不僅能夠起到濾波的功效，還兼有無功補償?shù)淖饔?。在?dāng)前的供用電系統(tǒng)中，大量使用諧波源設(shè)備還須得注意兩個方面的問題：一是要把建筑供用電系統(tǒng)作為整體統(tǒng)一來考慮諧波的控制問題；二是要把諧波控制與無功補償結(jié)合起來。下面，筆者針對建筑供電系統(tǒng)諧波的控制方式和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的諧波要求作出一些說明：

1、變電所。在400V成套低壓開關(guān)柜的功率因數(shù)補償柜內(nèi)，我們應(yīng)當(dāng)設(shè)置電抗器，這樣可以集中吸收無功功率，而且同時又能夠起到控制諧波的作用。

2、電力變壓器。通常來說，我們可以采用 Dyn11 聯(lián)結(jié)組別的三相電力變壓器，這樣可以為三次諧波提供環(huán)流通路。

3、不間斷電源和應(yīng)急電源。不間斷電源的輸出應(yīng)當(dāng)配置一根加大的中線，這樣可以有效減少三次諧波引起的發(fā)熱。應(yīng)急電源的中線應(yīng)當(dāng)與相線有相同的規(guī)格， 這樣才能最大限度地減少諧波引起的發(fā)熱效應(yīng)。

4、空調(diào)和諧波濾波器。一般來說，空調(diào)循環(huán)水泵、變頻器和諧波濾波器應(yīng)當(dāng)一一對應(yīng)，我們可以采用就地式補償無功功率和控制諧波的方法。值得注意的是。大功率變頻器應(yīng)當(dāng)設(shè)置輸出電抗器，這樣才能有效抑制逆變器所產(chǎn)生的尖峰突波電壓，同時也能夠極大地減少對電動機絕緣的損害。除此之外，我們還應(yīng)當(dāng)在每臺變頻器的動力進(jìn)線回路上安裝諧波濾波器。

5、照明和電梯。往往對電源質(zhì)量要求較高的電子設(shè)備機房的熒光燈應(yīng)當(dāng)采用節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器，切忌使用電子鎮(zhèn)流器?，F(xiàn)代建筑內(nèi)的電梯最好采用VVVF控制方式，它的VVVF 驅(qū)動裝置的電壓諧波失真不應(yīng)超過10%。

（二）無功功率補償

現(xiàn)階段，在建筑供用電系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的的諧波控制方法就是設(shè)置無功補償并聯(lián)電容器。如果按照補償?shù)姆绞絹磉M(jìn)行分類，我們可以把它分為集中補償和就地補償兩種方式。前者就是電容器組集中安裝在建筑的總降壓變電所10kV的母線上，以此提高整個變電所的功率因數(shù)，減少10kV線路的無功損耗，進(jìn)而提高供電電壓的質(zhì)量。后者是把電容器安裝在異步電動機或電感性負(fù)載附近，采取就地或就近原則進(jìn)行無功補償，不僅提高了用電設(shè)備的供電回路功率因數(shù)，又極大地改善了用電設(shè)備的電壓質(zhì)量。當(dāng)然，這兩種方式各有優(yōu)劣，我們在實際的供用電系統(tǒng)中應(yīng)當(dāng)綜合考慮，合理布局。

除了上述兩種常用方式外，我們也可以采取一些綜合措施。一是可以對建筑供用電諧波進(jìn)行實時監(jiān)控，尤其需要在主電路或可能產(chǎn)生較大諧波電流的回路接入諧波含量的檢測裝置，這樣可以隨時對其產(chǎn)生的諧波情況進(jìn)行檢測，對于用電量大或較大的公共建筑，應(yīng)當(dāng)設(shè)置電力監(jiān)控系統(tǒng)開展監(jiān)控工作；二是應(yīng)當(dāng)盡可能地避免使用會產(chǎn)生較大諧波的設(shè)備。對于部分具有諧波互補性的裝置應(yīng)當(dāng)進(jìn)行集中安裝或設(shè)置，有的諧波量大的用電設(shè)備也可以適當(dāng)?shù)夭扇∠拗剖褂么胧?；三是?yīng)當(dāng)對建筑供用電系統(tǒng)進(jìn)行合理的設(shè)計，盡量把非線性負(fù)荷和敏感負(fù)荷分開，以此來減小系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波；四是注重對供用電系統(tǒng)整流器的改造。我們可以采用PWM 控制的高功率因數(shù)整流器，這樣可以對PWM 整流電路進(jìn)行適當(dāng)控制，進(jìn)而達(dá)到控制諧波產(chǎn)生的目的；五是對于部分有變頻控制需要的用電設(shè)備，在進(jìn)行安裝的時候應(yīng)盡可能地把變頻裝置靠近被控設(shè)備并采取控制諧波的措施；六是可以適當(dāng)增大回路中配電線的線徑，這樣有利于減小諧波電流對導(dǎo)線的危害，杜絕電氣火災(zāi)的發(fā)生。

三、結(jié)束語

總而言之，建筑供用電系統(tǒng)諧波污染的危害十分嚴(yán)重，現(xiàn)階段我們必須積極采取諧波污染控制與無功功率補償措施加以防治，這樣才能確保供用電系統(tǒng)的安全運行，確保人們的生命財產(chǎn)安全。

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（作者單位：河南省水利水電學(xué)校）