民用建筑电气中谐波治理问题探讨
[摘要]民用建筑中，节能灯、计算机等电子开关设备的比重越来越大，逐渐成为了民用建筑的配电系统的谐波源，对民用建筑的配电系统造成严重的影响。民用建筑的电气负载具有多种形式，运行状况也存在多样性，谐波治理比较困难。本文从民用建筑谐波问题的特点进行分析，探讨抑制谐波电流的各种措施，期望对今后民用建筑的电气谐波问题有所借鉴。 [关键词]民用建筑 谐波治理 滤波
中图分类号：tm711 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）07-02-01
一、民用建筑的电气谐波概述
谐波指频率与基波的倍数相等的辅波或分量。谐波的数学分析早在18世纪、19世纪就已经产生，在二十世纪的二、三十年代，电力系统的谐波问题引起了人们的关注，电力系统的畸变现象开始成为人们研究的范畴。但是，在谐波的研究中，主要集中在对工业设备等功率较大等方面，而对于低压民用建筑的配电系统没能予以重视，民用建筑的谐波治理没能科学实施。
目前，由于人们生活水平的提高，民用建筑的电气自动化水平不断提高。计算机、变频空调、不间断的电源和荧光灯等多种形式的非线性设备在民用建筑中广泛使用，产生了大量谐波，对民用建筑的低压配电系统造成影响。如果不对这些谐波源进行有效控制，谐波电流将直接注入配电系统，引起电网波形的畸变，增加电网的
耗损，电能浪费比较严重，也给电网的运行造成安全隐患。同时，电网波形的畸变，对电网周围的电气环境造成污染，影响建筑内的其他设备的运行。民用建筑的电气谐波治理势在必行。 二、民用建筑的电气谐波分析 （一）谐波源、谐波危害分析
民用建筑的电气谐波源主要是各种非线性用电设备，包括各种双向晶闸管的可控开关设备、pwm变频器和交直流的换流设备等电子电力设备。可分为单相整流负载和三相负载两种。
单相负载包括民用建筑内的电梯、空调、节能灯、计算机、显示屏等负载。民用建筑的单相负载谐波主要以3次、5次、7次、9次为主要的谐波电流。其中，谐波电流最大的是计算机负载，不同品牌的计算机的谐波电流含量不同。节能灯负载的谐波为30%左右，空调和电梯负载的谐波为20%左右，运行状态的变化会对单相负载的谐波电流产生影响。
三相负载主要包括三相ups电源、生活水泵等负载。在对三相负载的分析中可以发现，三相变频负载的设备主要以5次、7次为主要的谐波电流，产生电流畸变可高达70%以上。在没有采取谐波抑制的情况下，三相负载所产生的谐波电源跟设备的功率有联系，功率越小，所产生的谐波电流的畸变越大。某些三相负载自备抑波设备，如直流平波的电抗器，可以将谐波减少到40%以下。在民用建筑中，三相负载的数量不多，大都集中使用，但是单台的功率较大，也是非常重要的谐波源。
（二）谐波对变压器的影响分析
在民用建筑中，谐波对变压器产生了影响。由于单相负载的大量使用，零序的谐波电流在变压器的中线叠加，造成零线电流增大，变压器发热，增加了民用建筑的火灾风险。在一般情况下，由于单线负载的功率因数较高，经常发生功率因素的不合理问题。同时，由于单相负载中的不可预测性和变化性大等特点，谐波的变化比较大，随机性强，单线负载的季节性变化比较明显。 三、民用建筑的电气谐波治理
目前，民用建筑的电气谐波的治理主要采取两种方法，一是改变电气负载的运行方式，从而有效减少负载谐波电流进入电网。例如：可以使用单相负载取代三相负载在配电系统中有效运行，减少谐波电源。二是在电气负载中安装滤波器以减少谐波电源进入电网，包括有源滤波器、无源滤波器两种，有源滤波器的性能较好，但因为成本较高和稳定性等比无缘滤波器差，在目前的使用不是很普遍。无源滤波器主要包括三种：曲折接线的变压器型、中线串联的阻断器类型、并联的lc滤波器。中线串联的阻断器类型由于较为方便和自由，在目前的民用建筑中广泛采用。 （一）曲折接线的变压器
曲折接线的变压器的构造和性能为：将曲线滤波器并联在三相四线制的中线和相线上，形成了一个较低的零序性谐波的阻抗通道，将中线中的谐波电流有效滤除。这种滤波器已经在国外采用，如加拿大的mirrus公司。在国内的使用还比较少，产品的使用范
围有限，航天706对这类产品有一定的研究。在目前的模拟分析中，这种滤波器的阻抗电压可以趋近为零。但由于技术条件的，变压器内阻存在着不平衡，滤波效果并不明显。同时，由于其并联结构，造成滤波器本身的感性负载比较明显，在超强功率因数负载中比较适用，只能有效抑制零序谐波电流，对三相负载的滤波效果不明显。
（二）中线串联的阻断器
中线串联的阻断器指的是将电抗电容串联，谐振设置为3次，以形成三次谐波的高阻抗的回路，通过抑制在中线上的3次谐波电流，实现对中线电流谐波的抑制。中线串联的滤波器由于安装比较方便，滤波效果好，国内外都有相关的产品。串联阻断器在滤波时会引起中线电压的偏移，中线阻抗将增大。在电流滤波的整流桥中，零线电压的偏移保持在30～40v之间，如果在整流桥中有电抗器，其偏移将随着电源的增大而变大，对负载端的电压产生影响。串联滤波器对零序谐波电流的抑制效果较为显著，对5次、7次的谐波电流的抑制也有明显效果。 （三）并联的lc滤波器
lc滤波器主要采用传统的单调谐的形式，可以采用并联电抗组和串联电抗组向结合的形式进行谐波抑制，在国内外均有成熟的产品。传统的lc滤波器因为功率因素的超前等问题，滤波效果不明显，仅能将谐波的抑制控制在30%左右。组合的lcl滤波器性能优于传统的lc滤波器，但因其成本较高，使用的范围受到。
四、民用建筑电气谐波治理的方法分析
民用建筑的电气负载由于其相线谐波的含量较高，中线上的零序谐波的电流较大，设备负载的变化较大，且缺乏预测性，控制比较困难，对民用建筑电气的谐波治理可以结合以下几种方式： 第一，在民用建筑中，对于单相负载集中使用和功率较大的三相负载等场合，应采取lc滤波器对单独的电气谐波负载进行有效抑制，以减少谐波进入电源。如并联的lc滤波器效果不佳，可采用组合的lcl滤波器。
第二，在单相负载的集中使用场合，对中线零序谐波电流的抑制可以采用曲折滤波器。
第三，在负载比较单一，且对端电压有一定容忍性的场合，例如节能灯、彩灯等单独配电的负载，可以采用串联阻断器对线谐波进行治理，减少滤波的成本。
第四，无源滤波器的可靠性比较高，但是其跟踪负载的性能较差，负载变化情况对无源滤波器的效果产生影响，可以结合有源滤波器进行有效滤波。 结束语
民用建筑电气谐波的治理，可以有效减少各种电气负载对低压电网的影响，减少了电网运行的安全风险，为人们的生活生产提供保障。本文通过对电气谐波的分析，探讨了民用建筑中的主要的谐波源，针对无源滤波器的稳定性，对各种无源滤波器：曲折接线的变压器型、中线串联的阻断器类型、并联的lc滤波器进行分析，
结合民用建筑的谐波源，对民用建筑的电气谐波进行有效治理，对建筑工程的实践产生重要的指导意义。 参考文献
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