黃毓輝

（廣州市琳江建筑設(shè)計(jì)有限公司）

現(xiàn)代智能建筑諧波特性及治理措施研究

黃毓輝

（廣州市琳江建筑設(shè)計(jì)有限公司）

現(xiàn)代智能建筑在電氣設(shè)計(jì)方面具有良好的優(yōu)勢(shì)，為用戶提供了更加全面的使用功能。但是，隨著電力電子設(shè)備的應(yīng)用增加，所產(chǎn)生的諧波也不斷增加，對(duì)建筑內(nèi)的供電系統(tǒng)和建筑設(shè)備產(chǎn)生不良影響，因此，加強(qiáng)現(xiàn)代智能建筑電氣諧波的研究和治理具有重要意義。論文簡(jiǎn)單分析了現(xiàn)代智能建筑諧波特性及危害，并探討了相關(guān)的治理措施。

智能建筑；電氣諧波特性；治理措施

1 引言

智能建筑是建筑行業(yè)發(fā)展到一定程度的產(chǎn)物，有效結(jié)合了現(xiàn)代建筑技術(shù)、信息技術(shù)、電氣控制技術(shù)，根據(jù)用戶的需求優(yōu)化組合結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)、管理等幾部分的內(nèi)容，大大改善了用戶的生活質(zhì)量。但是，現(xiàn)代智能建筑各方面的完善都需要現(xiàn)代化的設(shè)備和裝置作為硬件支持，例如通信設(shè)備、電氣控制設(shè)備、數(shù)碼辦公設(shè)備等。但是各種電子設(shè)備、電氣設(shè)備的大量應(yīng)用，必然會(huì)造成智能建筑諧波危害，對(duì)建筑控制系統(tǒng)和運(yùn)行設(shè)備的正常、穩(wěn)定運(yùn)行造成威脅，降低了建筑內(nèi)部的電力供應(yīng)質(zhì)量，存在很大的安全隱患，因此，如何有效治理諧波危害成為智能建筑建設(shè)和發(fā)展的重要課題。

2 現(xiàn)代智能建筑諧波特性

現(xiàn)代智能建筑的諧波產(chǎn)生的原因主要包括兩方面：一是非線性負(fù)荷形成的諧波源造成配電系統(tǒng)的電流、電壓畸變，從而產(chǎn)生諧波；二是公共電網(wǎng)具有一定諧波含量，同時(shí)配電變壓器也是諧波源。諧波特性主要包括對(duì)稱(chēng)性、相序性、獨(dú)立性等方面，具體分析如下。

2.1 對(duì)稱(chēng)性

現(xiàn)代智能建筑諧波的對(duì)稱(chēng)性可以分為奇對(duì)稱(chēng)、偶對(duì)稱(chēng)和半波對(duì)稱(chēng)：（1）奇對(duì)稱(chēng)性指的是諧波在傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)時(shí)沒(méi)有余弦，用公式表達(dá)為f(-t)=f(t)；（2）偶對(duì)稱(chēng)性指的是諧波在傅里葉展開(kāi)級(jí)數(shù)中只有余弦，而正弦是不存在的，用公式表達(dá)為f(-t)=f(t)；（3）半波對(duì)稱(chēng)特性指的是智能建筑的偶次諧波被抵消，并且不存在直流分量，在電力系統(tǒng)中，存在很多雙向?qū)ΨQ(chēng)性元件，容易產(chǎn)生具有半波對(duì)稱(chēng)性的電壓和電流，電網(wǎng)中的偶次諧波往往被忽略。

2.2 獨(dú)立性

現(xiàn)代智能建筑的獨(dú)立性指的是對(duì)于不同的諧波，平衡電力系統(tǒng)所做出的響應(yīng)是相互獨(dú)立的，總的響應(yīng)就是各個(gè)獨(dú)立諧波進(jìn)行相加。根據(jù)這點(diǎn)可以發(fā)現(xiàn)，各次諧波互不干擾，可以進(jìn)行獨(dú)立的分析和治理。

2.3 相序性

正序的諧波包括基波、四次、七次等諧波；負(fù)序的諧波指的是二次諧波，之后是五次諧波，還有八次諧波，以此類(lèi)推；零序的諧波則是3的倍數(shù)級(jí)別的諧波，這類(lèi)諧波下的電流不能夠流入中性點(diǎn)不接地的星形電路和三角形連接的電路。當(dāng)系統(tǒng)存在諧波時(shí)，肯定出現(xiàn)了零序和負(fù)序的電流，這與系統(tǒng)是否平衡無(wú)關(guān)。

3 現(xiàn)代智能建筑諧波的危害

3.1 造成設(shè)備產(chǎn)生諧波損耗

在現(xiàn)代智能建筑的電力系統(tǒng)中，諧波造成變壓器溫度升高和電動(dòng)機(jī)力矩增加。對(duì)于電力變壓器而言，諧波電流使得變壓器的銅損耗、鐵損耗、漏磁損耗增加，并且諧波頻率增加，鐵損耗會(huì)更高。高次諧波的干擾會(huì)造成變壓器發(fā)熱，例如外殼、外層硅鋼片等固體發(fā)熱，對(duì)變壓器的正常運(yùn)作造成影響，使得建筑內(nèi)的電力轉(zhuǎn)變質(zhì)量降低。同時(shí)諧波對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)也存在一定危害，電機(jī)在諧波影響下會(huì)產(chǎn)生附加損耗和轉(zhuǎn)矩，主磁通呈現(xiàn)脈動(dòng)性，容易造成機(jī)械設(shè)備的共振，并且諧波電流和電機(jī)的負(fù)序基波電流共同作用，造成電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)困難，影響設(shè)備運(yùn)行效率。

3.2 使得敏感電子設(shè)備受到損害

現(xiàn)代智能建筑中安裝和使用著很多的敏感電子設(shè)備，諧波對(duì)這些敏感電子設(shè)備的影響主要表現(xiàn)為：（1）以基波頻率為基準(zhǔn)的電子設(shè)備需要過(guò)零檢測(cè)，受到諧波影響，這類(lèi)電子設(shè)備會(huì)出現(xiàn)過(guò)零誤動(dòng)作，例如數(shù)字時(shí)鐘等，多次過(guò)零使得設(shè)備難以正常運(yùn)行；（2）很多電力電子設(shè)備的電源通常采用波形的峰值來(lái)保障濾波電容器處于全充電狀態(tài)，但是諧波會(huì)造成波峰的提高或降低，使得電壓不穩(wěn)定，電力電子設(shè)備遭到破壞；（3）智能建筑中還存在很多自動(dòng)控制系統(tǒng)，例如消防報(bào)警系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)、安全防范系統(tǒng)等，諧波會(huì)使得這些系統(tǒng)的電子裝置誤動(dòng)作，造成系統(tǒng)癱瘓。

3.3 造成電力電纜故障

智能建筑電氣系統(tǒng)中，電力電纜和母線發(fā)揮著重要的電力傳輸作用，對(duì)于保障整個(gè)建筑的安全、穩(wěn)定運(yùn)行意義重大。當(dāng)諧波產(chǎn)生后，電力電纜的集膚效應(yīng)增強(qiáng)，出現(xiàn)過(guò)熱現(xiàn)象，同時(shí)附加損耗增加。由于諧波會(huì)造成電壓波形發(fā)生畸變，諧波電壓與基波電壓出現(xiàn)波峰重合現(xiàn)象時(shí)，輸電線路會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的電暈，輸電線路的額定電壓等級(jí)越高，造成的不穩(wěn)定危害越大。當(dāng)諧波源的電流在母線上進(jìn)行疊加后，將會(huì)造成更大的影響，高次諧波引發(fā)集膚效應(yīng)，母線等效電阻值增加，產(chǎn)生大量熱量，造成中性線發(fā)熱過(guò)高，線路的損耗隨之增加，甚至?xí)斐蓴嗦菲黝l繁跳閘、導(dǎo)線燒毀等現(xiàn)象。

3.4 干擾通信系統(tǒng)的運(yùn)行

諧波對(duì)智能建筑中的通信系統(tǒng)的干擾是一個(gè)在國(guó)際上十分重視的問(wèn)題，很多專(zhuān)家對(duì)此進(jìn)行了充分的研究。諧波會(huì)對(duì)鄰近通信線路產(chǎn)生諧波電壓的靜電干擾和諧波電流的電磁干擾，諧波干擾會(huì)引起通信系統(tǒng)的噪聲，降低信號(hào)的傳輸質(zhì)量,降低語(yǔ)言或圖像的清晰度，干擾嚴(yán)重時(shí)會(huì)破壞信號(hào)的正常傳遞，引起信號(hào)的丟失，使系統(tǒng)無(wú)法正常工作。在電力線載波通信的系統(tǒng)中，諧波和基波的綜合作用出現(xiàn)多次觸發(fā)電話響鈴，在極端的情況下威脅通信設(shè)備和人員的安全。

4 現(xiàn)代智能建筑諧波治理措施

4.1 消除諧波源

在現(xiàn)代智能建筑中，消除諧波源是治理諧波最有效的措施。電力設(shè)備生產(chǎn)廠家要提高對(duì)電氣設(shè)備質(zhì)量的重視程度，根據(jù)國(guó)家頒布的各種類(lèi)型電氣設(shè)備的限值標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行全面的質(zhì)量檢查，并提供可靠的諧波檢測(cè)報(bào)告，保障產(chǎn)品的實(shí)際生產(chǎn)質(zhì)量。

4.2 應(yīng)用電力濾波器

一方面，采用有源電力濾波器是抑制諧波的有效手段。有源電力濾波器的主要構(gòu)造包括電力晶體管和可關(guān)斷晶閘管，大部分屬于可關(guān)斷的電力器件，可以利用電子控制器取代傳統(tǒng)電源作用，通過(guò)發(fā)出畸變電流，從而保障系統(tǒng)為負(fù)荷發(fā)出穩(wěn)定的正弦基波電流；另一方面，采用無(wú)源濾波器，即利用電容、電抗、電阻元件構(gòu)成諧波電流濾波器，在諧波頻率下，形成低阻抗回路以吸收諧波，在基波頻率下，提供無(wú)功電流以改善功率因數(shù)，無(wú)源濾波器用于諧波電流和無(wú)功負(fù)荷比較穩(wěn)定，自然功率因數(shù)較低，頻譜特征明顯。

4.3 采用用戶側(cè)諧波保護(hù)器

用戶側(cè)諧波保護(hù)器可以隨時(shí)跟蹤電壓波形，瞬時(shí)濾除電源中的尖峰、浪涌雜波，矯正因諧波影響而產(chǎn)生畸變的電壓波形，對(duì)噪聲進(jìn)行消化并把被吸收的噪聲能量部分返回到電網(wǎng)中，以矯正電網(wǎng)波形。用戶側(cè)諧波保護(hù)器具有體積小可導(dǎo)軌安裝的特點(diǎn)，用于電話/網(wǎng)絡(luò)機(jī)房、有精密儀器、對(duì)諧波敏感的場(chǎng)所。

5 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，在現(xiàn)代智能建筑中，諧波是影響系統(tǒng)和設(shè)備正常運(yùn)行的一大安全隱患，而諧波是不可能徹底消除的，盡最大可能減少諧波危害成為建筑行業(yè)的重要研究課題。相關(guān)單位要加強(qiáng)新技術(shù)、新產(chǎn)品的研究與應(yīng)用，認(rèn)真做好建筑工程設(shè)計(jì)，選擇更加有效的方案，做好諧波的治理工作，為廣大用戶提供更加安全、可靠的生活和辦公場(chǎng)所。

[1]蓋克松.現(xiàn)代智能建筑諧波特性及治理措施研究[D].濟(jì)南：山東大學(xué),2013.

Research on Harmonic Characteristics and Control Measures of Modern Intelligent Building

HUANG Yu-hui

(Guangzhou Lynn Building Design Co., Ltd.)

Modern intelligent building has a good advantage in electrical design, which provides more comprehensive use function for the user, but with the application of power electronic equipment increased, the harmonic has also increased, which has adverse effects on the power supply system and building equipment in the building, therefore strengthening the research and governance of modern intelligent building electrical harmonic has important significance. This paper briefly analyzes the harmonic characteristics and harm of modern intelligent building, and discusses the related governance measures.

intelligent building; electrical harmonic characteristic; governance measures