商业建筑电气中的谐波污染与治理.pdf

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1、综述与交流■埘目黄持2012年9月商业建筑电气中的谐波污染与治理朱彤1姚霞2(1．宜兴万达广场商业管理有限公司2．扬州北辰电气设备有限公司)摘要：目前各个领域中大量的电力电子设备得到应用，尤其在建筑行业更是随处可见，为生活和工作提供了更多的便捷丰富，但是与此同时也带来了谐波污染，给其他设备带来了安全隐患。在谐波污染下无功补偿装置中的电力电容器更是深受其害，存在寿命降低，投切失灵等问题，本文通过案例介绍了采用ABB的PQF有源滤波器和RcR安全补偿单元解决此类电能质量问题的整体解决方案。关键词：谐波；无功补偿；电抗器；有源滤波器；电能质量概述在现代建筑中，大量以电力电子器件

2、为主要元器件的电气设备越来越广泛的应用于各类功能性建筑中，为人们的工作和生活提供便捷和舒适，变频器(VFD)在中央空调中得到广泛应用：不间断电源(UPS)为许多设备提供稳定的电源支持；节能灯提供高效而又经济的照明等等。在建筑中，电力电子设备得到越来越广泛的应用。但随之带来的谐波污染也成为了不可忽视的问题。目前受谐波影响最严重的电气设备为无功补偿装置，传统的电容补偿已经无法满足在严重谐波环境下进行无功补偿的需要。谐波电流造成电容与系统发生谐振，放大系统谐波，同时电容超负荷运行，使用寿命大大缩短，严重可能造成电容柜线路起火，电容炸毁，引起电气事故。在保障无功补偿装置正常安全运

3、行的同时，为了降低谐波对其他电气设备的干扰，例如空气开关、熔丝、电缆、变压器等，通过加装有源滤波器来彻底解决电网中的谐波问题。考虑到成本的投入与性价比的问题，采用有源滤波器与非调谐式补偿装置对被谐波污染的电网进行整体电能质量治理。1大型商业综合体建筑中的谐波现状谐波污染是指用电网络中的各种用电器因为自身功率特性的不同，在消耗有功电能的同时向电网反馈大量的无功功率和高频电流。这些谐波会引起变压器噪音加大，铜铁损增加；电动机有用功率损失；高频电流的集肤效应会使线缆异常发热；灯具的异常闪烁和开关误动作等危害。大型商业综合体在随着国内经济建设的不断发展而越来越多，但是其内电能质量

4、也随着开业运行后，用电设备的增加和商家的改造，越来越低下。电能质量下降的主要原因为谐波污染，而谐波污染的主要来源为荧光灯具、气体放电灯、各种功率的电动机、电脑设备等。虽然大型综合商业建筑体在设计建造之初，就采取了一些必要措施来预防谐波污染。比如所用的照明灯具全部采用了电子式镇流器，依照不同的负载类型设置了多组变压器等。同时在开业之初，谐波污染并不严重，因为负载类型比较单一，最重要的是用电富裕量较大，低压补偿电容状态良好，可以承受和吸收少量谐波电流。然而随着进驻商户的增多，负载种类开始多样化。零售商户为追求照明效果，大量使用电感式的金卤灯和中低档电子节能灯；餐饮商户多使用电

5、加热设备、电动厨具和空调风机等：娱乐性商户的大功率音响、舞台灯光等。各种谐波污染源迅速增多。大量商户的进驻。用电量开始增加，各个变压器的负载率开始提高。并且，低压电容补偿柜随着使用年限的增加，而开始出现不同程度的老化现象，少数已经失效，且谐波污染更加剧了电容的老化。2谐波滤波装置谐波滤波装置有无源法和普通有源法、模块式有源滤波法三种，均是针对系统产生的特征谐波电压、电流的份量而量身定做的滤波设备，·184·具有谐波滤除和无功补偿两大功能。2．1工作原理和特点谐波滤波装置是由电容器、串联电抗器所组成的。谐波滤波器中的电容器容量依据在基波频率时，系统所需补偿的无功功率而设计，

6、而电抗器的电感值的选择依据在该次谐波频率时，能与电容器产生串联谐振回路，使谐波滤波器在该次谐波频率形成非常低的阻抗，让大部分的该次谐波电流流入谐波滤波器。典型的谐波滤波器，大部分为5次、7次、11次、13次。谐波滤波器的阻抗与系统阻抗，变压器阻抗相比，越低，吸收率越高，这些都可以通过仿真计算来显示吸收效果。无功补偿装置调谐设计的谐波滤除装置吸收率均能达到70％以上。吸收谐波电流的目的使产生的谐波大部分被滤除，从而使注入公网的谐波符合国标要求，同时降低变压器的温升及损耗、降低系统线损及维护费用，达到节能降耗的目标。2．2无功补偿装置调谐与滤波的区别无功补偿装置调谐，应该理解

7、为无功补偿装置在投运的系统中规避某一段频带的调谐，比如设计规范中的4．5～6％电抗率，就是规避了5次及5次以下的谐波，这样就放大5次以下的谐波，对5次及5次以上的谐波有一定的吸收和抑制作用。但是吸收和抑制效果一般来说不会超过50％。然而当滤波装置的调谐就是将滤波装置设计的某一谐振频率调试出来，让其在系统中吸收更多的这一频率的谐波，所以吸收效果会更好，一般单调谐滤波器吸收效果能达到70％。当然滤波装置的调谐同样对这一频率后的谐波有一定的吸收和抑制效果，除非系统中存在其他容性补偿或者负载才会造成调谐的频率吸收，高于这一频率的某些谐