建筑供电系统的谐波危害及其治理探析

建筑供电系统的谐波危害及其治理探析
摘要建筑供电系统中的谐波治理关系到供电品质，因此需要从源头抓起，加强电器设备管理防止谐波的产生，同时要积极采用有源滤波器对谐波进行有效抑制。

只有这样才能创造一个既安全又经济的建筑供电系统。

基于此，本文简述了建筑供电系统的主要谐波源，对建筑供电系统的谐波危害性及其治理方式进行了探讨分析。

关键词建筑供电系统；谐波源；危害性；治理方式
1 谐波是怎样产生的
电力系统的谐波是电力系统电压波形产生畸变的表征。

谐波的产生来自于电力电子设备、非线性阻抗设备和其他方面的干扰。

其中，电子设备谐波源的基本元件大部分采用线性元件，工作波形为非正弦波，有的产品是切削正弦波执行工作的，有的产品是将直流源变换成方波工作，这些产品与电力系统发生关系时，都能使电力系统的极薄产生大量的畸变。

非线性阻抗设备如电焊机、电抗器、电弧炉等产品在运行时可使电流产生大幅度地浪涌、尖脉冲，造成电力系统的基波产生畸变，形成电源污染[1]。

2 建筑供电系统的谐波危害性分析
建筑供电系统的谐波危害性主要表现为：①影响线路设备安全供电。

由于集肤效应和邻近效应，线路电阻随着频率的增加会很快增加，在线路中会有很大的电能浪费；由于中性线电流通常很小，其线径一般较细，当大量谐波电流流过中性线时，容易产生大量的热量，从而破坏绝缘性能造成相问短路。

当谐波频率与网络谐振频率相近或相同时，会在线路上产生很高的谐振电压，严重时会使电力设备绝缘击穿，造成漏电或停电事故。

②不利于电气设备的正常运转。

就电机设备来说，其还产生更大的功耗，使得设备的运行开展受机械环境的影响更为明显，当产生噪音与过量电压的时候，电磁系统会受到干扰，使其既不能在工作活动产生效益，也会让其的使用寿命直接降低，更为严重地将会直接带来设备的损坏。

当然，谐波电压的存在会让变压器的铁心产生损耗，其绝缘性会随之增强，导致其进一步加快老化速度，也就产生了工作噪音与损害程度的增强。

比如，变压器在受对称性负荷的影响，会直接提高励磁电流的谐波分量，当断路器的电流形成零点的时候，会因为谐波会带来di/dt的提高。

这也就会让电弧难以断开，其需要延长故障电流的切断时间。

③降低配电系统的安全等级。

配电系统中谐波的存在会改变控制设备以及继电保护装置的性能。

谐波会引起控制设备、继电保护装置拒动作或误动作，造成保护系统运行可靠性降低，容易造成不必要的供电中断或损失。

④谐波会使电视机、计算机等用电设备的图形畸变，画面亮度发生波动变化，并使机内的元件温度出现过热，使计算机及数据处理系统出现错误，甚至损害机器。

⑤损坏电力电容器。

在谐波电压作用下，电容器会产生额外的功率损耗，加速电容器的老化，缩短电容器的运行寿命。

此外，当电容器支路的谐振频
率与某次谐波分量的频率接近或相等时，会发生谐波电流放大甚至谐振现象，造成电容器过热、过压而无法正常运行甚至损坏。

此外，谐波还会对旋转电机、继电保护和自动装置中作的可靠性、测量和计量仪器的准确性产生严重的不利影响[2]。

3 加强建筑供电系统中的谐波治理策方式
建筑供电系统的谐波治理主要有以下方式：一种是主动型谐波治理，另一种是被动型谐波治理。

（1）建筑供电系统的主动型谐波治理方式。

目前建筑供电系统的主动型谐波治理方式，主要采用以下方法：第一、改善电力电子装置主电路的拓扑结构，如采用由新型全控型器件IGBT等构成的PWM整流电路取代传统的由晶闸管作为主控元件的相控整流电路。

第二、对于整流电路，增加整流相数，如采用十二脉波整流电路、十八脉波整流电路等。

第三、限制变流装置的容量。

第四、应用各种先进智能控制技术等，现代控制技术已广泛应用于电力电子装置中，如模糊控制、神经网络控制、滑模控制等。

值得注意的是，以上这些措施虽然可以有效地减少电力电子装置所产生的谐波含量，但由于它们的非线性，谐波不可能全部消除，所以电力电子装置中谐波总是存在的。

（2）建筑供电系统的被动型谐波治理方式。

建筑供电系统被动型谐波治理方式的常用方法是安装无源电力滤波器和有源电力滤波器，具体表现为：①安装无源电力滤波器。

滤波器由电感、电容和电阻组成，它为系统中的谐波电流提供一条低阻抗通道，即滤波器对于谐波电流阻抗接近为零，使谐波电流通过滤波器流出，而不流入供电系统。

只要合理设置滤波器中电感和电容的参数，使滤波器的谐振次数为所需要滤除的谐波次数，则该次谐波通过滤波器时被滤除，系统中该次谐波被消除。

无源滤波器具有结构简单、技术成熟、设备投资较少、运行可靠性较高、维护方便、运行费用较低等特点，得到了广泛应用。

但是其补偿频带窄，仅能消除特定的几次谐波，甚至在与系统参数不匹配时可能发生谐振而导致某些次数的谐波放大，补偿特性易受供电系统阻抗和频率变化的影响。

此外，在大容量的情况下无源滤波器的滤波装置笨重，体积大，损耗多。

由于无源滤波器的以上缺点，近年来性能更加优越的有源电力滤波器开始被重视而得到广泛关注。

②安装有源电力滤波器。

其是一种用于动态抑制谐波的新型电力电子装置，它的基本工作原理是：滤波器检测供电系统谐波电流，根据谐波电流情况，滤波器产生一个大小与谐波电流相同、相位与谐波电流相反的补偿电流，与供电系统中的谐波电流叠加，使叠加后的供电系统电流只有基波分量。

有源电力滤波器克服了无源滤波器等传统谐波抑制装置的缺点，能对频率和幅值都变化的谐波及无功进行跟踪补偿，且补偿特性不受供电系统阻抗的影响，也很难和供电系统阻抗发生谐振，已成为目前抑制供电系统谐波最有效的手段。

并且由于目前中国有源电力滤波器价格相对还比较高，为了解决大容量有源滤波器价格太高问题，同时考虑滤波器在对系统进行谐波抑制时能对系统进行无功补偿，目前建筑电气系统中也常采用无源滤波器+有源滤波器的混合补偿方式，可以同时补偿无功和抑制谐波，得到更好的补偿效果。

4 结束语
综上所述，随着人们生活水平的提高，使得电气电子设备使用日趋增多，很多电气和电子设备对于供电系统而言是非线性负载，直接导致建筑供电系统的谐波危害程度不断加大。

因此对建筑供电系统的谐波危害性及其治理方式进行分析具有重要意义，从而保障相关电气电子设备的安全运行。

参考文献
[1] 盖克松.现代智能建筑谐波特性及治理措施研究[D].濟南：山东大学，2013.
[2] 朱立泉，丁进勇.办公建筑谐波污染产生的原理及治理措施[J].
智能建筑电气技术，2014，8（6）：100-103.。