辦公建筑中建筑設(shè)備管理系統(tǒng)、信息設(shè)施系統(tǒng)、信息化應(yīng)用系統(tǒng)中的自動(dòng)化電子設(shè)備對(duì)電源質(zhì)量要求較高，由于辦公建筑中大量非線性負(fù)荷的使用，產(chǎn)生的高次諧波對(duì)智能化系統(tǒng)電子設(shè)備的安全運(yùn)行造成不利影響。
在國(guó)標(biāo)《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》(GB／T 14549—1993)中規(guī)定相電壓諧波限值：標(biāo)稱電壓0．38kV電網(wǎng)中各奇次諧波電壓含有率為4％。各偶次諧波電壓含有率為2％，諧波總電壓畸變率為5％：標(biāo)稱電壓lOkV電網(wǎng)中各奇次諧波電壓含有率為3．2％，各偶次諧波電壓含有率為1．6％，諧波總電壓畸變率為4。國(guó)標(biāo)《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50174—2008)對(duì)電源質(zhì)量的要求中，穩(wěn)態(tài)電壓偏移范圍：A、B級(jí)±3％，C級(jí)±5％ ；輸入電壓波形失真度：≤5％(電子信息設(shè)備正常工作時(shí))；不間斷電源系統(tǒng)輸入端THDI含量(3～39次諧波)<15％。
按上述有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，建議將辦公建筑電源系統(tǒng)的總電壓諧波畸變率限值定在5％，如超過(guò)5％應(yīng)采取適當(dāng)?shù)闹卫泶胧员ＷC辦公建筑智能化系統(tǒng)的安全運(yùn)行。
1、某辦公建筑配電系統(tǒng)諧波檢測(cè)
1．1 主要諧波源及特點(diǎn)
某辦公建筑中的主要諧波源設(shè)備有以下幾種：① 照明系統(tǒng)中的熒光燈鎮(zhèn)流器、節(jié)能燈等：② 大量的個(gè)人電腦、復(fù)印機(jī)、打印機(jī)、繪圖機(jī)等辦公設(shè)備：③uPs(不間斷電源)、EPS(應(yīng)急電源)等；④ 電梯、空調(diào)、水泵等動(dòng)力設(shè)備中的軟啟動(dòng)器、變頻傳動(dòng)裝置：⑤ 其他有非線性負(fù)荷特性的電子控制設(shè)備等。其中① 、② 類(lèi)設(shè)備數(shù)量大、負(fù)荷特性相同，同類(lèi)設(shè)備產(chǎn)生的諧波電流又相互疊加，如熒光燈、節(jié)能燈照明會(huì)產(chǎn)生1O％ 以上的3次諧波．個(gè)人電腦電流諧波畸變率可達(dá)到75％；③ 類(lèi)UPS、EPS電源等裝置在充電時(shí)產(chǎn)生5、7次諧波電流；④ 類(lèi)設(shè)備因節(jié)能等需要而較多采用的軟啟動(dòng)器、變頻裝置產(chǎn)生大量5、7次諧波，使輸入電流波形畸變嚴(yán)重。雖然多數(shù)產(chǎn)品自身具有一定的諧波抑制功能，但因質(zhì)量參差不齊，諧波含量一般也在10％ ～40％ 左右。
由于以上非線性設(shè)備的大量使用，造成建筑物低壓配電系統(tǒng)諧波畸變嚴(yán)重。根據(jù)對(duì)該辦公樓其中一臺(tái)變壓器的實(shí)測(cè)，最大相總諧波畸變率達(dá)到了24．2％。其總畸變率甚至超過(guò)了大量使用非線性設(shè)備的醫(yī)療類(lèi)建筑(如上海建筑設(shè)計(jì)研究院對(duì)上海市9家醫(yī)院進(jìn)行檢測(cè)．其中諧波畸變率最大的某醫(yī)院其中一臺(tái)變壓器最大相總諧波電流畸變率為21．6％)。辦公建筑的諧波畸變率非常嚴(yán)重，超出了人們的預(yù)想。
1．2 配電系統(tǒng)諧波實(shí)測(cè)結(jié)果
該辦公建筑諧波檢測(cè)情況見(jiàn)圖1～4(變壓器容量為1 250 kV·A)。圖1為基本電氣數(shù)據(jù)，圖2為三相電流波形。圖3和圖4分別為L(zhǎng) 相和N線的電流頻譜及諧波電流。實(shí)測(cè)結(jié)果表明，該辦公建筑諧波含量高。以3次諧波為主：由于3次諧波電流的疊加，中性線電流非常大。
2、某新建辦公建筑配電系統(tǒng)諧波防范設(shè)計(jì)
2．1 配電設(shè)備諧波防范設(shè)計(jì)原則
2．1．1 變壓器選擇
選用D．ynl1連接組別的配電變壓器，在確定變壓器容量時(shí)，應(yīng)考慮諧波畸變引起的變壓器發(fā)熱，選擇變壓器負(fù)荷率為70％～ 80％。
2．1．2 配電設(shè)備選擇
為降低諧波畸變引起的低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備的發(fā)熱和誤動(dòng)作．可按以下原則選擇低壓配電設(shè)備，如熱磁型、電子型配電用斷路器觸器、熱繼電器應(yīng)適當(dāng)降容使用：在諧波畸變較嚴(yán)重的配電同路中可放大一級(jí)選擇低壓配電設(shè)備。
2．1．3 電線、電纜選擇
選擇電線、電纜截面時(shí)應(yīng)考慮諧波引起線纜的發(fā)熱在三相四線制系統(tǒng)中，對(duì)于連接主要諧波源設(shè)備的配線應(yīng)考慮諧波電流的集膚效應(yīng)對(duì)配線的發(fā)熱影響，以及3及3的倍數(shù)次諧波電流在中性線上的疊加。在選擇線纜截面及中性線截面時(shí)應(yīng)留有裕量。當(dāng)配電系統(tǒng)設(shè)有源濾波裝置時(shí)，相應(yīng)回路的中性線截面可不增大：當(dāng)配電系統(tǒng)設(shè)無(wú)源濾波裝置時(shí)，相應(yīng)回路的中性線截面可與相線等截面：三相不平衡系統(tǒng)中的單相回路。其中性線截面應(yīng)不小于相線截面。三相平衡系統(tǒng)中，三相回路的3次諧波電流大于10％時(shí)，中性線截面不應(yīng)小于相線截面。
2．1．4 其他設(shè)計(jì)原則
應(yīng)選用高質(zhì)量、諧波畸變率小的軟啟動(dòng)和變頻傳動(dòng)裝置；對(duì)容量大、諧波畸變率大的軟啟動(dòng)器、變頻傳動(dòng)裝置，應(yīng)就地加裝有源或無(wú)源濾波裝置。在設(shè)計(jì)中，應(yīng)采取以下措施抑制諧波對(duì)電子設(shè)備的干擾：① 為該類(lèi)設(shè)備設(shè)計(jì)專用配電回路，盡可能避免干擾沿電源線路引入；② 為易受干擾設(shè)備(如計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備)的專用配電干線設(shè)置濾波裝置，消除或抑制諧波分量，達(dá)到凈化電源目的；③ 使該類(lèi)設(shè)備配線盡可能遠(yuǎn)離諧波嚴(yán)重的線路或采取屏蔽措施．以避免空間電磁干擾。
辦公建筑含有大量信息技術(shù)設(shè)備．供電系統(tǒng)接地應(yīng)采用TN—S系統(tǒng)．應(yīng)設(shè)置總等電位聯(lián)結(jié)和局部等電位聯(lián)結(jié)。宜在每層設(shè)置等電位聯(lián)結(jié)網(wǎng)絡(luò)。不同層的等電位聯(lián)結(jié)網(wǎng)絡(luò)之間應(yīng)相互連通。同一建筑物內(nèi)的保護(hù)性接地、功能性接地以及防雷接地應(yīng)分別接至總接地端子并應(yīng)共用接地極
2．2 低壓配電系統(tǒng)諧波防范措施
2．2．1 設(shè)置無(wú)源濾波器
目前采用較多的無(wú)源濾波器由電容器和電抗器串聯(lián)組合而成，調(diào)節(jié)無(wú)源濾波器到某個(gè)諧波次數(shù)，在該次諧波頻率下LC回路作為阻抗回路吸收諧波。在抑制諧波的同時(shí)還具有低壓無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔?目前．低壓配電系統(tǒng)中的無(wú)源濾波器有單調(diào)諧濾波器、高通濾波器、雙調(diào)諧濾波器，最常見(jiàn)的為單調(diào)諧濾波器。無(wú)源濾波器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于維護(hù)、成本較低，缺點(diǎn)是很難平衡濾波與補(bǔ)償?shù)年P(guān)系．很難根據(jù)負(fù)荷的動(dòng)態(tài)變化做出理想的投切響應(yīng)，往往是無(wú)功補(bǔ)償效果很好，但濾波效果一般。無(wú)源濾波器的諧振頻率會(huì)因電容、電感參數(shù)的偏差或變化而改變：當(dāng)電網(wǎng)頻率波動(dòng)時(shí)．將導(dǎo)致無(wú)源濾波器失諧。2．2．2 無(wú)源濾波器和有源電力濾波器組合應(yīng)用
由于無(wú)源濾波器只能抑制某一、二個(gè)高次諧波，其濾波能力是有限的，并且變化不定。無(wú)源濾波器性能上的劣勢(shì)，可以通過(guò)和有源電力濾波器的組合應(yīng)用得到改善有源電力濾波器具有濾波頻譜廣、濾波能力強(qiáng)的特點(diǎn)。
在低壓配電系統(tǒng)中。可有效利用無(wú)源濾波器和有源電力濾波器的優(yōu)勢(shì)，采取用無(wú)源濾波器對(duì)某次主要諧波進(jìn)行抑制并進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償：用有源電力濾波器治理剩余的高次諧波。既可達(dá)到治理目標(biāo)，又可節(jié)省投資。辦公建筑主要諧波為因大量使用熒光燈和個(gè)人電腦產(chǎn)生的3次諧波．無(wú)源濾波器可采用針對(duì)3次諧波的調(diào)諧頻率為131～147Hz，電抗系數(shù)12．5％ 15％的電抗器：有源濾波器可主要針對(duì)剩余高次諧波(無(wú)源濾波器無(wú)法濾除的高次諧波)設(shè)置，治理后使總諧波畸變率小于5％。
2．2．3 設(shè)置有源電力濾波器
有源電力濾波器利用可控的半導(dǎo)體功率器件(如IGBT)，向電網(wǎng)注入與非線性負(fù)荷產(chǎn)生的諧波電流幅值相等、相位相反的電流。使電源的總諧波電流為零，達(dá)到實(shí)時(shí)補(bǔ)償諧波電流的目的。相對(duì)于無(wú)源濾波器濾波能力的變化不定，有源電力濾波器的濾波能力是確定的，其濾波能力和負(fù)荷的功率因數(shù)無(wú)關(guān)有源電力濾波器的特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了對(duì)補(bǔ)償對(duì)象的變化快速響應(yīng)，可對(duì)頻率和大小都在變化的諧波進(jìn)行補(bǔ)償有源電力濾波器可以自動(dòng)限制在100％額定容量輸出，不會(huì)發(fā)生過(guò)負(fù)荷。相對(duì)于無(wú)源濾波器，有源電力濾波器的劣勢(shì)主要體現(xiàn)在價(jià)格上。
2．3 諧波防范方案
2．3．1 方案選擇
一般情況下辦公類(lèi)建筑的G>0．5 S ，應(yīng)采用無(wú)源濾波器加有源電力濾波器的方式解決諧波治理問(wèn)題。無(wú)源濾波器采用電抗系數(shù)12．5％ l5％的電抗器，調(diào)諧頻率131～141Hz，主要針對(duì)3次諧波。電容器額定電壓采用525 V，計(jì)算電容補(bǔ)償容量，確定補(bǔ)償電容和調(diào)諧電抗器容量。
2．3．2 有源電力濾波器一般選型方法
由于辦公類(lèi)建筑具有大量的單相負(fù)荷(空調(diào)、個(gè)人電腦、UPS、熒光燈等)。應(yīng)主要采用三相四線有源電力濾波器。有源電力濾波器容量選擇涉及到多個(gè)非線性負(fù)荷產(chǎn)生的諧波電流的疊加計(jì)算 負(fù)荷產(chǎn)生的諧波電流含量可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試得出。
了解了各種非線性負(fù)荷的諧波電流含量之后。需要對(duì)不同諧波源之間的各次諧波進(jìn)行疊加可先將其中2個(gè)諧波源產(chǎn)生的諧波進(jìn)行疊加，然后再與第3個(gè)諧波源的諧波進(jìn)行疊加，依次類(lèi)推兩個(gè)諧波源各次諧波的相位角不能確定。
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