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商業建筑

高層建筑樓宇自動化系統(設備 自動化系統、辦公自動化系統、通信自動化系統)中的大量自動化設 備需要高質量的電源,但這些設備中相當一部分的設備由于具有非線 性負載特性,又是引發低壓供電系統諧波畸變的擾動源。這些諧波源 對供電系統造成嚴重污染,使電能質量下降,不僅給樓宇中的電氣設 備、電子設備甚至整個樓宇智能化系統帶來嚴重的危害和不良影響。 因此,分析引發辦公樓宇供電中諧波畸變的各類諧波源,并針對 諧波畸變的危害,提出適宜的治理措施,對高層辦公建筑中樓宇自動化系統的安全運行具有重要意義。

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. 存在的問題

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1)諧波來源

樓宇配電系統中的諧波主要來自兩個方面,一是負載本身含有大 量的諧波源,這些諧波源可以產生大量的諧波電流,通過線路阻抗, 又可以致使系統電壓中出現諧波電壓。二是公用電網本身含有一定量 的諧波電壓,這部分諧波可以由網側傳輸至配電系統。

樓宇配電系統中的負載有以下特征:

(1)單相負載多。樓宇配電系統中,單相負載占到一半以上, 而單相負載可以引起零序諧波,并能造成三相不平衡以及三相相差不對稱等問題。

2)非線性負載比例高。樓宇配電系統中的主要設備有個人電 腦、復印機、通訊設備、照明設備。部分樓宇配電系統中還會有 UPS、 一次電源等負載,這些負載都是樓宇配電系統中的主要諧波源。

3)諧波源諧波畸變率大。據測試,樓宇配電系統中的諧波源, 其諧波畸變率都較大,如個人電腦諧波電流畸變率為100%,UPS 畸變 率約為20%-30%,一次電源諧波電流畸變率通常為40%-50%。

4)樓宇配電中的大多數智能化及自動化設備對供電電能質量 要求較高,特別是對諧波敏感。

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. 諧波危害

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樓宇配電系統的諧波電壓和諧波電流,對配電系統造成了極大的 污染, 不僅惡化了電網電能質量,并對各種用電設備也造成了一定 的危害。諧波對樓宇配電系統的危害主要有兩部分:

1)對配電網絡的危害

1)使變壓器產生附加功率損耗,發熱量增加,以及產生脈沖 轉矩和噪聲。

2)加速絕緣線纜老化,發熱量增加,壽命縮短。嚴重時使系 統短路,發生配電故障甚至造成人身傷害。

3)對斷路器、熔斷器、繼電器等各類?;ど璞覆扇?,使 其誤動作或者舉動作。

2)對用電設備的危害

1)使照明設備縮短,對白光光源的照明設備影響更大。美 國IES 照明手冊明確指出,若諧波電壓畸變率達到5%,則白熾燈壽命縮 短47%。

2)使電壓表、電流表等各類電子測量設備測試誤差增加。

3)容易引發無功補償設備的串聯諧振或者并聯諧振。引起電 容器漲肚甚至爆炸。也可以導致無功補償設備無法投切,系統功率因 數無法提高。

. 解決方案

目前的諧波治理設備主要有無源濾波器以及有源濾波器。傳統的

無源濾波器具有結構簡單等優點,因此有著廣泛的應用。但是隨著各 配電中心對電能質量要求的提高,無源濾波器的局限性也逐漸凸顯。 基于此,有源濾波器(Active Power Filter)由于其卓越的諧波補 償性能而被廣泛應用。相較于傳統的無源濾波器,有源濾波器主要有 如下優勢。

1) 動態補償,并可同時對諧波、無功、三相不平衡進行補償;

2) 受電網阻抗影響小,能抑制電網諧振;

3) 補償方式靈活。既可對特定的諧波源進行補償,也可以對多 個諧波源進行補償;

4) 可無限制過載,不會降低配電系統的穩定性。