【电能治理】商建行业电能质量治理

商建行业电能质量治理

概述

      在现代建筑中，大量以电力电子器件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。但随之而来的谐波污染也成为了不可忽视的问题。目前受谐波影响严重的电气设备为无功功率补偿装置，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，引起电气故障。

在保证无功补偿装置正常运行的同时，未来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，同时考虑到成本投入与性价比的问题，采用有源滤波器与非调谐补偿装置对谐波污染的电网进行整体电能质量治理。

一、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，同铁损增加；电动机有用功率损失；高频电流的集肤效应会使线路异常发热；灯具的异常闪烁和开关误动作等危害。

大型商业综合体，其内电能质量也随着开业运行后，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、气体放电灯、各种功率的电动机、电能设备等。

虽然大型商业建筑群在设计建造之初，就采取了一些必要措施来预防谐波污染，比如厕所用的照明灯具全部采用了电子式整流器，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，Z重要的是用电裕量大，低压补偿电容状态良好，可能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、谐波源种类迅速增多。大量商户的进驻，用电量开始鞥家，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。

二、谐波滤除装置

谐波滤除装置有无源法和普通有源法（整柜）、模块化有源滤波法三种，均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。

2.1 无源滤波工作原理和特点

滤波装置是由电容器、串联电抗器所组成。其中滤波电容器容量依据在基波频率（50HZ）时，系统所需要补偿的无功功率而设计，而电抗器的电感值选择是以及在该次谐波频率时，能与电容器产生串联谐振回路，调谐点非常接近于固定的某次谐波，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无源滤波器，典型的滤波器，大部分为5次、7次、11次、13次。滤除2种及以上谐波则需要多条支路，占用安装空间。运行中电容器容易过载。

2.2 非调谐补偿参数分析

非调谐式（detuned）补偿方式已经得到市场的重视，而且开始应用于谐波环境恶劣的场合。非调谐补偿原理即通过电容回路中串联电抗器，将电容电抗串联回路谐振频率调整到电网系统中存在的Z低频次谐波以下，以降低谐波对补偿回路的影响，保证无功补偿设备能正常进行投切工作。

在非调谐补偿方式中有个比较关键的器件——非调谐式电抗器，即L，相对于其他传统电抗器而言，非调谐电抗器的电抗系数决定了整个电容、电抗串联回路的电气特性。电抗系数P=XL/XC用百分数表示，表征LC回路中电容器和电抗器的阻抗关系参数。常用的电抗系数有7%、14%等。

7%电抗器主要用于抑制非线性负荷产生的5次及以上谐波，这些谐波主要来自三相非线性负荷，如变频器、三相UPS等。

14%电抗器则主要用于抑制3次及以上谐波，这些谐波主要产生于单相非线性负荷，如计算机、节能灯具等

某建筑中母线测到的电流谐波畸变率（THDI）

可以看出建筑电气系统中的谐波污染不仅严重，而且大量三次谐波充斥系统中，如果错误的选择了电抗率，很有可能还是会造成谐振，带来谐波放大的问题。当选择14%电抗率的非调谐补偿系统，能有效避免谐波对电容的干扰，保证无功补偿装置的稳定与安全性。

三、有源滤波装置

在无功补偿装置中通过串联电抗器解决了谐波对电容干扰，但是电网中的谐波依然在到处污染，造成危害：设备过热、能源浪费、公用电压总线失真、影响通讯等许多麻烦。

国家标准委员会也对谐波治理问题制定了相应的行业标准——电能质量公用电网谐波GB/T14549.93，对不同电压等级的供电系统中各次谐波要求做了相应的要求。

为了解决谐波的问题，目前通常采用的方法是供电系统加装一个“污水处理厂”——滤波器。目前谐波滤除器有无源滤波和有缘滤波。无源滤波器相对控制精度低，容易发生谐振，投切不精确，受负载波动影响大，比较适合负载相对稳定场合，谐波吸收率平均只能达到70%左右。而有源滤波器根据电网需要实时动态计算电网谐波需要，投切控制精度高，适用于任何负载场合，且谐波滤除率可达95%以上。另外有源滤波器还具有三相不平衡处理、无功补偿两大功能。

四、结束语

采用非调谐式无功补偿与有源滤波器的组合方案，既解决谐波污染问题，提高系统功率因数，又能降低投入成本，为商业用户提供效果与成本并举的电能质量整体解决方案。