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商业建筑

高层建筑楼宇自动化系统(设备 自动化系统、办公自动化系统、通信自动化系统)中的大量自动化设 备需要高质量的电源,但这些设备中相当一部分的设备由于具有非线 性负载特性,又是引发低压供电系统谐波畸变的扰动源。这些谐波源 对供电系统造成严重污染,使电能质量下降,不仅给楼宇中的电气设 备、电子设备甚至整个楼宇智能化系统带来严重的危害和不良影响。 因此,分析引发办公楼宇供电中谐波畸变的各类谐波源,并针对 谐波畸变的危害,提出适宜的治理措施,对高层办公建筑中楼宇自动化系统的安全运行具有重要意义。

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. 存在的问题

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1)谐波来源

楼宇配电系统中的谐波主要来自两个方面,一是负载本身含有大 量的谐波源,这些谐波源可以产生大量的谐波电流,通过线路阻抗, 又可以致使系统电压中出现谐波电压。二是公用电网本身含有一定量 的谐波电压,这部分谐波可以由网侧传输至配电系统。

楼宇配电系统中的负载有以下特征:

(1)单相负载多。楼宇配电系统中,单相负载占到一半以上, 而单相负载可以引起零序谐波,并能造成三相不平衡以及三相相差不对称等问题。

2)非线性负载比例高。楼宇配电系统中的主要设备有个人电 脑、复印机、通讯设备、照明设备。部分楼宇配电系统中还会有 UPS、 一次电源等负载,这些负载都是楼宇配电系统中的主要谐波源。

3)谐波源谐波畸变率大。据测试,楼宇配电系统中的谐波源, 其谐波畸变率都较大,如个人电脑谐波电流畸变率为100%UPS 畸变 率约为20%-30%,一次电源谐波电流畸变率通常为40%-50%

4)楼宇配电中的大多数智能化及自动化设备对供电电能质量 要求较高,特别是对谐波敏感。

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. 谐波危害

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楼宇配电系统的谐波电压和谐波电流,对配电系统造成了极大的 污染, 不仅恶化了电网电能质量,并对各种用电设备也造成了一定 的危害。谐波对楼宇配电系统的危害主要有两部分:

1)对配电网络的危害

1)使变压器产生附加功率损耗,发热量增加,以及产生脉冲 转矩和噪声。

2)加速绝缘线缆老化,发热量增加,寿命缩短。严重时使系 统短路,发生配电故障甚至造成人身伤害。

3)对断路器、熔断器、继电器等各类保护设备产生干扰,使 其误动作或者举动作。

2)对用电设备的危害

1)使照明设备缩短,对白光光源的照明设备影响更大。美 国IES 照明手册明确指出,若谐波电压畸变率达到5%,则白炽灯寿命缩 短47%

2)使电压表、电流表等各类电子测量设备测试误差增加。

3)容易引发无功补偿设备的串联谐振或者并联谐振。引起电 容器涨肚甚至爆炸。也可以导致无功补偿设备无法投切,系统功率因 数无法提高。

. 解决方案

目前的谐波治理设备主要有无源滤波器以及有源滤波器。传统的

无源滤波器具有结构简单等优点,因此有着广泛的应用。但是随着各 配电中心对电能质量要求的提高,无源滤波器的局限性也逐渐凸显。 基于此,有源滤波器(Active Power Filter)由于其卓越的谐波补 偿性能而被广泛应用。相较于传统的无源滤波器,有源滤波器主要有 如下优势。

1) 动态补偿,并可同时对谐波、无功、三相不平衡进行补偿;

2) 受电网阻抗影响小,能抑制电网谐振;

3) 补偿方式灵活。既可对特定的谐波源进行补偿,也可以对多 个谐波源进行补偿;

4) 可无限制过载,不会降低配电系统的稳定性。