現(xiàn)代智能建筑和大型站房系統(tǒng)為適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)信息化與經(jīng)濟(jì)國(guó)際化的需要以及隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)的日新月異，相互滲透，持續(xù)發(fā)展?，F(xiàn)代智能建筑中使用了大量的現(xiàn)代化用電設(shè)備和裝置（如通信系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備、變頻空調(diào)、各種數(shù)碼辦公設(shè)備、燈光調(diào)控、消防系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等），惡劣的諧波環(huán)境對(duì)保證系統(tǒng)和設(shè)備的**正常運(yùn)行造成了極大的威脅。

1.諧波的產(chǎn)生及危害

現(xiàn)代智能建筑中諧波主要來(lái)自于兩方面，一是大量非線性負(fù)荷形成的諧波源（如電動(dòng)機(jī)、變壓器、電容器、斷路器、電子設(shè)備、電纜、控制裝置、開(kāi)關(guān)電源、電子式熒光整流器等）導(dǎo)致配電系統(tǒng)的電壓、電流發(fā)生畸變，產(chǎn)生諧波；二是公用電網(wǎng)本身具有一定的諧波含量和配電變壓器作為諧波源產(chǎn)生的諧波，由網(wǎng)側(cè)傳輸至配電系統(tǒng)。

（1）對(duì)旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的影響。旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)定子的正序和負(fù)序諧波電流，分別形成正向和反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生固定數(shù)的振動(dòng)力矩和轉(zhuǎn)速的變化，從而使電動(dòng)機(jī)效率降低，發(fā)熱增加，縮短其壽命。

（2）對(duì)變壓器的影響。變壓器等電氣設(shè)備由于過(guò)大的諧波電流而產(chǎn)生附加損耗，從而引起過(guò)熱，使絕緣介質(zhì)老化加速，導(dǎo)致絕緣損壞。正序和負(fù)序諧波電流同樣使變壓器產(chǎn)生噪聲。隨著當(dāng)前裝置需要運(yùn)行到極限值的趨勢(shì)以及低電壓系統(tǒng)日益增加的諧波污染，這個(gè)問(wèn)題也變得日趨嚴(yán)重。

（3）對(duì)并聯(lián)電容器的影響。并聯(lián)電容器的容性阻抗特性，以及阻抗和頻率成反比的特性，使電容器容易吸收諧波電流引起過(guò)載發(fā)熱。當(dāng)容性阻抗與系統(tǒng)中感性阻抗相匹配時(shí)，容易構(gòu)成諧波諧振，使電容器容易產(chǎn)生局部放電。

（4）對(duì)斷路器的影響。諧波電流的發(fā)熱作用大于有效值相等的工頻電流，能降低熱元件的發(fā)熱動(dòng)作電流，使斷路器誤動(dòng)作。高次諧波含量較高的電流能使斷路器的開(kāi)斷能力降低。

（5）對(duì)計(jì)算機(jī)設(shè)備的影響。易造成計(jì)算機(jī)死機(jī)和引發(fā)計(jì)算機(jī)屏幕的頻閃。

（6）對(duì)電纜的影響。三相四線制配電線路中性線過(guò)載、過(guò)熱、燒毀線路。

（7）對(duì)控制裝置的影響。嚴(yán)重的諧波畸變會(huì)引起在一個(gè)正弦周波內(nèi)的額外過(guò)零點(diǎn)，會(huì)影響測(cè)試設(shè)備，使程序控制裝置的同步性可能**擾，PLC可能會(huì)死機(jī)。

（8）對(duì)保護(hù)裝置的影響。配電回路的諧波電流含量高，會(huì)使斷路器遮斷能力降低。這是因?yàn)榛冸娏鬟^(guò)零點(diǎn)時(shí)，電弧電流隨時(shí)間的變化率要比工頻正弦電流大，電弧電壓的恢復(fù)要迅速得多，使電弧容易重燃。因此，導(dǎo)致誤跳閘或在該跳閘的時(shí)候根本不跳。剩余電流可能會(huì)達(dá)到使剩余電流保護(hù)裝置動(dòng)作的設(shè)定值。事實(shí)表明，空氣電磁斷路器不能遮斷其分?jǐn)嗄芰Ψ秶鷥?nèi)波形畸變率超過(guò)50％的故障電流，還會(huì)導(dǎo)致斷路器損壞。

（9）對(duì)感應(yīng)式電能表計(jì)影響。在諧波環(huán)境下，電能表記錄的是基波電能及部分諧波電能，后者將用電設(shè)備性能變壞，因此用戶不但要多交電費(fèi)，而且電能表也會(huì)受到損害。

2.配電系統(tǒng)諧波產(chǎn)生原因及諧波種類

（1）供電系統(tǒng)的基波頻率為工頻（50HZ）。諧波頻率為基波的整數(shù)倍的有兩種，奇數(shù)次的統(tǒng)稱為奇次諧波，偶數(shù)次的統(tǒng)稱為偶次諧波。

（2）在現(xiàn)代智能建筑配電系統(tǒng)中，當(dāng)電網(wǎng)供電為正弦基波電壓加在非線性負(fù)荷上時(shí)，負(fù)荷吸收的電流與施加的波形不同，畸變電流將在電源系統(tǒng)的阻抗上產(chǎn)生電壓降，畸變電壓降對(duì)所有用電負(fù)荷（線性和非線性）產(chǎn)生影響，產(chǎn)生更多畸變電壓，如圖下圖所示。在配電系統(tǒng)中，某種比例電抗器組或系統(tǒng)自身電抗與電容比率合適時(shí)，將會(huì)對(duì)某種特定次數(shù)的諧波電流產(chǎn)生諧振放大，有時(shí)可達(dá)諧波源電流的10倍以上。

3.諧波電流過(guò)載的導(dǎo)線截面選擇

在IEC載流量標(biāo)準(zhǔn)中，三相四線回路采用多芯電纜或穿管導(dǎo)線時(shí)，不論導(dǎo)體數(shù)為4根或5根（其中1根為PE線），其發(fā)熱和載流量都按3根帶載相線考慮。當(dāng)三相電流平衡時(shí)情況如此，當(dāng)三相電流不平衡時(shí)情況也如此。這是因?yàn)槿嚯娏鞑坏葧r(shí)，電流較小一相的欠發(fā)熱可以抵消中性線上的發(fā)熱，即它將一個(gè)回路視作一個(gè)欠發(fā)熱整體。這樣就可按三根帶載相線的發(fā)熱來(lái)標(biāo)定回路的載流量。在三相電流平衡但有3次諧波電流回路中，相線因諧波電流而增加熱量，中性線上則因諧波電流的疊加而發(fā)熱更多。這時(shí)，相線上并無(wú)可用以抵消中性線上的欠發(fā)熱，中性線上的發(fā)熱純系額外增加的發(fā)熱，為此需考慮降低系數(shù)來(lái)增大回路的載流量。

4.諧波污染的防范措施

減小諧波影響應(yīng)對(duì)諧波源本身或在其附近采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施。

（1）改變諧波源的配置或工作方式。具有諧波互補(bǔ)性的設(shè)備應(yīng)集中放置，否則應(yīng)分散或交錯(cuò)使用，適當(dāng)限制諧波的工作方式。

（2）加裝串聯(lián)電抗器。在用戶進(jìn)線處加裝串聯(lián)電抗器，以增大和系統(tǒng)的電氣距離，減小諧波對(duì)地區(qū)電網(wǎng)的影晌。

（3）改善三相不平衡度。從電源電壓、線路阻抗和負(fù)荷性質(zhì)等找出三相不平衡原因，加以消除。

（4）加裝KYSVG動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置可以從0.1千法開(kāi)始進(jìn)行無(wú)極補(bǔ)償，完全實(shí)現(xiàn)了**補(bǔ)償。。

（5）增加系統(tǒng)承受諧波能力。將諧波源由較大的容量的供電點(diǎn)或由高**電壓的電網(wǎng)供電。

（6）逐步推廣使用KYYLB有源電力濾波器、KYLB無(wú)源電力濾波器。

坤友電氣列舉了以上幾種主要措施，實(shí)際措施的選擇要根據(jù)諧波達(dá)標(biāo)的水平、經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)成熟度綜合比較后確定。

從建筑電氣設(shè)計(jì)角度，設(shè)計(jì)人員在工作中，對(duì)UPS、EPS、變頻器、調(diào)光設(shè)備和軟起動(dòng)設(shè)備的選用要慎重，應(yīng)要求產(chǎn)品制造商提供相關(guān)的諧波資料及制造標(biāo)準(zhǔn)。

5.諧波治理體系

按照諧波產(chǎn)生及危害的領(lǐng)域，可分為電力側(cè)諧波與用戶側(cè)諧波。

（1）電力側(cè)諧波領(lǐng)域主要研究由于電力傳輸、配電、變壓器等諧波的發(fā)生、傳輸、測(cè)量、危害及抑制，其諧波次數(shù)范圍一般為2≤N≤40。

（2）用戶側(cè)諧波領(lǐng)域主要研究由于工業(yè)、商業(yè)用戶的變頻器、計(jì)算機(jī)、開(kāi)關(guān)電源等產(chǎn)生的諧波的發(fā)生、傳輸、測(cè)量、危害及抑制，其諧波次數(shù)范圍一般為N≥40。

5.1電力側(cè)諧波治理

坤友電氣公司的KYXBQ系列諧波保護(hù)裝置即**型有源電力濾波器，針對(duì)電力測(cè)諧波，為諧波治理提供了**的解決方案。采用坤友電氣研發(fā)的*新技術(shù)，可以快速、準(zhǔn)確地實(shí)時(shí)跟蹤檢測(cè)出諧波，并通過(guò)優(yōu)良的算法，控制IGBT實(shí)現(xiàn)對(duì)諧波的補(bǔ)償。

KYXBQ諧波保護(hù)裝置可同時(shí)濾除2～61次的諧波，高達(dá)60種諧波。對(duì)目標(biāo)諧波，在額定負(fù)載下，有效濾波能力可達(dá)97.5％。正常諧波響應(yīng)時(shí)間小于100μS，對(duì)階躍變化的諧波完全補(bǔ)償時(shí)間小于10MS。自適應(yīng)諧波情況下，自動(dòng)濾除，無(wú)需設(shè)定濾波模式和選擇濾除諧波的種類，能夠自動(dòng)適應(yīng)電網(wǎng)的阻抗變化。KYXBQ諧波保護(hù)裝置過(guò)載能力120％，瞬間300％額定容量涌流補(bǔ)償，治理閃變和電壓波動(dòng)。當(dāng)系統(tǒng)采用以太網(wǎng)、MOD2BUS等多種通信方式時(shí)，KYXBQ諧波保護(hù)裝置可與BA及智能電網(wǎng)系統(tǒng)**整合。

在斷路器合閘后，KYXBQ諧波保護(hù)裝置先通過(guò)預(yù)充電電阻對(duì)DC母線的電容器充電，這個(gè)過(guò)程會(huì)持續(xù)幾秒鐘，以防止上電后對(duì)DC母線電容器的瞬間沖擊。母線電壓UDC達(dá)到額定值后，預(yù)充電接觸器閉合。

直接電容作為儲(chǔ)能元件，為通過(guò)IGBT逆變器和內(nèi)部電抗器向外輸出補(bǔ)償電流提供能量。同時(shí)，直流電容器通過(guò)電源PCB向內(nèi)部的控制PCB和電子電路提供工作電源。

KYXBQ諧波保護(hù)裝置通過(guò)外部CT采集電流信號(hào)送至控制PCB的諧波分離模塊，該模塊將基波成分分離，將諧波成分送至調(diào)節(jié)和檢測(cè)模塊。該模塊會(huì)將采集到的系統(tǒng)諧波成分和KYXBQ諧波保護(hù)裝置已發(fā)出的補(bǔ)償電流比較，得到差值作為實(shí)時(shí)補(bǔ)償信號(hào)輸出到驅(qū)動(dòng)電路，觸發(fā)IGBT逆變器將補(bǔ)償諧波電流注入到電網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)濾除諧波的功能。

5.2用戶側(cè)諧波治理

用戶側(cè)諧波主要是指由于工業(yè)、商業(yè)用戶的計(jì)算機(jī)、家用電器、變頻空調(diào)、計(jì)算機(jī)等產(chǎn)生的諧波，主要作用于控制設(shè)備，如PLC、計(jì)算機(jī)精密檢測(cè)儀器等。用戶側(cè)諧波次數(shù)范圍一般為N≥40

（0.5KHZ～100MHZ），用戶側(cè)10次諧波（500hz）到400000次諧波（20Mhz）以上的諧波，會(huì)嚴(yán)重干擾控制設(shè)備的正常工作。其危害主要表現(xiàn)為：對(duì)通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，影響網(wǎng)絡(luò)正常工作；會(huì)使PLC死機(jī)，丟失數(shù)據(jù)；計(jì)算機(jī)死機(jī)或程序出錯(cuò)；影響數(shù)控機(jī)床、核磁共振機(jī)等精密設(shè)備；影響電力設(shè)備的控制部件，如微處理器、數(shù)字和模擬IC等，使許多用電設(shè)備產(chǎn)生控制紊亂故障，造成十分嚴(yán)重的災(zāi)難性事故。同時(shí)各種操作過(guò)電壓、雷電等產(chǎn)生的電磁脈沖（EMP）和靜電放電（ESD）等對(duì)微處理器、數(shù)字和模擬芯片造成嚴(yán)重危害。

某工程配置坤友電氣KYXBQ諧波保護(hù)裝置及KYXBXZ-B超強(qiáng)型諧波吸收器（第三代諧波保護(hù)器）的低壓配電系統(tǒng)圖如下圖所示。

（1）采用坤友電氣KYXBQ諧波保護(hù)裝置及KYXBXZ-B超強(qiáng)型諧波吸收器（第三代諧波保護(hù)器）構(gòu)成二級(jí)保護(hù)體系。其中，KYXBQ諧波保護(hù)裝置濾除電力側(cè)諧波，KYXBXZ-B超強(qiáng)型諧波吸收器濾除用戶側(cè)諧波。

（2）KYXBQ諧波保護(hù)裝置獨(dú)立組柜，與低壓成套配電裝置并列布置，可以按用戶要求統(tǒng)一色標(biāo)及適當(dāng)調(diào)整柜體尺寸。

（3）盤廠配供的電流互感器需為高精度諧波專用型，二次側(cè)電流1A或100MA需與KYXBQ協(xié)調(diào)。

（4）建議KYXBXZ-B超強(qiáng)型諧波吸收器與被保護(hù)設(shè)備同柜布置。KYXBXZ-B超強(qiáng)型諧波吸收器用于PLC等重要設(shè)備的諧波保護(hù)，本身不帶電源開(kāi)關(guān)。

6.結(jié)語(yǔ)

諧波污染對(duì)設(shè)備造成了大量危害，強(qiáng)大的脈沖干擾會(huì)導(dǎo)致電子器件、設(shè)備的損壞，對(duì)計(jì)算機(jī)及應(yīng)用計(jì)算技術(shù)的儀表導(dǎo)致程序錯(cuò)誤，存儲(chǔ)丟失甚至系統(tǒng)的損壞。在實(shí)際工作中，因?yàn)樗哂卸喟l(fā)性、隨機(jī)性和不可重復(fù)性，使設(shè)備性能下降、無(wú)法工作的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。為保證各種不同類型設(shè)備和計(jì)算機(jī)及精密電子裝置正常、可靠、高效地運(yùn)行，必須采用坤友電氣KYXBQ諧波保護(hù)裝置及KYXBXZ-B超強(qiáng)型諧波吸收器（第三代諧波保護(hù)器），消除對(duì)用電設(shè)備具有破壞性的高次諧波、高頻噪聲、浪涌、尖峰瞬變等，防止計(jì)算機(jī)電子設(shè)備、PLC、電機(jī)電器等電腦死機(jī)，確保用電設(shè)備的使用壽命。