智能建筑電氣設(shè)計的諧波治理分析

1、智能建筑電氣設(shè)計的諧波治理分析信息化技術(shù)的推廣與實(shí)踐， 為智能建筑的建設(shè)提供了基礎(chǔ)， 而智能建筑的后續(xù)服務(wù)， 需要借助各種電器設(shè)備來完成， 這些電器設(shè)備需要在可靠的電氣設(shè)計的基礎(chǔ)上穩(wěn)定運(yùn)行， 避免電壓不穩(wěn)和供電不持續(xù)的問題。但是電氣設(shè)計易受到諧波干擾，對電能質(zhì)量造成干擾，影響智能建筑的服務(wù)能力，亟需改善。智能建筑電氣設(shè)計中的諧波分析1.1 諧波的產(chǎn)生諧波是電力系統(tǒng)的運(yùn)行過程中， 電流頻率為電流基波頻率的整數(shù)倍情況的統(tǒng)稱。 從廣義角度入手， 可以將諧波理解為交流電網(wǎng)中頻率單一且與其他工頻存在明顯差異的。諧波對智能建筑的影響較為明顯，干擾電能穩(wěn)定，制約系統(tǒng)可靠性，甚至造成設(shè)備損毀。諧波主要來源于：

2、（ 1）公共電力系統(tǒng)本身存在諧波，包含配電變壓器產(chǎn)生的諧波，且這些諧波會通過輸電線路，傳遞到智能建筑中，進(jìn)而干擾智能建筑的供配電系統(tǒng)；（ 2）智能建筑內(nèi)部的相關(guān)電氣設(shè)備所產(chǎn)生的波動負(fù)荷，如整流器、電源開關(guān)和計算機(jī)等，這些設(shè)備在實(shí)際的運(yùn)用中，如果出現(xiàn)電流異常波動，均能造成諧波的產(chǎn)生。1.2 諧波的危害1）干擾電氣設(shè)備精度及效率。諧波對電氣設(shè)備的影響明顯，造成電氣設(shè)備的功能障礙。例如：受到諧波的影響，電能表的計量會出現(xiàn)失誤，進(jìn)而導(dǎo)致實(shí)際電量和電能表的示數(shù)存在差異。 而高次諧波則可對設(shè)備穩(wěn)定性與可靠性造成干擾，誘發(fā)設(shè)備發(fā)熱甚至損壞。 （2）干擾設(shè)備正常運(yùn)作。智能建筑中通信線路關(guān)系智能建筑的通信質(zhì)量，

3、而諧波的存在，則會對通信線路造成干擾，導(dǎo)致噪聲的產(chǎn)生，進(jìn)而導(dǎo)致通話質(zhì)量受到干擾。另外，在醫(yī)療建筑電氣設(shè)備方面，諧波會導(dǎo)致顯示電器中顯像管不停的閃爍，電器發(fā)出噪音、 影響醫(yī)療電氣設(shè)備使用功能，甚至可能使醫(yī)療設(shè)備產(chǎn)生誤動、誤報、拒動、數(shù)據(jù)錯誤等多方面現(xiàn)象的困擾。（ 3）增加設(shè)備損耗。諧波可對設(shè)備造成損耗加重的情況，可造成電器設(shè)備的發(fā)熱老化，縮減絕緣介質(zhì)的使用壽命，并導(dǎo)致電容器損壞或爆炸等， 還能造成電能浪費(fèi)、電器設(shè)備損壞等情況，危害較大。（ 4）降低遮斷能力。受諧波干擾，斷路器的遮斷能力降低，還可造成斷路器觸頭壽命降低，威脅斷路器整體性能，甚至造成隱患發(fā)生。工程概況為詳細(xì)研究具體智能建筑的電氣設(shè)計

4、中諧波治理方法，本文以作者設(shè)計的中山市某一醫(yī)院工程智能設(shè)計為例，分析具體的電氣設(shè)計。該工程主要由門診、醫(yī)技、住院樓及后勤樓組成。共占地面積 17152m2，總建筑面積為 128929.51m2。為保障智能建筑的整體功能，具體的電氣設(shè)計中，擇取一級負(fù)荷設(shè)計，運(yùn)用TN-S系統(tǒng)，雙回路供電， 10kV電源 2 個，1 備 1 用，兩路電源均能負(fù)載100%的負(fù)荷，且變壓器負(fù)荷率平時保持在 70%左右。具體智能化設(shè)計包括照明系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、樓宇自動控制系、 LED顯示屏及排隊(duì)叫號系統(tǒng)、智能醫(yī)療等內(nèi)容。借助電氣設(shè)計，滿足智能建筑的服務(wù)功能， 提高建筑內(nèi)部醫(yī)療的使用質(zhì)量。為實(shí)現(xiàn)對諧波的處置與控制，本工程在具

5、體的電氣設(shè)計中，考慮諧波問題，并采取適宜的治理措施。智能建筑電氣設(shè)計中諧波的治理為了盡量避免諧波的危害和減少諧波的干擾， 應(yīng)合理選擇醫(yī)院建筑電氣工程中的電氣設(shè)備。3.1 電線電纜、變壓器和配電設(shè)備優(yōu)選1）對于比較集中的大功率諧波干擾源設(shè)備的配電線路，例如檢驗(yàn)科、放射科、手術(shù)部、弱電機(jī)房等存在大量大功率諧波干擾源，針對這情況，可以選用加大截面的方法減少諧波帶來的影響。 為了防止產(chǎn)生干擾，配電線路、信號線路可以選擇屏蔽效果比較強(qiáng)的金屬導(dǎo)管、金屬線槽對系統(tǒng)配電線路進(jìn)行保護(hù)，降低諧波的不良影響。 （2）配電設(shè)備優(yōu)選。 在具體的配電設(shè)備選擇中， 對于接觸器和熱繼電器的選擇，需要遵循降容使用原則。而電子型

6、的配電斷路器，同樣選擇降容使用的類型， 可達(dá)到智能建筑配電設(shè)備優(yōu)選的目的。 本工程在配電回路中諧波較為嚴(yán)重的區(qū)域，采用放大一級配電設(shè)備。（ 3）變壓器優(yōu)選。對于變壓器的優(yōu)選， 需要對變壓器的容量和型號進(jìn)行控制，本工程在具體的選擇中， 擇取具有 Dynll 連接組別，其可實(shí)現(xiàn)對零序諧波進(jìn)行一直。當(dāng)變壓器容量確定后，分析諧波畸變，并選擇70%80%的變壓器負(fù)荷率。3.2 諧波治理濾波器的選擇醫(yī)療建筑電氣系統(tǒng)設(shè)計過程中， 選用的電氣設(shè)備比較復(fù)雜， 產(chǎn)生的諧波也相對比較復(fù)雜， 而且各類電氣設(shè)備使用時間不確定， 電網(wǎng)阻抗時刻變化，在多變的條件下，無源濾波器可能會發(fā)生并聯(lián)諧振、串聯(lián)諧振，造成元件過載、設(shè)備

7、損壞等多方面的嚴(yán)重后果。因此，無源濾波器不適合用在醫(yī)療建筑電氣系統(tǒng)設(shè)計中。 而有源濾波器可以即時檢測、分析電氣系統(tǒng)電流中的諧波分量并自動補(bǔ)償， 不受諧波波次的制約，并且可以避免諧振帶來的危害， 降低諧波對智能建筑的干擾和影響。兩者相比較，有源濾波器的使用性能更加突出，適應(yīng)性更為廣泛，更適合應(yīng)用在醫(yī)療建筑電氣系統(tǒng)中。3.3 有源濾波器的應(yīng)用分析在電氣系統(tǒng)設(shè)計過程中， 有效減少諧波的產(chǎn)生， 諧波治理方案需要針對不同的應(yīng)用場合而制訂，有源濾波器的具體應(yīng)用方案為： （1）集中治理：一般適用在單臺設(shè)備諧波含量小、布局比較分散、數(shù)量較大、整體諧波電流大的場合中，比如醫(yī)療建筑中的一般病房、一般診室等區(qū)域。（

8、 2）局部治理：適用于諧波相對集中于某些饋出回路，或者局部對電能質(zhì)量要求較高的場合中， 可防止諧波對局部電力系統(tǒng)的干擾影響，比如醫(yī)療建筑內(nèi)手術(shù)室、 ICU 等科室存放著大批精密儀器和使用 UPS的區(qū)域等。（ 3）就地治理：適用于諧波源比較明確而且單臺設(shè)備諧波量較大的場合中，可防止諧波電流影響醫(yī)療建筑內(nèi)MI 、CT等檢查場所區(qū)域內(nèi)的設(shè)備。有源濾波器在實(shí)際的應(yīng)用中，需要針對不同的應(yīng)用場合采用不同的治理措施， 系統(tǒng)設(shè)計過程中應(yīng)根據(jù)不同的補(bǔ)償電流計算結(jié)果，選用適當(dāng)?shù)娜萘?，合理的設(shè)計，達(dá)到有效的諧波抑制治理效果，保證供電系統(tǒng)安全運(yùn)行。3.4 濾波方案確定為實(shí)現(xiàn)智能建筑電氣設(shè)計中諧波的治理，需選擇有效的濾

9、波方案，進(jìn)而達(dá)到濾波的目的。 濾波方案的確定，需要結(jié)合變壓器額定容量 Sn2000kVA和有源濾波器選型展開分析。（ 1）對于變壓器額定容量 Sn2000kVA的情況下，需要根據(jù) Gn的情況進(jìn)行判斷，從而確定具體的濾波方案，實(shí)現(xiàn)對諧波的處置。如果0.5SnGn0.25Sn，則選擇增加 10%的電容器的額定電壓 +諧波的抑制電流，從而實(shí)現(xiàn)對諧波的抑制作用，降低諧波對智能建筑的干擾。 而如果 Gn0.5Sn 時，則給予有源電力濾波器的方案， 實(shí)現(xiàn)對智能建筑電氣設(shè)計中諧波的濾波。（2）有源電力濾波器優(yōu)選。在確認(rèn)選擇有源電力濾波器方案后，需要對具體濾波器進(jìn)行選擇。選擇時，如果存在大量計算機(jī)、空調(diào)等電氣

10、設(shè)備，則選擇三相四線制的有源電力濾波器，保障設(shè)備的安全，從而實(shí)現(xiàn)對諧波的過濾。 如果根據(jù)過濾諧波的頻率不同， 則需要選擇不同型號的濾波器，保障濾波效果。此外，濾波器的設(shè)計過程中，需要盡可能地靠近諧波產(chǎn)生源， 達(dá)到提升過濾質(zhì)量的目的， 降低諧波干擾。3.5 電容器的優(yōu)選電容器同樣是智能建筑中的重要組成部分，在具體的電容器選擇時，需要對諧波電流放大現(xiàn)象進(jìn)行控制。其中，結(jié)合式（1）可得到諧波放大現(xiàn)象的不良影響，可造成變壓器過載爆炸。式（ 1）中，當(dāng)X1n0，X2n0，則 I1n In ，說明諧波被放大，而放大現(xiàn)象對變壓器的影響明顯。本工程結(jié)合上述公式的基本情況， 在具體電容選擇中，通過配置具有固定配置電抗率的串聯(lián)電抗器的方式， 實(shí)現(xiàn)對諧波的抑制，保障智能建筑的功能性與可靠性。3.6 其他治理方法智能建筑的電氣設(shè)計中， 由于各種類型的電氣設(shè)備數(shù)量和種類相對較多。因此， 在諧波治理中，本工程將濾波器安裝在諧波影響巨大電子設(shè)備內(nèi)部，達(dá)到抑制諧波的目的。再針對專用配電回路設(shè)計時，避免外來諧波進(jìn)入系統(tǒng)，采取屏蔽措施。另外，智能建筑的信息設(shè)備總量多，本工程使用 TN-S系統(tǒng)，雙回路供電的方式，并實(shí)施局部等電位連接總等電位連接， 且在電位聯(lián)結(jié)網(wǎng)絡(luò)的每一層次進(jìn)行設(shè)置， 達(dá)到相互之間具有不同層的等電位，進(jìn)而達(dá)到抑制諧波干擾的目的。結(jié)語在醫(yī)療建