谐波保护装置及超强型谐波吸收器在现代智能建筑谐波治理中的应用

现代智能建筑和大型站房系统为适应现代社会信息化与经济国际化的需要以及随着计算机技术、通信技术和控制技术的日新月异，相互渗透，持续发展。现代智能建筑中使用了大量的现代化用电设备和装置（如通信系统、计算机、网络控制设备、变频空调、各种数码办公设备、灯光调控、消防系统、监控系统等），恶劣的谐波环境对保证系统和设备的**正常运行造成了极大的威胁。

1.谐波的产生及危害

现代智能建筑中谐波主要来自于两方面，一是大量非线性负荷形成的谐波源（如电动机、变压器、电容器、断路器、电子设备、电缆、控制装置、开关电源、电子式荧光整流器等）导致配电系统的电压、电流发生畸变，产生谐波；二是公用电网本身具有一定的谐波含量和配电变压器作为谐波源产生的谐波，由网侧传输至配电系统。

（1）对旋转电动机的影响。旋转电动机定子的正序和负序谐波电流，分别形成正向和反向旋转磁场，使旋转电动机产生固定数的振动力矩和转速的变化，从而使电动机效率降低，发热增加，缩短其寿命。

（2）对变压器的影响。变压器等电气设备由于过大的谐波电流而产生附加损耗，从而引起过热，使绝缘介质老化加速，导致绝缘损坏。正序和负序谐波电流同样使变压器产生噪声。随着当前装置需要运行到极限值的趋势以及低电压系统日益增加的谐波污染，这个问题也变得日趋严重。

（3）对并联电容器的影响。并联电容器的容性阻抗特性，以及阻抗和频率成反比的特性，使电容器容易吸收谐波电流引起过载发热。当容性阻抗与系统中感性阻抗相匹配时，容易构成谐波谐振，使电容器容易产生局部放电。

（4）对断路器的影响。谐波电流的发热作用大于有效值相等的工频电流，能降低热元件的发热动作电流，使断路器误动作。高次谐波含量较高的电流能使断路器的开断能力降低。

（5）对计算机设备的影响。易造成计算机死机和引发计算机屏幕的频闪。

（6）对电缆的影响。三相四线制配电线路中性线过载、过热、烧毁线路。

（7）对控制装置的影响。严重的谐波畸变会引起在一个正弦周波内的额外过零点，会影响测试设备，使程序控制装置的同步性可能**扰，PLC可能会死机。

（8）对保护装置的影响。配电回路的谐波电流含量高，会使断路器遮断能力降低。这是因为畸变电流过零点时，电弧电流随时间的变化率要比工频正弦电流大，电弧电压的恢复要迅速得多，使电弧容易重燃。因此，导致误跳闸或在该跳闸的时候根本不跳。剩余电流可能会达到使剩余电流保护装置动作的设定值。事实表明，空气电磁断路器不能遮断其分断能力范围内波形畸变率超过50％的故障电流，还会导致断路器损坏。

（9）对感应式电能表计影响。在谐波环境下，电能表记录的是基波电能及部分谐波电能，后者将用电设备性能变坏，因此用户不但要多交电费，而且电能表也会受到损害。

2.配电系统谐波产生原因及谐波种类

（1）供电系统的基波频率为工频（50HZ）。谐波频率为基波的整数倍的有两种，奇数次的统称为奇次谐波，偶数次的统称为偶次谐波。

（2）在现代智能建筑配电系统中，当电网供电为正弦基波电压加在非线性负荷上时，负荷吸收的电流与施加的波形不同，畸变电流将在电源系统的阻抗上产生电压降，畸变电压降对所有用电负荷（线性和非线性）产生影响，产生更多畸变电压，如图下图所示。在配电系统中，某种比例电抗器组或系统自身电抗与电容比率合适时，将会对某种特定次数的谐波电流产生谐振放大，有时可达谐波源电流的10倍以上。

3.谐波电流过载的导线截面选择

在IEC载流量标准中，三相四线回路采用多芯电缆或穿管导线时，不论导体数为4根或5根（其中1根为PE线），其发热和载流量都按3根带载相线考虑。当三相电流平衡时情况如此，当三相电流不平衡时情况也如此。这是因为三相电流不等时，电流较小一相的欠发热可以抵消中性线上的发热，即它将一个回路视作一个欠发热整体。这样就可按三根带载相线的发热来标定回路的载流量。在三相电流平衡但有3次谐波电流回路中，相线因谐波电流而增加热量，中性线上则因谐波电流的叠加而发热更多。这时，相线上并无可用以抵消中性线上的欠发热，中性线上的发热纯系额外增加的发热，为此需考虑降低系数来增大回路的载流量。

4.谐波污染的防范措施

减小谐波影响应对谐波源本身或在其附近采取适当的技术措施。

（1）改变谐波源的配置或工作方式。具有谐波互补性的设备应集中放置，否则应分散或交错使用，适当限制谐波的工作方式。

（2）加装串联电抗器。在用户进线处加装串联电抗器，以增大和系统的电气距离，减小谐波对地区电网的影晌。

（3）改善三相不平衡度。从电源电压、线路阻抗和负荷性质等找出三相不平衡原因，加以消除。

（4）加装KYSVG动态无功补偿装置可以从0.1千法开始进行无极补偿，完全实现了**补偿。。

（5）增加系统承受谐波能力。将谐波源由较大的容量的供电点或由高**电压的电网供电。

（6）逐步推广使用KYYLB有源电力滤波器、KYLB无源电力滤波器。

坤友电气列举了以上几种主要措施，实际措施的选择要根据谐波达标的水平、经济性和技术成熟度综合比较后确定。

从建筑电气设计角度，设计人员在工作中，对UPS、EPS、变频器、调光设备和软起动设备的选用要慎重，应要求产品制造商提供相关的谐波资料及制造标准。

5.谐波治理体系

按照谐波产生及危害的领域，可分为电力侧谐波与用户侧谐波。

（1）电力侧谐波领域主要研究由于电力传输、配电、变压器等谐波的发生、传输、测量、危害及抑制，其谐波次数范围一般为2≤N≤40。

（2）用户侧谐波领域主要研究由于工业、商业用户的变频器、计算机、开关电源等产生的谐波的发生、传输、测量、危害及抑制，其谐波次数范围一般为N≥40。

5.1电力侧谐波治理

坤友电气公司的KYXBQ系列谐波保护装置即**型有源电力滤波器，针对电力测谐波，为谐波治理提供了**的解决方案。采用坤友电气研发的*新技术，可以快速、准确地实时跟踪检测出谐波，并通过优良的算法，控制IGBT实现对谐波的补偿。

KYXBQ谐波保护装置可同时滤除2～61次的谐波，高达60种谐波。对目标谐波，在额定负载下，有效滤波能力可达97.5％。正常谐波响应时间小于100μS，对阶跃变化的谐波完全补偿时间小于10MS。自适应谐波情况下，自动滤除，无需设定滤波模式和选择滤除谐波的种类，能够自动适应电网的阻抗变化。KYXBQ谐波保护装置过载能力120％，瞬间300％额定容量涌流补偿，治理闪变和电压波动。当系统采用以太网、MOD2BUS等多种通信方式时，KYXBQ谐波保护装置可与BA及智能电网系统**整合。

在断路器合闸后，KYXBQ谐波保护装置先通过预充电电阻对DC母线的电容器充电，这个过程会持续几秒钟，以防止上电后对DC母线电容器的瞬间冲击。母线电压UDC达到额定值后，预充电接触器闭合。

直接电容作为储能元件，为通过IGBT逆变器和内部电抗器向外输出补偿电流提供能量。同时，直流电容器通过电源PCB向内部的控制PCB和电子电路提供工作电源。

KYXBQ谐波保护装置通过外部CT采集电流信号送至控制PCB的谐波分离模块，该模块将基波成分分离，将谐波成分送至调节和检测模块。该模块会将采集到的系统谐波成分和KYXBQ谐波保护装置已发出的补偿电流比较，得到差值作为实时补偿信号输出到驱动电路，触发IGBT逆变器将补偿谐波电流注入到电网中，实现滤除谐波的功能。

5.2用户侧谐波治理

用户侧谐波主要是指由于工业、商业用户的计算机、家用电器、变频空调、计算机等产生的谐波，主要作用于控制设备，如PLC、计算机精密检测仪器等。用户侧谐波次数范围一般为N≥40

（0.5KHZ～100MHZ），用户侧10次谐波（500hz）到400000次谐波（20Mhz）以上的谐波，会严重干扰控制设备的正常工作。其危害主要表现为：对通信系统产生干扰，影响网络正常工作；会使PLC死机，丢失数据；计算机死机或程序出错；影响数控机床、核磁共振机等精密设备；影响电力设备的控制部件，如微处理器、数字和模拟IC等，使许多用电设备产生控制紊乱故障，造成十分严重的灾难性事故。同时各种操作过电压、雷电等产生的电磁脉冲（EMP）和静电放电（ESD）等对微处理器、数字和模拟芯片造成严重危害。

某工程配置坤友电气KYXBQ谐波保护装置及KYXBXZ-B超强型谐波吸收器（第三代谐波保护器）的低压配电系统图如下图所示。

（1）采用坤友电气KYXBQ谐波保护装置及KYXBXZ-B超强型谐波吸收器（第三代谐波保护器）构成二级保护体系。其中，KYXBQ谐波保护装置滤除电力侧谐波，KYXBXZ-B超强型谐波吸收器滤除用户侧谐波。

（2）KYXBQ谐波保护装置独立组柜，与低压成套配电装置并列布置，可以按用户要求统一色标及适当调整柜体尺寸。

（3）盘厂配供的电流互感器需为高精度谐波专用型，二次侧电流1A或100MA需与KYXBQ协调。

（4）建议KYXBXZ-B超强型谐波吸收器与被保护设备同柜布置。KYXBXZ-B超强型谐波吸收器用于PLC等重要设备的谐波保护，本身不带电源开关。

6.结语

谐波污染对设备造成了大量危害，强大的脉冲干扰会导致电子器件、设备的损坏，对计算机及应用计算技术的仪表导致程序错误，存储丢失甚至系统的损坏。在实际工作中，因为它具有多发性、随机性和不可重复性，使设备性能下降、无法工作的现象时有发生。为保证各种不同类型设备和计算机及精密电子装置正常、可靠、高效地运行，必须采用坤友电气KYXBQ谐波保护装置及KYXBXZ-B超强型谐波吸收器（第三代谐波保护器），消除对用电设备具有破坏性的高次谐波、高频噪声、浪涌、尖峰瞬变等，防止计算机电子设备、PLC、电机电器等电脑死机，确保用电设备的使用寿命。