諧波保護裝置及超強型諧波吸收器在現代智能建築諧波治理中的應用

現代智能建築和大型站房係統為適應現代社會信息化與經濟國際化的需要以及隨著計算機技術、通信技術和控製技術的日新月異，相互滲透，持續發展。現代智能建築中使用了大量的現代化用電設備和裝置（如通信係統、計算機、網絡控製設備、變頻空調、各種數碼辦公設備、燈光調控、消防係統、監控係統等），惡劣的諧波環境對保證係統和設備的**正常運行造成了極大的威脅。

1.諧波的產生及危害

現代智能建築中諧波主要來自於兩方麵，一是大量非線性負荷形成的諧波源（如電動機、變壓器、電容器、斷路器、電子設備、電纜、控製裝置、開關電源、電子式熒光整流器等）導致配電係統的電壓、電流發生畸變，產生諧波；二是公用電網本身具有一定的諧波含量和配電變壓器作為諧波源產生的諧波，由網側傳輸至配電係統。

（1）對旋轉電動機的影響。旋轉電動機定子的正序和負序諧波電流，分彆形成正向和反向旋轉磁場，使旋轉電動機產生固定數的振動力矩和轉速的變化，從而使電動機效率降低，發熱增加，縮短其壽命。

（2）對變壓器的影響。變壓器等電氣設備由於過大的諧波電流而產生附加損耗，從而引起過熱，使絕緣介質老化加速，導致絕緣損壞。正序和負序諧波電流同樣使變壓器產生噪聲。隨著當前裝置需要運行到極限值的趨勢以及低電壓係統日益增加的諧波汙染，這個問題也變得日趨嚴重。

（3）對並聯電容器的影響。並聯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載發熱。當容性阻抗與係統中感性阻抗相匹配時，容易構成諧波諧振，使電容器容易產生局部放電。

（4）對斷路器的影響。諧波電流的發熱作用大於有效值相等的工頻電流，能降低熱元件的發熱動作電流，使斷路器誤動作。高次諧波含量較高的電流能使斷路器的開斷能力降低。

（5）對計算機設備的影響。易造成計算機死機和引發計算機屏幕的頻閃。

（6）對電纜的影響。三相四線製配電線路中性線過載、過熱、燒毀線路。

（7）對控製裝置的影響。嚴重的諧波畸變會引起在一個正弦周波內的額外過零點，會影響測試設備，使程序控製裝置的同步性可能**擾，PLC可能會死機。

（8）對保護裝置的影響。配電回路的諧波電流含量高，會使斷路器遮斷能力降低。這是因為畸變電流過零點時，電弧電流隨時間的變化率要比工頻正弦電流大，電弧電壓的恢複要迅速得多，使電弧容易重燃。因此，導致誤跳閘或在該跳閘的時候根本不跳。剩餘電流可能會達到使剩餘電流保護裝置動作的設定值。事實表明，空氣電磁斷路器不能遮斷其分斷能力範圍內波形畸變率超過50％的故障電流，還會導致斷路器損壞。

（9）對感應式電能表計影響。在諧波環境下，電能表記錄的是基波電能及部分諧波電能，後者將用電設備性能變壞，因此用戶不但要多交電費，而且電能表也會受到損害。

2.配電係統諧波產生原因及諧波種類

（1）供電係統的基波頻率為工頻（50HZ）。諧波頻率為基波的整數倍的有兩種，奇數次的統稱為奇次諧波，偶數次的統稱為偶次諧波。

（2）在現代智能建築配電係統中，當電網供電為正弦基波電壓加在非線性負荷上時，負荷吸收的電流與施加的波形不同，畸變電流將在電源係統的阻抗上產生電壓降，畸變電壓降對所有用電負荷（線性和非線性）產生影響，產生更多畸變電壓，如圖下圖所示。在配電係統中，某種比例電抗器組或係統自身電抗與電容比率合適時，將會對某種特定次數的諧波電流產生諧振放大，有時可達諧波源電流的10倍以上。

3.諧波電流過載的導線截麵選擇

在IEC載流量標準中，三相四線回路采用多芯電纜或穿管導線時，不論導體數為4根或5根（其中1根為PE線），其發熱和載流量都按3根帶載相線考慮。當三相電流平衡時情況如此，當三相電流不平衡時情況也如此。這是因為三相電流不等時，電流較小一相的欠發熱可以抵消中性線上的發熱，即它將一個回路視作一個欠發熱整體。這樣就可按三根帶載相線的發熱來標定回路的載流量。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熱更多。這時，相線上並無可用以抵消中性線上的欠發熱，中性線上的發熱純係額外增加的發熱，為此需考慮降低係數來增大回路的載流量。

4.諧波汙染的防範措施

減小諧波影響應對諧波源本身或在其附近采取適當的技術措施。

（1）改變諧波源的配置或工作方式。具有諧波互補性的設備應集中放置，否則應分散或交錯使用，適當限製諧波的工作方式。

（2）加裝串聯電抗器。在用戶進線處加裝串聯電抗器，以增大和係統的電氣距離，減小諧波對地區電網的影晌。

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

（4）加裝KYSVG動態無功補償裝置可以從0.1千法開始進行無極補償，完全實現了**補償。。

（5）增加係統承受諧波能力。將諧波源由較大的容量的供電點或由高**電壓的電網供電。

（6）逐步推廣使用KYYLB有源電力濾波器、KYLB無源電力濾波器。

坤友電氣列舉了以上幾種主要措施，實際措施的選擇要根據諧波達標的水平、經濟性和技術成熟度綜合比較後確定。

從建築電氣設計角度，設計人員在工作中，對UPS、EPS、變頻器、調光設備和軟起動設備的選用要慎重，應要求產品製造商提供相關的諧波資料及製造標準。

5.諧波治理體係

按照諧波產生及危害的領域，可分為電力側諧波與用戶側諧波。

（1）電力側諧波領域主要研究由於電力傳輸、配電、變壓器等諧波的發生、傳輸、測量、危害及抑製，其諧波次數範圍一般為2≤N≤40。

（2）用戶側諧波領域主要研究由於工業、商業用戶的變頻器、計算機、開關電源等產生的諧波的發生、傳輸、測量、危害及抑製，其諧波次數範圍一般為N≥40。

5.1電力側諧波治理

坤友電氣公司的KYXBQ係列諧波保護裝置即**型有源電力濾波器，針對電力測諧波，為諧波治理提供了**的解決方案。采用坤友電氣研發的*新技術，可以快速、準確地實時跟蹤檢測出諧波，並通過優良的算法，控製IGBT實現對諧波的補償。

KYXBQ諧波保護裝置可同時濾除2～61次的諧波，高達60種諧波。對目標諧波，在額定負載下，有效濾波能力可達97.5％。正常諧波響應時間小於100μS，對階躍變化的諧波完全補償時間小於10MS。自適應諧波情況下，自動濾除，無需設定濾波模式和選擇濾除諧波的種類，能夠自動適應電網的阻抗變化。KYXBQ諧波保護裝置過載能力120％，瞬間300％額定容量湧流補償，治理閃變和電壓波動。當係統采用以太網、MOD2BUS等多種通信方式時，KYXBQ諧波保護裝置可與BA及智能電網係統**整合。

在斷路器合閘後，KYXBQ諧波保護裝置先通過預充電電阻對DC母線的電容器充電，這個過程會持續幾秒鐘，以防止上電後對DC母線電容器的瞬間衝擊。母線電壓UDC達到額定值後，預充電接觸器閉合。

直接電容作為儲能元件，為通過IGBT逆變器和內部電抗器向外輸出補償電流提供能量。同時，直流電容器通過電源PCB向內部的控製PCB和電子電路提供工作電源。

KYXBQ諧波保護裝置通過外部CT采集電流信號送至控製PCB的諧波分離模塊，該模塊將基波成分分離，將諧波成分送至調節和檢測模塊。該模塊會將采集到的係統諧波成分和KYXBQ諧波保護裝置已發出的補償電流比較，得到差值作為實時補償信號輸出到驅動電路，觸發IGBT逆變器將補償諧波電流注入到電網中，實現濾除諧波的功能。

5.2用戶側諧波治理

用戶側諧波主要是指由於工業、商業用戶的計算機、家用電器、變頻空調、計算機等產生的諧波，主要作用於控製設備，如PLC、計算機精密檢測儀器等。用戶側諧波次數範圍一般為N≥40

（0.5KHZ～100MHZ），用戶側10次諧波（500hz）到400000次諧波（20Mhz）以上的諧波，會嚴重乾擾控製設備的正常工作。其危害主要表現為：對通信係統產生乾擾，影響網絡正常工作；會使PLC死機，丟失數據；計算機死機或程序出錯；影響數控機床、核磁共振機等精密設備；影響電力設備的控製部件，如微處理器、數字和模擬IC等，使許多用電設備產生控製紊亂故障，造成十分嚴重的災難性事故。同時各種操作過電壓、雷電等產生的電磁脈衝（EMP）和靜電放電（ESD）等對微處理器、數字和模擬芯片造成嚴重危害。

某工程配置坤友電氣KYXBQ諧波保護裝置及KYXBXZ-B超強型諧波吸收器（第三代諧波保護器）的低壓配電係統圖如下圖所示。

（1）采用坤友電氣KYXBQ諧波保護裝置及KYXBXZ-B超強型諧波吸收器（第三代諧波保護器）構成二級保護體係。其中，KYXBQ諧波保護裝置濾除電力側諧波，KYXBXZ-B超強型諧波吸收器濾除用戶側諧波。

（2）KYXBQ諧波保護裝置獨立組櫃，與低壓成套配電裝置並列布置，可以按用戶要求統一色標及適當調整櫃體尺寸。

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

（4）建議KYXBXZ-B超強型諧波吸收器與被保護設備同櫃布置。KYXBXZ-B超強型諧波吸收器用於PLC等重要設備的諧波保護，本身不帶電源開關。

6.結語

諧波汙染對設備造成了大量危害，強大的脈衝乾擾會導致電子器件、設備的損壞，對計算機及應用計算技術的儀表導致程序錯誤，存儲丟失甚至係統的損壞。在實際工作中，因為它具有多發性、隨機性和不可重複性，使設備性能下降、無法工作的現象時有發生。為保證各種不同類型設備和計算機及精密電子裝置正常、可靠、高效地運行，必須采用坤友電氣KYXBQ諧波保護裝置及KYXBXZ-B超強型諧波吸收器（第三代諧波保護器），消除對用電設備具有破壞性的高次諧波、高頻噪聲、浪湧、尖峰瞬變等，防止計算機電子設備、PLC、電機電器等電腦死機，確保用電設備的使用壽命。