现代智能建筑谐波特性及治理措施研究

黄毓辉

（广州市琳江建筑设计有限公司）

现代智能建筑谐波特性及治理措施研究

黄毓辉

（广州市琳江建筑设计有限公司）

现代智能建筑在电气设计方面具有良好的优势，为用户提供了更加全面的使用功能。但是，随着电力电子设备的应用增加，所产生的谐波也不断增加，对建筑内的供电系统和建筑设备产生不良影响，因此，加强现代智能建筑电气谐波的研究和治理具有重要意义。论文简单分析了现代智能建筑谐波特性及危害，并探讨了相关的治理措施。

智能建筑；电气谐波特性；治理措施

1 引言

智能建筑是建筑行业发展到一定程度的产物，有效结合了现代建筑技术、信息技术、电气控制技术，根据用户的需求优化组合结构、系统、服务、管理等几部分的内容，大大改善了用户的生活质量。但是，现代智能建筑各方面的完善都需要现代化的设备和装置作为硬件支持，例如通信设备、电气控制设备、数码办公设备等。但是各种电子设备、电气设备的大量应用，必然会造成智能建筑谐波危害，对建筑控制系统和运行设备的正常、稳定运行造成威胁，降低了建筑内部的电力供应质量，存在很大的安全隐患，因此，如何有效治理谐波危害成为智能建筑建设和发展的重要课题。

2 现代智能建筑谐波特性

现代智能建筑的谐波产生的原因主要包括两方面：一是非线性负荷形成的谐波源造成配电系统的电流、电压畸变，从而产生谐波；二是公共电网具有一定谐波含量，同时配电变压器也是谐波源。谐波特性主要包括对称性、相序性、独立性等方面，具体分析如下。

2.1 对称性

现代智能建筑谐波的对称性可以分为奇对称、偶对称和半波对称：（1）奇对称性指的是谐波在傅里叶级数展开时没有余弦，用公式表达为f(-t)=f(t)；（2）偶对称性指的是谐波在傅里叶展开级数中只有余弦，而正弦是不存在的，用公式表达为f(-t)=f(t)；（3）半波对称特性指的是智能建筑的偶次谐波被抵消，并且不存在直流分量，在电力系统中，存在很多双向对称性元件，容易产生具有半波对称性的电压和电流，电网中的偶次谐波往往被忽略。

2.2 独立性

现代智能建筑的独立性指的是对于不同的谐波，平衡电力系统所做出的响应是相互独立的，总的响应就是各个独立谐波进行相加。根据这点可以发现，各次谐波互不干扰，可以进行独立的分析和治理。

2.3 相序性

正序的谐波包括基波、四次、七次等谐波；负序的谐波指的是二次谐波，之后是五次谐波，还有八次谐波，以此类推；零序的谐波则是3的倍数级别的谐波，这类谐波下的电流不能够流入中性点不接地的星形电路和三角形连接的电路。当系统存在谐波时，肯定出现了零序和负序的电流，这与系统是否平衡无关。

3 现代智能建筑谐波的危害

3.1 造成设备产生谐波损耗

在现代智能建筑的电力系统中，谐波造成变压器温度升高和电动机力矩增加。对于电力变压器而言，谐波电流使得变压器的铜损耗、铁损耗、漏磁损耗增加，并且谐波频率增加，铁损耗会更高。高次谐波的干扰会造成变压器发热，例如外壳、外层硅钢片等固体发热，对变压器的正常运作造成影响，使得建筑内的电力转变质量降低。同时谐波对旋转电机也存在一定危害，电机在谐波影响下会产生附加损耗和转矩，主磁通呈现脉动性，容易造成机械设备的共振，并且谐波电流和电机的负序基波电流共同作用，造成电动机启动困难，影响设备运行效率。

3.2 使得敏感电子设备受到损害

现代智能建筑中安装和使用着很多的敏感电子设备，谐波对这些敏感电子设备的影响主要表现为：（1）以基波频率为基准的电子设备需要过零检测，受到谐波影响，这类电子设备会出现过零误动作，例如数字时钟等，多次过零使得设备难以正常运行；（2）很多电力电子设备的电源通常采用波形的峰值来保障滤波电容器处于全充电状态，但是谐波会造成波峰的提高或降低，使得电压不稳定，电力电子设备遭到破坏；（3）智能建筑中还存在很多自动控制系统，例如消防报警系统、办公自动化系统、安全防范系统等，谐波会使得这些系统的电子装置误动作，造成系统瘫痪。

3.3 造成电力电缆故障

智能建筑电气系统中，电力电缆和母线发挥着重要的电力传输作用，对于保障整个建筑的安全、稳定运行意义重大。当谐波产生后，电力电缆的集肤效应增强，出现过热现象，同时附加损耗增加。由于谐波会造成电压波形发生畸变，谐波电压与基波电压出现波峰重合现象时，输电线路会产生严重的电晕，输电线路的额定电压等级越高，造成的不稳定危害越大。当谐波源的电流在母线上进行叠加后，将会造成更大的影响，高次谐波引发集肤效应，母线等效电阻值增加，产生大量热量，造成中性线发热过高，线路的损耗随之增加，甚至会造成断路器频繁跳闸、导线烧毁等现象。

3.4 干扰通信系统的运行

谐波对智能建筑中的通信系统的干扰是一个在国际上十分重视的问题，很多专家对此进行了充分的研究。谐波会对邻近通信线路产生谐波电压的静电干扰和谐波电流的电磁干扰，谐波干扰会引起通信系统的噪声，降低信号的传输质量,降低语言或图像的清晰度，干扰严重时会破坏信号的正常传递，引起信号的丢失，使系统无法正常工作。在电力线载波通信的系统中，谐波和基波的综合作用出现多次触发电话响铃，在极端的情况下威胁通信设备和人员的安全。

4 现代智能建筑谐波治理措施

4.1 消除谐波源

在现代智能建筑中，消除谐波源是治理谐波最有效的措施。电力设备生产厂家要提高对电气设备质量的重视程度，根据国家颁布的各种类型电气设备的限值标准，进行全面的质量检查，并提供可靠的谐波检测报告，保障产品的实际生产质量。

4.2 应用电力滤波器

一方面，采用有源电力滤波器是抑制谐波的有效手段。有源电力滤波器的主要构造包括电力晶体管和可关断晶闸管，大部分属于可关断的电力器件，可以利用电子控制器取代传统电源作用，通过发出畸变电流，从而保障系统为负荷发出稳定的正弦基波电流；另一方面，采用无源滤波器，即利用电容、电抗、电阻元件构成谐波电流滤波器，在谐波频率下，形成低阻抗回路以吸收谐波，在基波频率下，提供无功电流以改善功率因数，无源滤波器用于谐波电流和无功负荷比较稳定，自然功率因数较低，频谱特征明显。

4.3 采用用户侧谐波保护器

用户侧谐波保护器可以随时跟踪电压波形，瞬时滤除电源中的尖峰、浪涌杂波，矫正因谐波影响而产生畸变的电压波形，对噪声进行消化并把被吸收的噪声能量部分返回到电网中，以矫正电网波形。用户侧谐波保护器具有体积小可导轨安装的特点，用于电话/网络机房、有精密仪器、对谐波敏感的场所。

5 结束语

总而言之，在现代智能建筑中，谐波是影响系统和设备正常运行的一大安全隐患，而谐波是不可能彻底消除的，尽最大可能减少谐波危害成为建筑行业的重要研究课题。相关单位要加强新技术、新产品的研究与应用，认真做好建筑工程设计，选择更加有效的方案，做好谐波的治理工作，为广大用户提供更加安全、可靠的生活和办公场所。

[1]盖克松.现代智能建筑谐波特性及治理措施研究[D].济南：山东大学,2013.

Research on Harmonic Characteristics and Control Measures of Modern Intelligent Building

HUANG Yu-hui

(Guangzhou Lynn Building Design Co., Ltd.)

Modern intelligent building has a good advantage in electrical design, which provides more comprehensive use function for the user, but with the application of power electronic equipment increased, the harmonic has also increased, which has adverse effects on the power supply system and building equipment in the building, therefore strengthening the research and governance of modern intelligent building electrical harmonic has important significance. This paper briefly analyzes the harmonic characteristics and harm of modern intelligent building, and discusses the related governance measures.

intelligent building; electrical harmonic characteristic; governance measures