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              辦公建筑低壓配電系統諧波治理設計

               辦公建筑中建筑設備管理系統、信息設施系統、信息化應用系統中的自動化電子設備對電源質量要求較高,由于辦公建筑中大量非線性負荷的使用,產生的高次諧波對智能化系統電子設備的安全運行造成不利影響。

                在國標《電能質量公用電網諧波》(GB/T 14549—1993)中規定相電壓諧波限值:標稱電壓0.38kV電網中各奇次諧波電壓含有率為4%。各偶次諧波電壓含有率為2%,諧波總電壓畸變率為5%:標稱電壓lOkV電網中各奇次諧波電壓含有率為3.2%,各偶次諧波電壓含有率為1.6%,諧波總電壓畸變率為4。國標《電子信息系統機房設計規范》(GB50174—2008)對電源質量的要求中,穩態電壓偏移范圍:A、B級±3%,C級±5% ;輸入電壓波形失真度:≤5%(電子信息設備正常工作時);不間斷電源系統輸入端THDI含量(3~39次諧波)<15%。

                按上述有關標準,建議將辦公建筑電源系統的總電壓諧波畸變率限值定在5%,如超過5%應采取適當的治理措施,以保證辦公建筑智能化系統的安全運行。

                1、某辦公建筑配電系統諧波檢測

                1.1 主要諧波源及特點

                某辦公建筑中的主要諧波源設備有以下幾種:① 照明系統中的熒光燈鎮流器、節能燈等:② 大量的個人電腦、復印機、打印機、繪圖機等辦公設備:③uPs(不間斷電源)、EPS(應急電源)等;④ 電梯、空調、水泵等動力設備中的軟啟動器、變頻傳動裝置:⑤ 其他有非線性負荷特性的電子控制設備等。其中① 、② 類設備數量大、負荷特性相同,同類設備產生的諧波電流又相互疊加,如熒光燈、節能燈照明會產生1O% 以上的3次諧波.個人電腦電流諧波畸變率可達到75%;③ 類UPS、EPS電源等裝置在充電時產生5、7次諧波電流;④ 類設備因節能等需要而較多采用的軟啟動器、變頻裝置產生大量5、7次諧波,使輸入電流波形畸變嚴重。雖然多數產品自身具有一定的諧波抑制功能,但因質量參差不齊,諧波含量一般也在10% ~40% 左右。

                由于以上非線性設備的大量使用,造成建筑物低壓配電系統諧波畸變嚴重。根據對該辦公樓其中一臺變壓器的實測,最大相總諧波畸變率達到了24.2%。其總畸變率甚至超過了大量使用非線性設備的醫療類建筑(如上海建筑設計研究院對上海市9家醫院進行檢測.其中諧波畸變率最大的某醫院其中一臺變壓器最大相總諧波電流畸變率為21.6%)。辦公建筑的諧波畸變率非常嚴重,超出了人們的預想。

                1.2 配電系統諧波實測結果

                該辦公建筑諧波檢測情況見圖1~4(變壓器容量為1 250 kV·A)。圖1為基本電氣數據,圖2為三相電流波形。圖3和圖4分別為L 相和N線的電流頻譜及諧波電流。實測結果表明,該辦公建筑諧波含量高。以3次諧波為主:由于3次諧波電流的疊加,中性線電流非常大。

                2、某新建辦公建筑配電系統諧波防范設計

                2.1 配電設備諧波防范設計原則

                2.1.1 變壓器選擇

                選用D.ynl1連接組別的配電變壓器,在確定變壓器容量時,應考慮諧波畸變引起的變壓器發熱,選擇變壓器負荷率為70%~ 80%。

                2.1.2 配電設備選擇

                為降低諧波畸變引起的低壓開關設備的發熱和誤動作.可按以下原則選擇低壓配電設備,如熱磁型、電子型配電用斷路器觸器、熱繼電器應適當降容使用:在諧波畸變較嚴重的配電同路中可放大一級選擇低壓配電設備。

                2.1.3 電線、電纜選擇

                選擇電線、電纜截面時應考慮諧波引起線纜的發熱在三相四線制系統中,對于連接主要諧波源設備的配線應考慮諧波電流的集膚效應對配線的發熱影響,以及3及3的倍數次諧波電流在中性線上的疊加。在選擇線纜截面及中性線截面時應留有裕量。當配電系統設有源濾波裝置時,相應回路的中性線截面可不增大:當配電系統設無源濾波裝置時,相應回路的中性線截面可與相線等截面:三相不平衡系統中的單相回路。其中性線截面應不小于相線截面。三相平衡系統中,三相回路的3次諧波電流大于10%時,中性線截面不應小于相線截面。

                2.1.4 其他設計原則

                應選用高質量、諧波畸變率小的軟啟動和變頻傳動裝置;對容量大、諧波畸變率大的軟啟動器、變頻傳動裝置,應就地加裝有源或無源濾波裝置。在設計中,應采取以下措施抑制諧波對電子設備的干擾:① 為該類設備設計專用配電回路,盡可能避免干擾沿電源線路引入;② 為易受干擾設備(如計算機網絡設備)的專用配電干線設置濾波裝置,消除或抑制諧波分量,達到凈化電源目的;③ 使該類設備配線盡可能遠離諧波嚴重的線路或采取屏蔽措施.以避免空間電磁干擾。

                辦公建筑含有大量信息技術設備.供電系統接地應采用TN—S系統.應設置總等電位聯結和局部等電位聯結。宜在每層設置等電位聯結網絡。不同層的等電位聯結網絡之間應相互連通。同一建筑物內的保護性接地、功能性接地以及防雷接地應分別接至總接地端子并應共用接地極

                2.2 低壓配電系統諧波防范措施

                2.2.1 設置無源濾波器

                目前采用較多的無源濾波器由電容器和電抗器串聯組合而成,調節無源濾波器到某個諧波次數,在該次諧波頻率下LC回路作為阻抗回路吸收諧波。在抑制諧波的同時還具有低壓無功補償的作用 目前.低壓配電系統中的無源濾波器有單調諧濾波器、高通濾波器、雙調諧濾波器,最常見的為單調諧濾波器。無源濾波器結構簡單、便于維護、成本較低,缺點是很難平衡濾波與補償的關系.很難根據負荷的動態變化做出理想的投切響應,往往是無功補償效果很好,但濾波效果一般。無源濾波器的諧振頻率會因電容、電感參數的偏差或變化而改變:當電網頻率波動時.將導致無源濾波器失諧。2.2.2 無源濾波器和有源電力濾波器組合應用

                由于無源濾波器只能抑制某一、二個高次諧波,其濾波能力是有限的,并且變化不定。無源濾波器性能上的劣勢,可以通過和有源電力濾波器的組合應用得到改善有源電力濾波器具有濾波頻譜廣、濾波能力強的特點。

                在低壓配電系統中?捎行Ю脽o源濾波器和有源電力濾波器的優勢,采取用無源濾波器對某次主要諧波進行抑制并進行無功功率補償:用有源電力濾波器治理剩余的高次諧波。既可達到治理目標,又可節省投資。辦公建筑主要諧波為因大量使用熒光燈和個人電腦產生的3次諧波.無源濾波器可采用針對3次諧波的調諧頻率為131~147Hz,電抗系數12.5% 15%的電抗器:有源濾波器可主要針對剩余高次諧波(無源濾波器無法濾除的高次諧波)設置,治理后使總諧波畸變率小于5%。

                2.2.3 設置有源電力濾波器

                有源電力濾波器利用可控的半導體功率器件(如IGBT),向電網注入與非線性負荷產生的諧波電流幅值相等、相位相反的電流。使電源的總諧波電流為零,達到實時補償諧波電流的目的。相對于無源濾波器濾波能力的變化不定,有源電力濾波器的濾波能力是確定的,其濾波能力和負荷的功率因數無關有源電力濾波器的特點是實現了對補償對象的變化快速響應,可對頻率和大小都在變化的諧波進行補償有源電力濾波器可以自動限制在100%額定容量輸出,不會發生過負荷。相對于無源濾波器,有源電力濾波器的劣勢主要體現在價格上。

                2.3 諧波防范方案

                2.3.1 方案選擇

                一般情況下辦公類建筑的G>0.5 S ,應采用無源濾波器加有源電力濾波器的方式解決諧波治理問題。無源濾波器采用電抗系數12.5% l5%的電抗器,調諧頻率131~141Hz,主要針對3次諧波。電容器額定電壓采用525 V,計算電容補償容量,確定補償電容和調諧電抗器容量。

                2.3.2 有源電力濾波器一般選型方法

                由于辦公類建筑具有大量的單相負荷(空調、個人電腦、UPS、熒光燈等)。應主要采用三相四線有源電力濾波器。有源電力濾波器容量選擇涉及到多個非線性負荷產生的諧波電流的疊加計算 負荷產生的諧波電流含量可以根據現場測試得出。

                了解了各種非線性負荷的諧波電流含量之后。需要對不同諧波源之間的各次諧波進行疊加可先將其中2個諧波源產生的諧波進行疊加,然后再與第3個諧波源的諧波進行疊加,依次類推兩個諧波源各次諧波的相位角不能確定。


              【上一個】 什么是諧波及諧波治理
              【下一個】 為什么不建議在變頻器的輸入端安裝有源濾波器

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