建筑电气谐波检测方法研究

２０　１　Ｎ０．１　ＭＡＲ２０１　

对民用建筑谐波估算的探索　

林惠仁　

（深圳市建筑设计研究总院有限公司第二分公司）　

Ｉ摘要】文章涉及谐波估算的主要问题为：推导了公网对谐波电流、电压限值的实用式、分析了补偿电容　

对谐波的影响和汇集了主要的计算公式及常用的非线性负荷谐波含量的参考值。　

民用建筑用电设备，非线性负荷应用越来越普　

遍，而线性负荷则越来越少。谐波电流日趋严重，　

引起人们的高度关注。因为谐波的多样性、复杂性，　在设计阶段难于计算。于是常常遇到在考虑采用抑　

制谐波措施时，难于作出判断。笔者在工作中探索，　

得到一些体会，整理出来，供同行参考。　

１谐波分析的常用方法　

周期性的非正弦电流，电压函数，应用付里叶　级数方法可表达为无数个正弦函数之和。　

。为直流分量，第二项为基波和各次谐波之和。　

此公式的正确性已由电能质量分析仪的测试结果　所证实。　把非正弦的电压、电流分解为若干正弦量之和，　

则可用线性的正弦电路分析方法，求出各次谐波的　

数值，然后应用叠加原理，求出合成的电流，电压　

等参数。　绘制谐波的简化等效电路图，用线性电路的方　

法计算，分析谐波电流的分布和谐波抑制措施，是　

一种简捷而有效的方法。　在工程上，有时也可用物理概念或典型函数的　直接结果对波形作定性的分析。电气的波形，大多　

是正、负半波对称的，则可判其无直流分量。而偶　

次谐波是相互抵消，则无偶次谐波。在工程上我们　遇到的大多是３、５、７等奇次谐波。　

无零线的三相负载网络当三相负载平衡时，不　

存在３Ｎ次谐波电流。当不平衡时，相线存在３Ｎ　次谐波的正、负序电流。但不存在３Ｎ次零序电流。　

因为三相零序电流方向相同，无电流回路。（图１）。　

单相的变频空调机、电脑、电视、气体放电灯　组成的三相四线负载网络，有零线，为３Ｎ次谐波　

林惠仁，深圳市建筑设计研究总院有限公司第二分公司　地址：深圳市福田区振华路８号设计大厦　

本文原载《深圳市土木建筑学会建筑电气与智能建筑专业委　

・２６６・　２０１１年４月　２０１　１年第２期　第３７卷总第１６０期　浅析民用建筑配电系统设计中谐波的影响　姚　锋　（中国建筑西南设计院有限公司，四川成都６１００４１）　摘要：本文简述了民用建筑配电系统中谐波产生的　原因及其对无功功率的补偿计算、补偿电容器耐压参数和　容量的计算、导线截面选择、开关整定值的选择等方面的　影响。　关键词：民用建筑；配电系统；谐波；设计；影响　中图分类号：ＴＭ９２２．３　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７２—４０１１（２０１１）０２—０２６６—０２　０前言　随着经济和技术的不断发展，电力电子设备、开关电　源、变频设备、电子整流器等非线性设备在民用建筑内的　使用１３趋广泛和普及，导致配电系统中的谐波问题日益严　重，建筑电气设计人员在设计中不得不考虑谐波的影响。　１　民用建筑配电系统中谐波产生的原因　民用建筑配电网谐波源可分为两类：一是输配电系统　自身产生的谐波；二是建筑内用电设备产生的谐波。其中　用电设备产生的谐波最多。本文主要讨论第二种。用电设　备产生的谐波是由与电力系统相连的各种非线性负载产生　的，主要包括：　（１）电力变压器。由于变压器铁心的饱和，磁化曲线　的非线性，加上设计变压器时考虑经济性，其工作磁密选　择在磁化曲线的近饱和段上，这样就使得磁化电流呈尖顶　波形，因而含有奇次谐波，其中３次谐波电流最大；　（２）照明设备。气体放电灯，荧光灯的电子或电感整　流器。气体放电灯电弧放电时具有负阻抗特性，从而产生　谐波电流（以３次为主）；电子整流器的整流电路与高频逆变　电路也产生大量谐渡龟流；电感整流器产生的谐波电流较　少，但其配备的用以提高功率因数的并联电容器对谐波具　有明显的放大作用；　（３）电力设备。电梯、水泵、空调等电力设备中的变　频、软启动器等电力电子装置。这些电力电子装置都为可　变结构非线性电力负荷，工作于非线性状态，在高效利用　电能的同时也向电网注入大量的非线性电流；　（４）其他非线性负荷，如ＥＰＳ，ＵＰＳ等。　２谐波对民用建筑供配电系统设计的影响　●　，　●　当电力系统向非线性设备及负荷供电时，这些设备或　负荷在传递（如变压器）、变换（如交直流换流器）、吸收　（如电弧炉）系统发电机所供给的基波能量的同时，又把部　分基波能量转换为谐波能量，向系统注入大量的高次谐波，　使电力系统的正弦波形畸变，电能质量降低。　２．１影响功率因数的计算　理想正弦波情况下，功率因数的计算公式为：　ｃｏｓ￣ｏ＝Ｐ／Ｓ　式中，Ｐ一有功功率；Ｑ一无功功率。　系统中存在谐波时，通常电压的波形畸变较小，而电　流波形的畸变则可能很大。因此，不考虑电压畸变，研究　电压波形为正弦波，电流波形为非正弦波时的情况有很大　的实际意义。设系统电压为有效值为ｕ的正弦波，畸变电　流的有效值为Ｉ，其基波电流有效值与相角差分别为，ｌ和　，，ｎ次谐波电流有效值为，＾。此时，功率因数为：　ＰＦ＝詈＝　Ｕｌｌ　ｃ；广ｏｓｑ￣ｌ＝争ｃｏｓ—Ａｃｏｓ￣ｐＩ　可见，在谐波环境下，功率因数是由基波电流相移和电　流波形畸变两个因数决定的，且ＰＦ＜ｃｏｓｆｐ　。　２．２　影响功率因数补偿方法　电容器的容抗与频率成反比，使得电容器容易吸收谐波　电流引起过载发热，还会导致配电系统谐振风险增大。　谐波环境下补偿功率因数时不能仅仅采用传统的静电　电容器，必须用配置电抗器的电容器组滤去主要谐波。否则　会造成谐波放大。　２．３　影响电容器的耐压参数及补偿容量　在含有谐波源的供配电系统中，作为无功补偿的并联电　容器装置投人运行时，会引起系统谐波电流和电压的放大，　为此一般会在电容器装置中串联电抗器，如图１：　丁　图１　Ｕｃ＝Ｕｓ—ＵＬ　Ｕｃ＝Ｕｓ＋ＵＬ＝Ｕｓ　Ａｃ　￡　＝　／（１一：　）＝　／（１一ｒ）　ｎＬ　ｒ为电抗器的电抗率，在实际中为保持一定的安全裕量　取：　Ｕｃ＝１．１ｕｓ／（１一ｒ）　当电抗率为７％时，电容器额定电压选择值为４８０　Ｖ。　在串联电抗器的补偿系统中，目标补偿容量Ｑ。和电容　器的标称容量Ｑ　之间的关系为：　Ｑｃ＝（Ｕｃ／Ｕｓ）　ｘ　Ｑ　／（１一ｒ）　如需要补偿１００Ｋｖａｒ的无功，选择电抗率为７％，额定电　压为４４０Ｖ的电容器组，则实际选择电容器组的容量应为　（４８０／４４０）　×１００／（１—０．０７）＝１２８ｋｖａｒ。　（下转第２７２页）　材　之　¨．　

电力计量中的谐波的影响与措施

发布时间：2021-12-24T06:05:34.263Z 来源：《建筑实践》2021年第25期 作者： 孙吉顺

[导读] 随着国内用电需求的增大，电力系统负载量逐年递增，装机容量亦需逐年变大。

孙吉顺

国网烟台供电公司 山东烟台 264000

摘要：随着国内用电需求的增大，电力系统负载量逐年递增，装机容量亦需逐年变大。大功率电力器件尤其是换流器等的应用，使流入电网系统的谐波急剧增加，电网输出电压畸变越来越大。电力谐波对电网影响较大，首先会导致变压器等电力设备出现温度异常，影响

电力设备的安全稳定运行，其次会对电能计量产生很大影响，而电力计量关系到电网输出能量的统计与计算。电能统计出现偏差，会对电

力公司和用户产生影响。电能表是电能计量的核心设备，给收费系统提供重要的用电数据。谐波会使电能表计量产生偏差，准确度降低，

因此解决谐波对电能计量的影响，成为当前亟需解决的问题。关键词：电力计量；谐波；影响；措施；

引言

电机设备中电力谐波的合理利用是顺应发展的必然选择。在与时俱进的同时，功率测量技术必须提高测量精度，减少功率测量损耗和误差。电力谐波具有很高的科研价值。专业技术人员要积极研发合理运行的具体方法，提高谐波计量电能表的使用率，为电力系统的开发

奠定坚实的基础。

1电力谐波概述

电网系统中，谐波是相对于基波的其他分量。电网是工频信号，频率在４５～５５Ｈｚ。谐波分量的频率数值是基波频率的整数倍。电网中电压信号和电流信号都是正弦波，其表达式为：式中，Ｕ为电压的有效值；φ为初相角；ω为角频率，ω＝２πｆ，由于周期和频率互

为倒数，因此ω＝２π／Ｔ。因为电网负载种类众多，呈现非线性特点，所以会导致电流呈现非正弦波状态。这部分电流在负载阻抗上会产

生一定的压降，从而导致输出电压的波形畸变，不再是标准的正弦波。

2谐波对电能计量的影响

2.1谐波电流对感应式电能表的影响

脚踏式电能表的组成部分包括制动系统组件、旋转组件、提升组件、滚柱轴承、电子计数器和辅助组件。显示电的基本概念是建立在通信和交流工作标准电压和电流的基础上的。电度表转盘的整个过程产生一个驱动力，使其转动并推动计数器轮转动。并且在不同电流和

楼宇供电谐波和无功的治理现状及存在的问题分析

【摘要】随着科学技术的进步，生产和生活领域中的自动化、智能化设备应用越来越普遍，对电能质量提出了更高的要求。其一，楼宇BAS中由大量的电子设备及电气设备谐波源产生的谐波对配电系统严重污染，随着楼宇及智能小区迅速发展，若治理不力，这种污染愈来愈重，甚至成为公用电网的主要污染源。因此，综合治理好楼宇的谐波和无功功率，对提高公用电网的电能质量有十分重要的意义；其二，综合治理楼宇的谐波和无功功率，能提高楼宇配电系统的供电质量，提高供电的安全性和可靠性，切实保证楼宇智能化系统等设备的安全正常运行，提高楼宇的功能和效益。

【关键词】建筑电气；供电谐波；无功补偿；混合补偿；可靠性；安全性；经济性

０引言

近年来，高层楼宇建筑向楼宇自动化迅速发展，成为新的经济增长点，楼宇自动化也成为一个地区、一座城市、一个国家经济和科技实力的象征。但是，高层建筑楼宇自动化系统（设备自动化系统、办公自动化系统、通信自动化系统）中大量自动化设备需要高质量的电源，但同时其中相当数量的设备由于具有非线性负载特性，又是引发低压供电系统谐波畸变的扰动源。对供电系统造成严重污染，使电能质量下降，不仅给楼宇中的电气设备、电子设备及楼宇智能化系统带来严重的危害和不良影响。并且对楼宇BAS供电系统以外的电气与电子设备带来危害。由谐波和无功引发的各种事故和故障，给国民经济生产和生活造成严重损失。

１谐波抑制方法及存在的问题

抑制谐波的方法有两种，一是设计谐波补偿装置来补偿谐波，这对各种谐波源都适用；另一种是对电力电子装置本身进行改造，使其不产生谐波，而且功率因数接近为1。传统的谐波补偿方式采用由LC组成的无源滤波器，它由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成。它具有结构简单，前期投资少，运行可靠性高，运行费用低等优点，因而得到广泛的运用。但是LC滤波器存在一些难以解决的问题。

（1）只对设计要求规定频率点的谐波滤波效果较好，对其它频率谐波滤波效果不明显。