胡雪花

廣東華方工程設計有限公司，廣東中山 528400

信息化技術的推廣與實踐，為智能建筑的建設提供了基礎，而智能建筑的后續(xù)服務，需要借助各種電器設備來完成，這些電器設備需要在可靠的電氣設計的基礎上穩(wěn)定運行，避免電壓不穩(wěn)和供電不持續(xù)的問題。但是電氣設計易受到諧波干擾，對電能質(zhì)量造成干擾，影響智能建筑的服務能力，亟需改善。

1 智能建筑電氣設計中的諧波分析

1.1 諧波的產(chǎn)生

諧波是電力系統(tǒng)的運行過程中，電流頻率為電流基波頻率的整數(shù)倍情況的統(tǒng)稱。從廣義角度入手，可以將諧波理解為交流電網(wǎng)中頻率單一且與其他工頻存在明顯差異的。諧波對智能建筑的影響較為明顯，干擾電能穩(wěn)定，制約系統(tǒng)可靠性，甚至造成設備損毀。諧波主要來源于：

（1） 公共電力系統(tǒng)本身存在諧波，包含配電變壓器產(chǎn)生的諧波，且這些諧波會通過輸電線路，傳遞到智能建筑中，進而干擾智能建筑的供配電系統(tǒng)；

（2） 智能建筑內(nèi)部的相關電氣設備所產(chǎn)生的波動負荷，如整流器、電源開關和計算機等，這些設備在實際的運用中，如果出現(xiàn)電流異常波動，均能造成諧波的產(chǎn)生。

1.2 諧波的危害

（1） 干擾電氣設備精度及效率。諧波對電氣設備的影響明顯，造成電氣設備的功能障礙。例如：受到諧波的影響，電能表的計量會出現(xiàn)失誤，進而導致實際電量和電能表的示數(shù)存在差異。而高次諧波則可對設備穩(wěn)定性與可靠性造成干擾，誘發(fā)設備發(fā)熱甚至損壞。

（2） 干擾設備正常運作。智能建筑中通信線路關系智能建筑的通信質(zhì)量，而諧波的存在，則會對通信線路造成干擾，導致噪聲的產(chǎn)生，進而導致通話質(zhì)量受到干擾。另外，在醫(yī)療建筑電氣設備方面，諧波會導致顯示電器中顯像管不停的閃爍，電器發(fā)出噪音、影響醫(yī)療電氣設備使用功能，甚至可能使醫(yī)療設備產(chǎn)生誤動、誤報、拒動、數(shù)據(jù)錯誤等多方面現(xiàn)象的困擾。

（3） 增加設備損耗。諧波可對設備造成損耗加重的情況，可造成電器設備的發(fā)熱老化，縮減絕緣介質(zhì)的使用壽命，并導致電容器損壞或爆炸等，還能造成電能浪費、電器設備損壞等情況，危害較大。

（4） 降低遮斷能力。受諧波干擾，斷路器的遮斷能力降低，還可造成斷路器觸頭壽命降低，威脅斷路器整體性能，甚至造成隱患發(fā)生。

2 工程概況

為詳細研究具體智能建筑的電氣設計中諧波治理方法，本文以作者設計的中山市某一醫(yī)院工程智能設計為例，分析具體的電氣設計。該工程主要由門診、醫(yī)技、住院樓及后勤樓組成。共占地面積17152m2，總建筑面積為128929.51m2。為保障智能建筑的整體功能，具體的電氣設計中，擇取一級負荷設計，運用TN-S系統(tǒng)，雙回路供電，10kV電源2個，1備1用，兩路電源均能負載100%的負荷，且變壓器負荷率平時保持在70%左右。具體智能化設計包括照明系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、樓宇自動控制系、LED顯示屏及排隊叫號系統(tǒng)、智能醫(yī)療等內(nèi)容。借助電氣設計，滿足智能建筑的服務功能，提高建筑內(nèi)部醫(yī)療的使用質(zhì)量。為實現(xiàn)對諧波的處置與控制，本工程在具體的電氣設計中，考慮諧波問題，并采取適宜的治理措施。

3 智能建筑電氣設計中諧波的治理

為了盡量避免諧波的危害和減少諧波的干擾，應合理選擇醫(yī)院建筑電氣工程中的電氣設備。

3.1 電線電纜、變壓器和配電設備優(yōu)選

（1） 對于比較集中的大功率諧波干擾源設備的配電線路， 例如檢驗科、放射科、手術部、 弱電機房等存在大量大功率諧波干擾源， 針對這情況， 可以選用加大截面的方法減少諧波帶來的影響。為了防止產(chǎn)生干擾，配電線路、信號線路可以選擇屏蔽效果比較強的金屬導管、金屬線槽對系統(tǒng)配電線路進行保護，降低諧波的不良影響。

（2） 配電設備優(yōu)選。在具體的配電設備選擇中，對于接觸器和熱繼電器的選擇，需要遵循降容使用原則。而電子型的配電斷路器，同樣選擇降容使用的類型，可達到智能建筑配電設備優(yōu)選的目的。本工程在配電回路中諧波較為嚴重的區(qū)域，采用放大一級配電設備。

（3） 變壓器優(yōu)選。對于變壓器的優(yōu)選，需要對變壓器的容量和型號進行控制，本工程在具體的選擇中，擇取具有Dynll連接組別，其可實現(xiàn)對零序諧波進行一直。當變壓器容量確定后，分析諧波畸變，并選擇70%～80%的變壓器負荷率。

3.2 諧波治理濾波器的選擇

醫(yī)療建筑電氣系統(tǒng)設計過程中，選用的電氣設備比較復雜，產(chǎn)生的諧波也相對比較復雜，而且各類電氣設備使用時間不確定，電網(wǎng)阻抗時刻變化，在多變的條件下，無源濾波器可能會發(fā)生并聯(lián)諧振、串聯(lián)諧振，造成元件過載、設備損壞等多方面的嚴重后果。因此，無源濾波器不適合用在醫(yī)療建筑電氣系統(tǒng)設計中。而有源濾波器可以即時檢測、分析電氣系統(tǒng)電流中的諧波分量并自動補償，不受諧波波次的制約，并且可以避免諧振帶來的危害，降低諧波對智能建筑的干擾和影響。兩者相比較，有源濾波器的使用性能更加突出，適應性更為廣泛，更適合應用在醫(yī)療建筑電氣系統(tǒng)中。

3.3 有源濾波器的應用分析

在電氣系統(tǒng)設計過程中，有效減少諧波的產(chǎn)生，諧波治理方案需要針對不同的應用場合而制訂，有源濾波器的具體應用方案為：（1） 集中治理：一般適用在單臺設備諧波含量小、布局比較分散、數(shù)量較大、整體諧波電流大的場合中，比如醫(yī)療建筑中的一般病房、一般診室等區(qū)域。（2） 局部治理：適用于諧波相對集中于某些饋出回路，或者局部對電能質(zhì)量要求較高的場合中，可防止諧波對局部電力系統(tǒng)的干擾影響，比如醫(yī)療建筑內(nèi)手術室、ICU等科室存放著大批精密儀器和使用 UPS 的區(qū)域等。（3） 就地治理：適用于諧波源比較明確而且單臺設備諧波量較大的場合中，可防止諧波電流影響醫(yī)療建筑內(nèi)MRI、 CT等檢查場所區(qū)域內(nèi)的設備。

有源濾波器在實際的應用中，需要針對不同的應用場合采用不同的治理措施，系統(tǒng)設計過程中應根據(jù)不同的補償電流計算結果，選用適當?shù)娜萘?，合理的設計，達到有效的諧波抑制治理效果，保證供電系統(tǒng)安全運行。

3.4 濾波方案確定

為實現(xiàn)智能建筑電氣設計中諧波的治理，需選擇有效的濾波方案，進而達到濾波的目的。濾波方案的確定，需要結合變壓器額定容量Sn＜2000kVA和有源濾波器選型展開分析。

（1） 對于變壓器額定容量Sn＜2000kVA的情況下，需要根據(jù)Gn的情況進行判斷，從而確定具體的濾波方案，實現(xiàn)對諧波的處置。如果0.5Sn＞Gn＞0.25Sn，則選擇增加10%的電容器的額定電壓+諧波的抑制電流，從而實現(xiàn)對諧波的抑制作用，降低諧波對智能建筑的干擾。而如果Gn＞0.5Sn時，則給予有源電力濾波器的方案，實現(xiàn)對智能建筑電氣設計中諧波的濾波。

（2） 有源電力濾波器優(yōu)選。在確認選擇有源電力濾波器方案后，需要對具體濾波器進行選擇。選擇時，如果存在大量計算機、空調(diào)等電氣設備，則選擇三相四線制的有源電力濾波器，保障設備的安全，從而實現(xiàn)對諧波的過濾。如果根據(jù)過濾諧波的頻率不同，則需要選擇不同型號的濾波器，保障濾波效果。此外，濾波器的設計過程中，需要盡可能地靠近諧波產(chǎn)生源，達到提升過濾質(zhì)量的目的，降低諧波干擾。

3.5 電容器的優(yōu)選

電容器同樣是智能建筑中的重要組成部分，在具體的電容器選擇時，需要對諧波電流放大現(xiàn)象進行控制。其中，結合式 （1） 可得到諧波放大現(xiàn)象的不良影響，可造成變壓器過載爆炸。

式 （1） 中，當X1n＜0，X2n＞0，則I1n＞In，說明諧波被放大，而放大現(xiàn)象對變壓器的影響明顯。本工程結合上述公式的基本情況，在具體電容選擇中，通過配置具有固定配置電抗率的串聯(lián)電抗器的方式，實現(xiàn)對諧波的抑制，保障智能建筑的功能性與可靠性。

3.6 其他治理方法

智能建筑的電氣設計中，由于各種類型的電氣設備數(shù)量和種類相對較多。因此，在諧波治理中，本工程將濾波器安裝在諧波影響巨大電子設備內(nèi)部，達到抑制諧波的目的。再針對專用配電回路設計時，避免外來諧波進入系統(tǒng)，采取屏蔽措施。另外，智能建筑的信息設備總量多，本工程使用TN-S系統(tǒng)，雙回路供電的方式，并實施局部等電位連接總等電位連接，且在電位聯(lián)結網(wǎng)絡的每一層次進行設置，達到相互之間具有不同層的等電位，進而達到抑制諧波干擾的目的。

4 結語

在醫(yī)療建筑工程中一直都存在電氣設計以及諧波治理的問題，諧波的產(chǎn)生不僅嚴重影響建筑的具體實用效果，也直接影響醫(yī)療設備的正常運行，為了高效地保障建筑內(nèi)醫(yī)療電氣設備與普通電氣設備的穩(wěn)定使用和安全性能，應該根據(jù)用電設備的性質(zhì)，設計合理的供配電系統(tǒng)以及制定合理的諧波治理措施方案，降低諧波對智能建筑的干擾和影響，從而維護醫(yī)療秩序穩(wěn)定的同時促進電力系統(tǒng)的發(fā)展。

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