看不见的建筑电杀手

布埋在钢筋水泥内部的配电网络有如神经系统般控制调节着建筑物的供水、供暖、安防等多项设施的应用，使建筑物不再仅是为人们遮风挡雨的石头屋子。这纵横交错的建筑网络是高效脆弱的，因为在当今世界普遍采用能源方式之一的电能的使用过程中，许多环节和设备都会产生电能浪费，形成电能污染，诱发建筑物的瘫痪。治理电能污染、确保电能质量已成为当前建筑电气行业研究的重要课题。

层出不穷的电气事故让用户烦恼不已、摸不着头脑。某酒店总进线开关总是无故跳闸，严重影响到酒店经济效益，还导致该系统变压器控制下的其他设备不能正常工作；某商场空压机系统的电容补偿柜不断被莫名损坏；某写字楼配电室功率因数经常低下，导致电容补偿无法正常投入使用。这些设备的质检报告都没有问题，原因出现在配电方面？三份上述建筑物配电系统监测报告提示了答案。

科技困惑

原因确实出现在配电线路上。西安爱科赛博电气股份有限公司电能质量事业部副总经理高鹏指出了问题所在，他说，结合报告各相关数据图看，酒店、商场空压机系统的电流波形受负载谐波影响发生明显畸变，畸变率分别为20.7％、19.8％，这是由于系统内节能灯、空调、水泵等多种设备以及大量变频器的使用引起的；写字楼配电室系统功率因数一直小于0.85，源自线路感应电容的无功功率。酒店、商场和写字楼发生的这三起事故并非个案，科技进步带给社会新型用电设备，也带来了因这些设备大量投运产生的电能污染。

“在会议中心、政务中心、银行等各类民用建筑中存在着大量的照明、电梯、UPS、变频器、LED屏及其他电力电子负载，这些负载的负荷均属于非线性负荷，在使用的过程中由于其运行原理与特性的不同会造成多种不同的电能质量问题。”高鹏说，一般性的民用建筑系统图配电图中已经设计了无功补偿和谐波治理设备，各负载均由低压盘各出线柜供电，但是由于系统中几乎所有的负荷都是单相负荷，还是或多或少会存在不同程度的电能质量问题。

“变频调速设备对电能质量的污染最为严重。”据介绍，装有变频调速装置的空调、风机、水泵等设备因节电20％～50％的优点基本取代了传统设备，但变频调速装置采用晶闸管或大功率晶体管线路制成，这种电路在输入周期的部分时间提取脉冲式电流，因而在电源线上产生的谐波电流比同功率的旋转电机所产生的谐波电流要大得多。此外，照明用电负荷约占总电网总负荷的20％左右，其负载含有极高的3次谐波电流，在N线上叠加导致N线电流过大，已经成为低压电网的主要污染源；电视机、电冰箱等家用电器也因为其类别丰富、设备电源器件质量差别大，成为了不容忽视的污染源头。

敷设在现代商用综合办公大楼或高层住宅的供配电系统、动力用电设备、智能楼宇管理控制系统、家用电器设备内部的电气电子设备制造的电能污染现象越来越多。被污染后的电能使设备无故停机、使用寿命缩短、照明闪烁，带来产品报废、生产效率降低、劳动成本增加的经济损失。保持电网清洁，难道要我们放弃高新设备，回归古朴生活？当然不是。以人为本的科技产品是为了满足人们美好生活而诞生的，电气工程师们利用科技创造了新型设备，也将利用科技为这些设备的应用提供技术保障。

治标之策

用电设备正常运作需要稳定的电压。电气工程师治理电能污染是为确保电能的电流电压质量稳定。影响电流质量的有无功功率、谐波、三相不平衡，影响电压质量的有电压暂降、中断等。工程师们根据不同污染情况采用了不同的方法。

泰达MSD AB区及中央广场项目位于天津经济技术开发区核心区域，总建筑面积为49万平方米，由两层地下室、四栋125米高的写字楼、两座四层商业裙房及室外中央广场组成。项目工程电源电压等级为10kV，在地下一层设有5座10kV变电所，变压器总安装容量为43700kVA。建设过程中，项目受谐波污染严重。

负责项目电气工程的天津泰达发展有限公司工程师齐琳说，楼宇建筑供配电系统中用电设备种类多，产生的谐波频谱广，受谐波影响，变压器、电动机发热量增加，输出功率降低；电子设备发生误动作，产生无故障跳闸，比如继电保护装置误动作，干扰电子设备对信号识别的准确性等。

为减少或消除谐波，工程师们发明滤波器这种用来消除干扰杂讯而得到纯净电的电气部件。齐琳说，FTFC无源滤波装置在工频呈容性，在所设计的谐振频率时形成串联谐振，使此L C回路在此频率时形成低阻抗，而能吸收大部分的谐波电流，改善系统中电压和电流的谐波畸变率。以A1地块1 变电室“2000kVA变压器”为例，装置投入前，变电室0.4kV数据下的三相电流3次谐波分别为320A、317A、328A，超过了经换算后的国标限值165A，投入后，同电压下的三相3次谐波数据为159A、155A、162A，符合了国家标准。

电缆容性无功给轨道交通建设造成大量的电力损耗和经济损失。在地铁110/35kV两级集中供电系统内，无功功率由110kV电缆充电容性无功、主变压器空载感性无功、35kV电缆充电容性无功、35kV整流变压器和配电变压器空载感性无功产生。中铁第一勘察设计院集团电气工程师曹建设说，为达到地铁35kV中压网络的无功平衡，一般在主变电所设置无功补偿装置进行集中补偿。据了解，传统无功补偿装置采用电容器和电抗器进行，该装置由值班人员手工投切，不适合负载变化频繁的场合，容易产生欠补偿和过补偿。为了弥补传统设备的缺点，工程师们发明了动态无功补偿装置（SVG）和电抗器 SVG无功补偿方案。

长久之道

“电能质量问题终究还是一个非常繁杂的问题，不能简单理解为单一治理产品就可以解决所有问题。电能质量问题需要从供电、输电、用电等各方面各个环节来解决，从理论分析、实践经验以及技术应用的综合考量寻找到解决或缓解用户电能质量问题的方法，然后用对应的电能质量产品进行有效解决。”高鹏表示，在解决电能质量问题的过程中拥有正确的理念，致力于实现整个供用电系统的环保、高标准运行状态尤为重要，也是治理电能污染的长久之道。

科学技术让电能为人所用，正确治污理念也依靠科学指导。电气工程师围绕电能监测、分析、治理三环节开展治污研究。

治理电能污染，首先要对电能质量进行有效监测和对监测信息进行正确管理、分析和评估。近年来，电能质量监测技术成为领域的研究热点，建立具有互联网、图形用户界面、数据存储管理、统计分析的电能质量在线监测系统成为掌控电能质量的预防性药方。国网智能电网研究院工程师安哲以中新天津生态城示范项目举例说，生态城电能质量监测系统由1个监测主站、35个在线监测装置、通信通道构成。监测点分布在生态城主网监测点、起步区110kV变电站10kV母线、分布式电源接入点和非线性负荷接入点。系统自应用以来，实现了生态城内各监测点的频率、电压等指标的在线监测、数据管理、统计分析、技术监督等功能。

“电能治理将朝着被动到主动、技术改造到预先设计、单独使用到整体系统、整机到模块化的方向发展。”监测系统显示质量偏差，治理问题随之而来。深圳盛弘电气产品部产品经理刘帅表示，传统治理设备的复杂化和惟一性，已经难以实现最优化配置，例如传统LC电流补偿方案只能一直谐波，无法滤除，甚至会导致谐波放大；无功补偿经常是10个灯补偿不到5个，电容没有循环投切，如果将这些问题整合成模块，用一套系统来综合治理，可以达到系统灵活配置、自由组合、按需治理的效果。例如APF系统补偿谐波为主，也支持无功、不平衡补偿，ASVG系统主要补偿无功和不平衡，但也可以完成低次小容量谐波补偿。

日趋智能化、人性化的新型用电设备还将会被不断创造，电能污染治理这项课题也会在这不断的创造中完成自身技术飞跃，因为科学技术研究不是一劳永逸的，它要让人们生活得更美好。

 中国建设报

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