學校的智能化辦公大樓、教學樓的冷氣、照明設備、高校工程中心的變頻設備、高校圖書館和學術報告廳的舞臺燈光、音響、升降設備、電氣設備、 LED照明設備、高校實驗室的儀器、測試設備、測試設備等，都會對電力系統(tǒng)造成嚴重的諧波污染，造成設備損壞，影響正常教學，因此，加強電力品質管理是非常必要的。

1.圖書館及學術報告多功能廳

作為重要的科研、學術會議和文化交流的地方，圖書館和學術報告廳包括了大量的舞臺燈光、舞臺音響、舞臺升降設備、 LED顯示、電子信息、 LED熒光燈、調光器、熒光燈等。這些非線性負載的大量應用會造成電網的污染，同時也會引起電網的不穩(wěn)定，給電網造成一定的傷害。一般照明使用 LED光源，會造成供電線路的電流波形失真，并以3 N次次諧波電流為主，對線路的 N線造成很大的影響。多功能廳的舞臺照明諧波主要是由于可控硅調光器，每一調光器本質上都是一個單相 AC調壓器，它的輸出波形包含了50 Hz的基本波形，其頻率是基波分量的整數(shù)倍。這些高次諧波會透過電線傳遞給其它負荷，造成電源電壓波形失真，主要以3,5,7次諧波為主。多功能廳的舞臺音響系統(tǒng)是某些專業(yè)的電子信息裝置，特別是電氣、通信系統(tǒng)，會產生大量的3,5,7次諧波。多功能廳的舞臺升降裝置是以3,5,7次諧波為主要諧波源。

2.高校供配電系統(tǒng)諧波源及其特點

學校供、配電網的諧波源主要來源于四個方面：綜合教學大樓（涉及電梯、變頻空調、水泵、照明設備、計算機通信設備等）、圖書館及學術報告多功能廳（涉及大量各種舞臺燈光、舞臺音響、舞臺升降設備以及 LED顯示屏電子信息用電設備和調光器、 LED熒光燈等）、科研場所及實驗室（涉及高新儀器、儀器測量設備、開關電源、整流/逆變器、 UPS/EPS等諧波源）和體育館及校史館（涉及變頻空調、風機通風設備和數(shù)量較多的 LED熒光燈等），具有頻譜寬、畸變率高、種類雜和數(shù)量多等特點。

2.1綜合教學大樓,高校電能質量監(jiān)測與治理系統(tǒng)解決方案

目前，在大學里，大部分的教學大樓都采用了計算機，包括電梯、變頻空調、水泵、照明設備、計算機通訊設備等。微機的開關電源和 UPS都是諧波源，它會產生大量的次諧波，如3,5,7,9等。學校里的空調基本上都是變頻式的，而升降機的頻率也是三相的，這就導致了3,5,7,9等的次諧波，對學校的供電和供電系統(tǒng)的穩(wěn)定有很大的影響。同時，在校園里，大多數(shù)的燈具都是熒光燈，它會產生很高的3次諧波。

2.2科學研究場地和實驗室

實驗室是學校的重要教學與研究基地，為了保證“干凈”的電力網絡環(huán)境，許多敏感設備都必須保持良好的工作狀態(tài)。比如工程物理系的加速器實驗室、生物醫(yī)學系的核磁共振譜儀實驗室、材料系的燒結室，這些實驗室都是高科技儀器、測量儀器、開關電源、逆變器、 UPS/EPS。如嵌入式、實驗室等具有較高的開關電源負荷的場合，因其負荷特性，會出現(xiàn)3次、5次、7次以上的諧波。

2.3體育與歷史博物館

體育館和校史館是學校體育、休閑、觀光的場所，這些場地所涉及的負荷類型比較小，通常是變頻空調、風機、 LED燈數(shù)量多等。變頻調速系統(tǒng)的負荷自身的功率因數(shù)較高，有時無功為電容，其諧波頻率多為6 N+1；LED發(fā)光負荷中的3 N次次諧波（零序）占主導地位，對 N線路產生一定的影響。3次諧波為零序諧波，中性線產生諧波，其電流大于相線2倍，由于進線斷路器是三極子斷路器，不進行中性線電流的探測，因此，當中性線的電流超出導線容許負載時，斷路器就不會工作，從而引起中性線溫度過高、絕緣老化、接地失效，從而引起電力供應中斷，乃至引發(fā)電氣火災，危及學校和學生的生命。

3.諧波危害

由于電力系統(tǒng)中存在著大量的非線性負荷，從而產生了諧波、諧波，嚴重影響了電力系統(tǒng)的整體供電，并對其他電力設備的正常工作產生了一定的影響。電力系統(tǒng)中存在的非線性負荷對電力系統(tǒng)的諧波造成的危害有以下幾個方面：

3.1電力系統(tǒng)的作用

如果將諧波輸入到大學校園，將會引起電網的波動，從而導致電力系統(tǒng)的損失，從而導致設備的發(fā)熱，從而降低設備的壽命。另外， n次諧波還會引起并聯(lián)電容（容抗）和系統(tǒng)（感抗）的并聯(lián)共振，從而引起電容群的過載和過流。

3.2變壓器效應

諧波電流增大了變壓器的銅消耗，不但會導致系統(tǒng)的電源品質下降，而且會造成變壓器和系統(tǒng)的損失，而且還會對系統(tǒng)的功率因數(shù)產生一定的影響，從而使變壓器的壽命大大縮短。如果變壓器一次側線圈是三角形的，那么，由于高校圖書館和學術會議大廳中使用了 LED和 LED顯示屏，因此，大量的3次諧波電流會在變壓器一次側的封閉環(huán)路中循環(huán)，從而導致變壓器的銅、鐵損耗增大，從而提高變壓器的工作溫度。

3.3對電容器性能的影響

電網的諧波對并聯(lián)電容的工作性能有很大的影響，其諧波電流與電容器的基波電流疊加，使其工作電流增大，溫度升高，從而導致電容器過熱，從而縮短電容器的壽命，甚至造成電容器的損傷。由于電容器的基波電壓與電容器的基波電壓疊加，不但增大了電容器工作電壓的有效值，還會導致電容器在工作過程中出現(xiàn)局部放電無法熄滅的現(xiàn)象。此外，并聯(lián)電容對諧波電流的放大也有一定的放大效果，電容對諧波的放大通常是2~3倍，共振時可以達到20多倍。

3.4在網絡教學中的作用

諧波對大學教學網通訊系統(tǒng)的影響主要有三個方面：電網的諧波電壓、諧波電流、輸電線路與通訊線路的耦合強度、通訊線路對諧波的敏感性。電網不均衡的諧波電流會對校園網的通訊造成一定的影響，嚴重的話會造成網絡的噪音干擾，嚴重的話會造成網絡的整體信息和資料的丟失，從而造成網絡的癱瘓。在多個中性點的地網中，如果有大量的零序分量的諧波電流從中性點進入地面，會對鄰近的通訊系統(tǒng)造成很大的影響。一般情況下，音頻頻道的頻率在200-3500 Hz之間，大部分的諧波都是在這個范圍內，很容易對附近的電話線造成靜電和電磁感應，輕則會造成噪音，嚴重的話會導致手機鈴聲，嚴重的話會危及到設備和工作人員的生命。

4.高校電能質量主要特征

(1)教育一直是全國的重要組成部分，全國各地的大學建設仍然是重中之重。

(2)高?？蒲袑嶒炇?、圖書館和學術報告廳是科研、學術會議、文化交流的重要場所，其中非線性負荷的數(shù)量大，對電力系統(tǒng)的整體供電質量有很大的影響。

5.高校電能質量監(jiān)測與治理系統(tǒng)解決方案

5.1解決方案

在大學中，照明、電梯、空調是主要的電力負載，這些負載較輕的電力品質較好，因而經常會出現(xiàn)較大的諧波。然而，在大學的實驗大樓中，存在著許多帶有非線性器件的專用試驗設備，這些器件會引起諧波，導致電能質量不佳。由于電網存在著一定的諧波污染，因此，學校電網的電能質量問題將會造成其它電器設備的損壞，影響教學工作的正常進行。

無錫沃思智能開發(fā)的電能質量監(jiān)控與管理系統(tǒng)，能夠很好地滿足電力系統(tǒng)的監(jiān)控管理、運維和電能質量管理等方面的要求，為高等院校提供全方位的電力系統(tǒng)集成解決方案，從產品、系統(tǒng)、服務等多個方面，為大學的整體運營創(chuàng)造價值。

5.2方案特點

(1)除了作為局域網站，為高校的后勤維護人員提供電能質量監(jiān)測、治理及設備維護等服務，還可以接入校園綜合能效管理系統(tǒng)平臺，為高校提供遠程在線服務和運維管理；

(2)利用全控制技術，提高學校電力系統(tǒng)的供電品質；

(3)電力品質的專業(yè)化監(jiān)控：電力品質的實時在線監(jiān)控，精度高，測量精度高，滿足IEC61000-4-30要求；

(4)電力品質監(jiān)控及治理系統(tǒng)的設備采用一體化的設計，可以通過上層的平臺進行統(tǒng)一的管理和閉環(huán)的控制；

(5)高質量的電能質量管理：所配套的電力電子器件技術過關，質量過硬，具有網絡化、可調節(jié)、快速響應等特點；

(6)電力管理業(yè)務的一體化協(xié)作：電力系統(tǒng)的管理與維護、電能分析與電能質量信息的共享與協(xié)調，為電力供應和消費提供了有效的控制。

5.3方案價值

(1)對電力品質進行綜合監(jiān)控，確保電力供應的可靠性

全面監(jiān)控電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)，保證電力供應滿足規(guī)范的使用。微秒級的故障錄波和 SOE報警可以實時地將所有的數(shù)據(jù)信息記錄下來，從而為故障的跟蹤和定位提供了有力的支撐。

(2)全面的電力品質管理

采用集中+現(xiàn)場（終端）一體化的電力品質管理方式，進一步滿足電網無功、諧波治理的需要，改善電力系統(tǒng)的供電品質，降低配電系統(tǒng)、變壓器、輸電線路及整個校園網的通訊，從而降低對學校的教學工作的影響。

6.無錫沃思智能電能質量監(jiān)測與治理產品選型

6.1集中治理

利用電能質量在線監(jiān)測設備，對全校低壓供、0.4 KV的電力質量進行實時監(jiān)測，包括：電力因數(shù)監(jiān)測、諧波分析與記錄、波形采樣、電壓暫降/中斷、閃變監(jiān)測、電壓不平衡監(jiān)測、事件記錄和測量控制等功能，可以實現(xiàn)對全校電力系統(tǒng)的電能質量監(jiān)測。為了降低諧波對電網的危害和影響，為了保證無功功率因數(shù)符合國家標準，可以采取集中治理的方法。

6.2末端治理

對于終端使用大量 LED燈具和調光設備的地方，如圖書館、學術報告多功能廳、體育館等，因為這類燈具的主要負載形式是切換式，其諧波電流以3次次諧波電流為主，3次次諧波電流為零序，三相向量角度相同，因而將三次諧波電流疊加到 N條線路上，造成 N股電流過大，對電力系統(tǒng)的整體影響很大，所以必須分別進行終端治理；此外，為了保證“干凈”的電力網絡環(huán)境，研究實驗室中的許多敏感設備都需要有針對性地進行現(xiàn)場治理，以減少非線性負荷對其它設備的諧波造成的影響。7.湖北省某高校電能質量治理項目案例

7.1項目背景

以湖北省重點大學電力質量治理工程為例，根據(jù)后勤部門的反映，主校區(qū)綜合教學樓經常跳閘，而且食堂配電房電容柜內電抗器出現(xiàn)燒焦和 N線線纜過熱的情況，由于綜合教學樓和食堂分別涉及變頻空調、計算機通信設備、 LED燈照明和水泵等負荷，運行過程中會產生諧波，對整體供電系統(tǒng)造成一定的影響。

7.2測量結果

（1）主校區(qū)綜合教學樓配電室諧波測量數(shù)據(jù)

（2）食堂配電室諧波測量數(shù)據(jù)

由以上兩組測試結果可知，綜合教學樓內的諧波頻率以5、7次為主，電流失真率最高達22%,5、7次諧波可在配電房進行集中處理，以消除電力系統(tǒng)、變壓器、無功柜及其他電力設施的諧波，確保教學工作的正常進行；《電能質量公用電網諧波》中的0.38 KV系統(tǒng)中的諧波電流、諧波電流的標準是：3次、5次諧波。現(xiàn)場電容器串聯(lián)7%的電抗，3、5次諧波進入電容器，并與電容器的基波電流疊加，使電容器的工作電流增大，溫度升高，造成電容器過熱，縮短電容器的壽命，或造成電容器的損傷。因為3次諧波是零序的，三相的向量角是相等的， N線的電壓是223 A左右，遠遠超出了相線的電流值， N線的電壓太高，會引起導線的溫度升高、絕緣老化、接地失效，從而導致電力供應中斷，甚至引發(fā)電氣火災。

7.3治理方案

針對綜合辦公大樓及餐廳的諧波測試，提出了相應的電力品質管理方案。

方案一：集中治理：建議對配電機房進行無功改造，將電抗率為7%的就地電抗器改為14%，能有效地防止3、5次諧波進入電容器，造成電容器的破壞，并與有源諧波治理系統(tǒng)設備相結合，有效地解決了電網的諧波問題，確保了教學工作的順利進行；或者用有源無功補償系統(tǒng)來代替被動電容器，并在一定的余量條件下對諧波進行補償。

方案二：現(xiàn)場治理：因餐廳使用 LED燈具、通風裝置多，故建議在各樓層配電間或負荷端安裝中線保安保護器，解決因3 N次諧波和三相不平衡造成 N線電流過大問題，以達到控制諧波的目的，防止因諧波對電力系統(tǒng)及其它用電設備造成的諧波產生，從而保護 N線路，降低電氣火災，保證學生和學生的生命。