建筑節(jié)能之公共建筑電能質量分析研究
關鍵字：建筑節(jié)能；電能質量；能耗分析
引言
伴隨著全球氣候和環(huán)境變化的壓力與挑戰(zhàn)，人類越來越認識到建筑及其運行對環(huán)境的巨大影響。由此掀起了一場世界范圍內關于發(fā)展“綠色建筑”的高潮。與此同時，信息和網(wǎng)絡時代開創(chuàng)的智能系統(tǒng)，更有助于人類建設一個舒適，高效，安全的生活和工作環(huán)境。但隨著工業(yè)化、城市化進程加快，能源消耗迅速增加，資源環(huán)境約束和經(jīng)濟快速增長的矛盾，已成為當前經(jīng)濟社會發(fā)展面臨的嚴峻挑戰(zhàn)。我國是能源稀缺國家，節(jié)能減排是我國的一項基本國策和戰(zhàn)略決策，而建筑業(yè)是人類迄今對自然資源、能源消耗最大的行業(yè)之一。隨著城市化進程的加快，城市環(huán)境受到威脅，如何在建立符合可持續(xù)發(fā)展觀，節(jié)約能源、適應生態(tài)和氣候狀態(tài)的人居環(huán)境的同時，能夠節(jié)能能源，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，應該是目前建筑業(yè)關注的焦點。因此，建筑節(jié)能已成為建設行業(yè)發(fā)展的重要方向，如何在建筑領域內解決好節(jié)能問題，對于我國經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展有著十分重要的意義。
多年來，我國已開展了相當規(guī)模的建筑節(jié)能工作，主要采取先易后難、先城市后農(nóng)村、先新建后改建、先住宅后公建、從北向南逐步推進的策略。但是到目前為止，建筑節(jié)能仍然停留在試點、示范的層面上，尚未擴大到整體，其原因多種多樣，如建筑節(jié)能開發(fā)成本較高；建筑節(jié)能的材料、工藝技術未形成體系；國家對建筑節(jié)能的規(guī)范還沒有列入強制執(zhí)行的范疇；建筑節(jié)能缺乏必要的資金支持等。另一方面，對于建筑節(jié)能，普遍關注的是新建建筑物的節(jié)能問題如何解決，而對已建建筑的電能質量的檢測、計量、分析及其造成的巨大損耗問題沒有得到足夠的重視，這也成為我國建筑節(jié)能發(fā)展緩慢的重要原因之一。
一問題提出
電能質量一般是指電壓或電流的幅值，頻率，波形等參數(shù)與標準值的偏差。過去，電力系統(tǒng)中許多機電設備都能在上述參量相對較大的變化范圍內正常地工作。但是在近五到十年，隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，各種新型、高效、多功能的商務用電設備不斷更新，使得諸如商務寫字樓這類典型公共建筑中基于電力電子裝置的非線性負荷的應用越來越廣泛，引起電能質量問題的因素也逐漸增多，對同樣快速普及的各種復雜的、精密的、對電能質量敏感的用電設備的安全可靠運行帶來嚴重威脅。另一方面，隨著高新技術尤其是信息技術的飛速發(fā)展，基于計算機，微處理器控制的用電設備和電力電子設備在系統(tǒng)中的大量使用，這些設備對來自系統(tǒng)的干擾比機電設備更為敏感，對電能質量的要求也更高。一旦出現(xiàn)電能質量問題，輕則加大電能損耗、引起設備故障，重則導致整個系統(tǒng)的崩潰，可能由此帶來的巨大的經(jīng)濟損失和負面的社會影響。同時，這些設備自身也可能是引起電能質量問題的因素，對其他相鄰用電設備的正常工作及能耗造成不良影響。
針對這一問題，對耗電設備電能質量進行實際檢測，獲得相關有效數(shù)據(jù)，對電能質量進行綜合分析，找出問題，提出相應法的解決方案，對系統(tǒng)進行改進改良，從而從根本上解決能耗過高和系統(tǒng)用電質量問題。
商務寫字樓是典型的公共建筑之一，其中大量使用的開關式電源、公共照明系統(tǒng)中熒光照明、計算機、打印機、復印機、調光燈等負荷正逐漸成為配電系統(tǒng)中主要的諧波和波動源之一。下面，由一個實際案例入手，來分析商務寫字樓的常見電能質量問題。下面通過一個典型案例，分析了商務寫字樓的常見電能質量問題、危害及探討了相關問題的一般解決方案。
二問題分析
某大酒店寫字樓由3路10kV電源供電，每個辦公室內基本配有UPS，主要對室內的計算機等辦公自動化設備進行不間斷供電，UPS采用AC-DC-AC在線式拓撲，容量為1～2kW。
該系統(tǒng)全部采用電纜供電，有三臺主變壓器，容量均為1000kVA，額定電壓為10kV/0.4kV，額定電流為57.7A/1443A，接地電阻大約1.2～1.3Ω。變壓器和線路所裝設的保護有速斷保護、過流保護和欠壓保護。其中速斷保護是主保護，動作時間為0.35s。系統(tǒng)主要采用電容器組作為無功容量的補償裝置，有15kVar和30kVar兩種，其中15kVar的電容器的額定電壓為400V，額定電流為21.7A。
由于該用戶是比較重要用戶，采用三回路供電，所以供電可靠率極高，當供電電源發(fā)生故障時，另外的兩回電源采用倒閘自投的方式迅速投入供電，動作時間為0.7s。
長期以來，用戶中性線電流偏大，帶負荷運行時可達400A左右，其中三次諧波含量很大。
1測量數(shù)據(jù)
本例中采用Fluke43B電能質量分析儀對供電系統(tǒng)其中一回線路出線進行了測量，典型波形如圖2所示。其中，上部波形為AB相間的線電壓。
線電壓有效值為391V，波形為完美的正弦波。電壓總諧波畸變率僅為0.7%。
