醫院配電系統諧波分析與治理技術方案

摘要：文章從諧波治理的危害、治理意義、諧波源組成、諧波治理等方面進行了論述。目的在于通過綜合整治電網的諧波，有效地改善醫院配電系統的安全、可靠、節能。

0引言

配電系統中存在的諧波成分，會導致電力系統的電能品質下降，從而導致電力供應的可靠性下降。在醫院里，會對各種高精度高的醫療器械儀器產生很大的影響，如發生攝像系統圖像的干擾，監視器出現的花屏、醫療器械設備的動作不靈敏、傳感器元件的故障等，從而影響到這些精度高醫療器械設備的正常工作。因此，本文就諧波對醫院配電系統的影響和危害進行了分析和討論。提出了一種具有針對性的控制技術措施，以達到降低配電系統諧波成分的目的，從而有效地改善電網的供電質量。

1配電系統諧波治理意義

1.1控制高次諧波分量

采用無功補償、濾波器等諧波補償后，能夠有效的補償配電系統的諧波、減小諧波等成分，保證配電系統指標達到國家技術標準和技術規范的要求，從而為醫院的配電系統和電力設備，醫療器械設備的安全可靠、節能、經濟、 、穩定地運行提供了重要的技術裝置保證。

1.2提供電能功率因素

采用自動消諧濾波器，能有效地降低電網的電壓、電流諧波；此外，采用消諧濾波器，可減少或消除諧波諧振，從而使醫療器械設備得到高質量、 率、經濟的電力資源，減少因諧波引起的不必要的電力資源損耗。通過多年的實際工作，我們知道，經過對自動調頻過濾柜等設備的技術改造，可以使醫院配電系統的功率因數，在很長一段時間內保持在0.97以上。通過這種方式，既能為醫技樓的醫療診斷設備提供一個較好的使用條件，又能有效的提高醫療診斷設備的綜合使用效率，達到5%——30%的節能效果。

1.3改善供電電能品質

采用自動消諧式過濾器等電網凈化設備，對提高醫院配電系統的電力品質具有重要意義。通過過濾配電系統的諧波，對電網的功率因數進行補償，避免了電力系統中的串并聯共振現象，保證醫療衛生工作的安全、穩定、有效的開展。

2電力諧波的危害

普通電力系統的電壓應為一個特定的頻率，并具有一定的幅度。諧波的產生，會對電力系統的供電系統有影響，并對電力系統的正常工作產生一定的影響。諧波的危害表現在以下幾個方面。

2.1影響繼電保護和自動裝置的工作可靠性

在電磁繼電器中，由于電力諧波的存在，往往會導致繼電保護裝置設備的誤動作、不能正常工作，從而影響到系統的正常運行。

2.2對動力設備的影響

諧波對電動機產生的影響主要表現為：電動機的工作效率下降、使用壽命縮短（受影響設備有供暖、供水、中央空調、電梯等）。此外，3次諧波在導線上流動時，導線長期過熱，造成絕緣老化后引起著火。

3醫療行業諧波治理需求分析

醫療器械設備的發展，是醫院的一個重要標志，也是醫院先進技術的一個重要標志。現代醫院不斷引進先進的電子醫療體系，不斷的改善醫療質量。諧波干擾是當前醫院建設中亟待解決的問題。醫院的建設，管理，電氣工程項目的設計，在今后的發展中都要加以重視。

由于電力電子設備自身的功率和效率的提高，使得電網中的諧波干擾和反串現象越來越突出。諧波不但會使電網的供電質量下降，而且會對醫療器械設備、用電裝置設備造成故障，造成誤動作、擊穿電容器、對小型設備儀器的電源模塊造成干擾。因此，電網的諧波問題是一個不可忽略的問題。

4醫院配電系統諧波源分析

4.1醫院配電系統負荷主要特征

醫院作為一種特殊的服務場所，其醫療器械設備的種類、數量、人員的流動性、供電可靠性、節能經濟性等都有很大的影響。如果出現停電、供電不足等問題，對患者的經濟、社會造成 大的影響甚至會造成手術等無法正常進行，造成嚴重的后果。在醫院配電系統中，一般采用10/0.4千伏主變壓器（兩路電源），其主要的非線性負荷有：醫療器械設備、節能照明設備、變頻調速設備、計算機、 UPS應急電源系統等，這些電力負荷大多為單相非線性負荷，所產生的諧波成分會被注入到配電系統，從而污染電力網絡。

4.2醫院配電系統中的主要諧波源

通過對醫院配電系統的大量測試和分析，得出結論：通風設備、照明設備、醫療設備，是醫院配電系統中的諧波源。如醫院照明系統中，使用大量的節能型熒光燈，這些熒光燈在運行時，會產生大量的諧波，對配電網造成一定的污染。采用三相四線供電的多盞節能燈，在三相四線負荷運行的情況下，三相三次諧波對醫院配電系統造成嚴重的污染。醫院的醫療設備中有大量的電力電子元器件，這些醫療設備在工作時會產生較大的諧波，造成電網污染。比較常見的設備有MRI（核磁共振）、CT機、X線機等。其中，MRI工作時會生成射頻脈沖和交變磁場來產生核磁共振，而射頻脈沖和交變磁場都會帶來諧波污染；X光機中高壓整流器的整流橋工作時將產生較大諧波，而且X光機為瞬時性負荷，工作時電壓可達百千伏，變壓器的負載將增加60~70kw的瞬時負荷，也會增加電網諧波。

5醫院配電系統諧波綜合治理方案

醫院配電網的諧波治理的總體目標是：電網的總諧波 THDI (3%，電源功率因數cosφ)0.95。

5.1采用串聯電抗器

該裝置以串聯電抗器為核心，對諧振進行控制，并對電容進行保護，以達到安全補償。但是，這種諧波治理方法，在諧波處理方面，卻是束手無策，而且諧波治理的效果也不是很好，所以，在醫院配電系統的諧波治理中，很難取得較好的效果。

5.2采用無源調諧式濾波器進行濾波補償

在實際應用中，一般采用無源調諧式濾波器，其阻抗率可分為5.67%、7%和14%三大類。其中，具有5.67%電抗系數的調諧電容器，具有210Hz的單調諧振頻率，它的主要作用是能吸收50%以上電力裝置的5次諧波；具有7%電抗系數的調諧電容器，具有189 Hz的單調諧振頻率，其主要作用是吸收電力裝置20%以上的5次諧波和少量7次諧波；而具有14%電抗系數的調諧電容，其單調諧振頻率為133 Hz，其主要作用是對3次諧波的控制。該方法利用無源調諧式濾波器對電網的電容無功進行補償，取得了很好的濾波效果。這種方法更經濟、更具性價比，但僅適用于低諧波的情況。

5.3采用有源濾波器

有源濾波器用于電網的諧波濾波及無功補償，能滿足電網的諧波治理和無功補償需求，但是，無功補償的無功功率消耗了有源濾波器的容量，而且其費用也比電容高，因而很少用于實際工程中。

5.4混合濾波補償方案

在醫院配電系統中，將有源濾波器+無源調諧式濾波器、無功補償的方法結合起來，既能保證無功的安全，又能消除電網的諧波成分，節約能源，經濟效益顯著。

5.5采用無功補償方案

通過對靜態無功補償（SvC)、靜態無功產生（SvG）進行補償，并與在線無功補償系統相結合，能夠根據醫院配電系統的具體狀況，動態的進行補償，從而吸收高次諧波，降低電壓閃點，從而有效地改善電網的供電可靠性和供電品質。

5.6諧波治理設備的選擇

對于已投入使用的醫院，可以根據實際情況來確定過濾裝置的容量。對正在建設的醫院大樓，根據以下方法計算出諧波電流，選擇合適的濾波裝置。

a.現場補償：根據用電設備的工作電流乘以諧波失真率，可以得到有效的諧波電流，并選用三線濾波電路。

b.在不使用現場補償的情況下，僅使用集中的方式，將醫療器械設備與其它電器設備相結合，可使失真率增加至20%。

由于有源濾波器的輸出電壓隨系統的諧波而發生動態變化，不存在過補償問題；此外，該濾波器還具有過載保護的特性，而無需考慮過負載問題。

6安科瑞醫院EMS能效管理系統

6.1平臺拓撲圖

6.2醫院電力監控解決方案

電力監控系統實現對變壓器、柴油發電機、斷路器以及其它重要設備進行監視、測量、記錄、報警等功能，并與保護設備和遠方控制及其他設備通信，實時掌握供電系統運行狀況和可能存在的隱患，快速排除故障，提高醫院供電可靠性。

電力監控系統主要針對開閉所和10/0.4kV變電所，對高壓回路配置微機保護裝置及多功能儀表進行保護和監控，對0.4kV出線配置多功能計量儀表，用于測控出線回路電氣參數和用能情況。同時對醫院重要設備如柴油發電機、無功補償裝置、有源濾波裝置、UPS、隔離電源系統狀態進行監測。

電力監控系統硬件配置

7結束語

在醫院配電系統的規劃設計、施工、運行維護中， 加強對電網的諧波處理，并采取適當的諧波處理措施，以達到減少電網損耗的目的，保證醫院配電系統的安全可靠、經濟、 的運行和發展。

參考文獻：

[1]醫院配電系統諧波治理技術方案 劉華金

[2] 程杰. 醫院配電系統諧波分析及治理研究[J]. 中國設備工程,2022(1):214-216.

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[4]安科瑞用戶變電站變配電監控解決方案2021.10