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電能質(zhì)量
專(zhuān)家診治

把電能質(zhì)量問(wèn)題交給領(lǐng)步400-056-5258

領(lǐng)步淺析：對(duì)醫(yī)院配電系統(tǒng)諧波進(jìn)行治理的必要性

返回列表來(lái)源：領(lǐng)步電能質(zhì)量發(fā)布時(shí)間：2016-07-05分享加入收藏關(guān)注：-

專(zhuān)家講堂3

摘要
現(xiàn)今科技發(fā)展日新月異，醫(yī)療水平不斷提高，同時(shí)也伴隨著各種大型先進(jìn)醫(yī)療設(shè)備的引入，這些醫(yī)療設(shè)施中產(chǎn)生大量諧波，給醫(yī)療設(shè)備的電氣安全和設(shè)備的正常工作帶來(lái)嚴(yán)重危害，有源濾波器成為解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵裝置。本文從分析醫(yī)院中哪些設(shè)備是諧波源，分析其危害，提出治理措施。

1、醫(yī)院供配電系統(tǒng)諧波源

1.1醫(yī)療設(shè)備
在醫(yī)療設(shè)備中有大量的電力電子元器件，這些設(shè)備在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量諧波，造成污染。比較常見(jiàn)的設(shè)備有MRI（核磁共振儀）、CT機(jī)、X線(xiàn)機(jī)、DSA(心血管造影機(jī)）等。其中，MRI工作時(shí)會(huì)生成射頻脈沖和交變磁場(chǎng)來(lái)產(chǎn)生核磁共振，而射頻脈沖和交變磁場(chǎng)都會(huì)帶來(lái)諧波污染；X光機(jī)中高壓整流器的整流橋工作時(shí)將產(chǎn)生較大諧波，而且X光機(jī)為瞬時(shí)性負(fù)荷，工作時(shí)電壓可達(dá)幾十千伏，變壓器的原邊將增加60~70kw的瞬時(shí)負(fù)荷，也會(huì)增加電網(wǎng)諧波。

1.2電器設(shè)備
醫(yī)院中的通風(fēng)設(shè)備如空調(diào)、風(fēng)機(jī)等，以及照明設(shè)備如熒光燈都會(huì)產(chǎn)生大量諧波。為了節(jié)約能源，醫(yī)院中大都采用變頻風(fēng)機(jī)及空調(diào)。變頻器是一種非常重要的諧波源，其總諧波電流畸變率THD-i達(dá)到33%以上，會(huì)產(chǎn)生大量5、7次諧波電流污染電網(wǎng)。醫(yī)院內(nèi)部的照明設(shè)備中，有大量的熒光燈具，也會(huì)產(chǎn)生大量的諧波電流。當(dāng)多個(gè)熒光燈接成三相四線(xiàn)負(fù)載時(shí)，中線(xiàn)會(huì)流過(guò)很大的三次諧波電流。

1.3通信設(shè)備
目前醫(yī)院均為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化管理，這就表示計(jì)算機(jī)數(shù)量、視頻監(jiān)控和音頻設(shè)備數(shù)量很多，而這些都是典型的諧波源。此外，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)中有存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的服務(wù)器，必須配有UPS等備用電源。UPS先將市電整流成直流電，一部分儲(chǔ)存在電池中，另一部分通過(guò)逆變器轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓交流電向負(fù)載供電；當(dāng)市電終端供應(yīng)時(shí)，改由電池向逆變器供電以繼續(xù)工作，保證負(fù)載的正常運(yùn)作。而我們知道，整流和逆變會(huì)采用到IGBT和PWM技術(shù)，所以UPS在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量3、5、7次諧波電流。

醫(yī)院專(zhuān)用有源濾波器

2、諧波對(duì)醫(yī)療設(shè)備的危害
從上面的描述中我們可以發(fā)現(xiàn)，醫(yī)院的配電系統(tǒng)中有很多諧波源，會(huì)產(chǎn)生大量諧波（以3、5、7次諧波為Z多）嚴(yán)重污染電網(wǎng)，引起諧波超標(biāo)、中性線(xiàn)諧波過(guò)載等電能質(zhì)量問(wèn)題。這些問(wèn)題都會(huì)影響醫(yī)療設(shè)備的使用。

2.1諧波對(duì)影像采集類(lèi)設(shè)備的危害
由于受到諧波的影響，醫(yī)療工作人員經(jīng)常會(huì)遇到設(shè)備故障。這些故障輕則發(fā)生數(shù)據(jù)差錯(cuò)、圖像模糊、信息丟失等問(wèn)題，重則損壞電路板元器件造成醫(yī)療設(shè)備無(wú)法繼續(xù)正常工作；特別是一些成像設(shè)備，受到諧波影響時(shí)內(nèi)部的電子元件可能會(huì)記錄波動(dòng)并改變輸出，將導(dǎo)致波形圖像重疊變形或模糊不清，容易造成誤診。

2.2諧波對(duì)治療護(hù)理儀器的危害
治療用電子儀器有很多，受諧波危害較大的是手術(shù)治療儀器。手術(shù)治療是指用激光、高頻電磁波、放射線(xiàn)、微波、超聲等單獨(dú)的或配合傳統(tǒng)手術(shù)的治療。相關(guān)設(shè)備受到諧波干擾，輸出信號(hào)中將含有雜波，影響設(shè)備正常使用，對(duì)患者造成強(qiáng)烈的刺激，在對(duì)某些重要部位進(jìn)行治療時(shí)，存在重大醫(yī)療隱患。而護(hù)理儀器比如呼吸機(jī)、起搏器、心電監(jiān)護(hù)儀等都與被監(jiān)護(hù)人的生命息息相關(guān)，有些儀器的信號(hào)本身就非常微弱，當(dāng)受到諧波干擾時(shí)可能導(dǎo)致采集信息錯(cuò)誤甚至無(wú)法工作，給患者和醫(yī)院造成重大損失。

3、諧波的治理措施
根據(jù)諧波的產(chǎn)生原因，針對(duì)諧波含量進(jìn)行治理，增加設(shè)計(jì)供電容量、限制諧波源、利用濾波裝置消減諧波含量、對(duì)精密儀器進(jìn)行諧波保護(hù)。

3.1減少系統(tǒng)阻抗
要達(dá)到減少系統(tǒng)阻抗的目的，就要減少非線(xiàn)性用電設(shè)備與電源間的電氣距離，換句話(huà)說(shuō)就是提高供電電壓等級(jí)。比如某鋼廠的主要設(shè)備是電弧爐，原先用35KV供電，由兩個(gè)110KV的變電所分別架設(shè)一回35KV專(zhuān)線(xiàn)供電，在35KV的母線(xiàn)上測(cè)得諧波分量較高；后改用一個(gè)距離只有4公里的220KV變電所架設(shè)5回35KV專(zhuān)線(xiàn)供電，母線(xiàn)上諧波情況明顯好轉(zhuǎn)，此外該廠還使用了較大容量的同步發(fā)電機(jī)，使這些非線(xiàn)性負(fù)荷的電氣距離大大下降，使該廠產(chǎn)生的諧波量減少。這種方法的投資Z大，需要和電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃協(xié)調(diào)，適用于大型工業(yè)項(xiàng)目，而且醫(yī)院要求不間斷連續(xù)供電，一般由兩個(gè)或以上變電所供電，故不優(yōu)先考慮此方法。

3.2限制諧波源
此法需要改變諧波源的配置，限制大量產(chǎn)生諧波的工作方式，集中使用具有諧波互補(bǔ)性的裝置使設(shè)備諧波互相抵消；增加變流裝置的相數(shù)，使特征諧波次數(shù)提高，從而大大地降低諧波電流的有效值。這種方法需要重新布置設(shè)備線(xiàn)路，協(xié)調(diào)安排儀器的使用配合，具有較高的局限性。醫(yī)院可以根據(jù)自身情況稍作調(diào)整，可以在一定程度上減少諧波量。

3.3安裝濾波裝置
目前常用的交流濾波裝置有：無(wú)源濾波裝置、有源濾波裝置（LBAPF）兩種。

無(wú)源濾波裝置又稱(chēng)LC濾波裝置，是利用LC諧振原理，人為地造成一條串聯(lián)諧振支路，為準(zhǔn)備濾除的特定次數(shù)諧波提供阻抗極低的通道，使之不注入電網(wǎng)。無(wú)源濾波裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，吸收諧波效果較明顯，但僅限于固有頻率的諧波，而且補(bǔ)償特性受電網(wǎng)阻抗的影響很大（在特定頻率下，電網(wǎng)阻抗和LC濾波裝置之間可能會(huì)發(fā)生并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振）。

有源濾波裝置（APF）是一種新型電力電子裝置，用于動(dòng)態(tài)抑制諧波、補(bǔ)償無(wú)功。它能夠?qū)崟r(shí)的采集并分析負(fù)載的電流信號(hào)，分離各次諧波和無(wú)功，通過(guò)控制器控制變流器輸出與諧波及無(wú)功電流等幅、反向的補(bǔ)償電流，抵消負(fù)載中諧波電流，從而達(dá)到諧波治理的目的。有源濾波裝置具有實(shí)時(shí)跟蹤、響應(yīng)迅速、補(bǔ)償全面（可同時(shí)補(bǔ)償無(wú)功和2~31次諧波）等顯著的優(yōu)點(diǎn)。

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