動態(tài)諧波抑制及無功補(bǔ)償組合在醫(yī)療設(shè)備配電中的應(yīng)用

李永郁

（廣東省建筑設(shè)計研究院，廣東 廣州 510010）

隨著現(xiàn)代負(fù)載與配電環(huán)境的不斷發(fā)展和變化，醫(yī)院的用電設(shè)備也越來越多，越來越精密，對用電的要求也越來越高。諧波嚴(yán)重的X 射線設(shè)備、CT 機(jī)（計算機(jī)斷層掃描機(jī)）、MRI機(jī)（核磁共振機(jī)）、DSA 機(jī)（新血管造影機(jī)）、ECT(同位素斷層掃描機(jī))、磁共振成像等大型診療設(shè)備，應(yīng)進(jìn)行諧波防治。

供電部門要求用戶的月平均功率因數(shù)達(dá)到0.9 以上，醫(yī)療機(jī)構(gòu)消耗的無功功率中，醫(yī)療設(shè)備等約占70%、變壓器占20%、線路占10%，所以設(shè)計中應(yīng)正確選擇變壓器的容量，減少線路感抗，以提高用電單位自然功率因數(shù)。采用SVG 技術(shù)的平滑補(bǔ)償全新設(shè)計理念，可補(bǔ)償容性和感性負(fù)載，補(bǔ)償后的功率因數(shù)能達(dá)到0.99，有效地避免了過補(bǔ)和欠補(bǔ)的情況，且對電網(wǎng)無沖擊，補(bǔ)償容量受系統(tǒng)電壓影響很小，在系統(tǒng)電壓變低時，也能輸出與額定工況相近的無功電流，可動態(tài)雙向連續(xù)調(diào)節(jié)無功功率，從額定感性工況到額定容性工況連續(xù)輸出無功。

諧波超標(biāo)會產(chǎn)生以下危害：設(shè)備過熱、中心線電流大、斷路器誤動作，導(dǎo)致醫(yī)療設(shè)備可靠性降低；功率因數(shù)下降，損耗增加，電費(fèi)增加；供電波形產(chǎn)生畸變，醫(yī)療精密設(shè)備工作異常；可能導(dǎo)致并聯(lián)補(bǔ)償電容器鼓肚、爆裂；測試計量器具顯示不準(zhǔn)確；干擾通信等弱電信號。

功率因數(shù)是衡量電氣設(shè)備效率高低的系數(shù)，功率因數(shù)低有功功率越小，同時無功功率越大，供電設(shè)備的容量越不能得到充分利用，功率因數(shù)低就意味著負(fù)荷電流大于系統(tǒng)只提供有功功率時的電流值，用戶不僅要承擔(dān)增加輸電線路、配電變壓器和電纜容量的成本，還要支付由此增加的損耗費(fèi)用。

有源電力濾波應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)備諧波的治理，針對精密設(shè)備的高頻用戶側(cè)諧波進(jìn)行保護(hù)，能起到保障供電可靠性、降低干擾、提高產(chǎn)品質(zhì)量、增長設(shè)備壽命減少設(shè)備損壞等作用。

當(dāng)用戶的自然總平均功率因數(shù)較低，單靠提高用電設(shè)備的自然功率因數(shù)達(dá)不到要求時，應(yīng)裝設(shè)無功功率補(bǔ)償設(shè)備，以提高用戶的功率因數(shù)。

隨著現(xiàn)代負(fù)載與配電環(huán)境的發(fā)展與變化，無功補(bǔ)償及有源濾波諧波電路可有機(jī)組合，最大限度地利用各自的優(yōu)點，大幅提高應(yīng)用效率，不僅可補(bǔ)償無功，還可以同時治理50次及以下諧波，系統(tǒng)可同時工作在無功補(bǔ)償及諧波治理兩種工作狀態(tài)下，不會產(chǎn)生諧振，也不存在過載問題。當(dāng)系統(tǒng)無功與諧波電流超過裝置的補(bǔ)償能力時，裝置仍然可發(fā)揮最大的補(bǔ)償作用，并聯(lián)的結(jié)構(gòu)設(shè)于同一柜體中不僅節(jié)省了電房空間，而且使現(xiàn)場施工和操作更加靈活、安全、可靠，更節(jié)約了投資成本。

無功補(bǔ)償及諧波治理采用無功補(bǔ)償（SVG）及有源電力濾波（APF）一體化技術(shù)，要求能在3、5、7、9 次諧波下實現(xiàn)無功補(bǔ)償和2 ～65 次的諧波補(bǔ)償，響應(yīng)速度必須小于5ms，補(bǔ)償精度小于0.1KVAR，補(bǔ)償目標(biāo)功率因數(shù)大于0.95，可達(dá)到0.99。有源濾波要求進(jìn)線用于采樣的電流互感器二次側(cè)電流5A，保護(hù)受3,5,7 至65 次諧波危害的醫(yī)療等設(shè)備，實現(xiàn)實時監(jiān)測電網(wǎng)中由非線性負(fù)載產(chǎn)生的電流波形，分理處諧波部分，將其反向，再通過逆變器的處理將反相電流同步注入電網(wǎng)中，實現(xiàn)濾除諧波的功能，吸收各種頻率各種能量的諧波干擾，隨時跟蹤電源波形，瞬時濾除電源中的諧波及尖峰雜波，改善電源波形，是電網(wǎng)電源波形變的光滑清潔，自動清除醫(yī)療用電設(shè)備產(chǎn)生的隨機(jī)高次諧波和高頻噪聲等干擾。采用諧波保護(hù)減少了醫(yī)療設(shè)備等精密儀器設(shè)備的故障率和設(shè)備誤操作，全面克服了由于諧波污染導(dǎo)致用電裝置的控制系統(tǒng)故障率高的問題，利用效率提高，保障了醫(yī)療設(shè)備的安全運(yùn)行。低壓配電系統(tǒng)采用有源濾波用于動態(tài)抑制諧波、補(bǔ)償無功的新型電力電子裝置，它能夠?qū)Υ笮『皖l率都變化的諧波以及變化的無功進(jìn)行補(bǔ)償，效率達(dá)97.2%，節(jié)約了電能。

以德慶中醫(yī)院為例，德慶縣中醫(yī)院是德慶縣衛(wèi)生與人口計劃生育局主管的二級甲等中醫(yī)院，位于德慶縣德城鎮(zhèn)康城大道4 號?？偨ㄖ娣e17379.46m2，其中地上面積15200.76m2，地下2178.70m2，建筑高度為39.3m，為二類高層民用醫(yī)療建筑，主要包括門診樓、住院樓、后勤保障樓等。本醫(yī)療機(jī)構(gòu)存在諧波嚴(yán)重的X 射線設(shè)備、CT 機(jī)（計算機(jī)斷層掃描機(jī)）、MRI 機(jī)（核磁共振機(jī)），需進(jìn)行諧波治理，醫(yī)療設(shè)備供電采用動態(tài)抑制諧波、補(bǔ)償無功的新型一體化電力電子裝置，它能夠?qū)Υ笮『皖l率都變化的諧波以及變化的無功進(jìn)行補(bǔ)償，效率達(dá)97.2%，節(jié)約電能，且補(bǔ)償后功率因數(shù)不小于0.9。動態(tài)抑制諧波及補(bǔ)償無功組合一體化裝置既節(jié)省了空間，又提高了經(jīng)濟(jì)效益。德慶中醫(yī)院低壓配電房低壓柜布置平面詳見圖1。

圖1 低壓配電房低壓柜布置平面圖

圖1 中AA14 柜為動態(tài)抑制諧波及無功補(bǔ)償組合柜，在低壓配電房空間比較緊張的情況下，兩種功能合二為一，節(jié)省了空間。

動態(tài)抑制諧波安培數(shù)及無功補(bǔ)償功率如圖2。

圖2 諧波抑制及無功補(bǔ)償系統(tǒng)圖

動態(tài)抑制諧波及補(bǔ)償無功在一體化裝置內(nèi)實現(xiàn)，使設(shè)計簡單化，安裝和操作容易，進(jìn)出線方式靈活，占地面積小，節(jié)省了空間，增加了經(jīng)濟(jì)效益。適合國內(nèi)電網(wǎng)波動的用電環(huán)境，采用三相動態(tài)補(bǔ)償，達(dá)到與系統(tǒng)無功完全平衡，對電網(wǎng)無沖擊。有效濾除2 ～65 次諧波，高效完善的濾波保護(hù)，確保了醫(yī)療設(shè)備長期安全穩(wěn)定運(yùn)行。