綜合性醫(yī)院配電系統(tǒng)的諧波綜合治理措施

呂世明 周穩(wěn)根

摘要：隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展，生產(chǎn)和生活用電領(lǐng)域出現(xiàn)了多元化、復(fù)雜化的趨勢。諧波是電力系統(tǒng)中最常見的現(xiàn)象，也是影響電能質(zhì)量的一個重要因素。并且伴隨著電力電子的快速發(fā)展，各種整流設(shè)備以及大量的非線性負(fù)載在綜合醫(yī)院中得到了廣泛的應(yīng)用，主要負(fù)載有電子醫(yī)療精密設(shè)備，照明，電梯和變頻通風(fēng)設(shè)備，計(jì)算機(jī)等。它的諧波污染已經(jīng)成為危害電網(wǎng)質(zhì)量的主要因素之一。對供電企業(yè)的安全供電影響很大。因此，本文就綜合性醫(yī)院配電系統(tǒng)中諧波治理進(jìn)行了分析和研究，重點(diǎn)闡述了諧波的危害、治理的意義、諧波源的組成及諧波治理方案。本文的目的是通過諧波綜合處理，有效地提高醫(yī)院配電系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性和節(jié)約能源。

關(guān)鍵詞：醫(yī)院;配電系統(tǒng);諧波治理

配電網(wǎng)系統(tǒng)中的諧波分量，使電能質(zhì)量下降，降低了供電可靠性，嚴(yán)重影響醫(yī)療機(jī)構(gòu)在醫(yī)療活動中使用的各種精密敏感設(shè)備，如監(jiān)測計(jì)算機(jī)出現(xiàn)死機(jī)、儀器設(shè)備發(fā)生拒動誤動等，由于敏感元件失效等原因，進(jìn)而影響到這些精密敏感儀器設(shè)備的正常工作。為此，分析了諧波對醫(yī)院配電網(wǎng)的危害，針對性地采取治理技術(shù)措施，抑制配電網(wǎng)諧波分量，有效提高配電網(wǎng)質(zhì)量水平和供電可靠性，具有重要的工程實(shí)際應(yīng)用研究意義。

1???? 諧波的產(chǎn)生

負(fù)荷是影響電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的重要因素之一。比如電力電子設(shè)備，作為諧波源，對電網(wǎng)的危害是無法估量的，應(yīng)該引起高度重視。公網(wǎng)所提供的理想電壓應(yīng)為固定頻率和規(guī)定電壓幅度。電壓、電流對公共電網(wǎng)的影響是一種污染。這直接導(dǎo)致了醫(yī)療設(shè)備工作環(huán)境的惡化，同時對周圍的通訊系統(tǒng)和公共電網(wǎng)外的設(shè)備也造成了極大的危害。在電力電子設(shè)備得到廣泛應(yīng)用之前，諧波及其危害，對諧波污染的研究和認(rèn)識已有一定成果，但當(dāng)時諧波污染還不嚴(yán)重，尚未引起重視。三四十年來，隨著各種電力電子設(shè)備的迅速普及，諧波污染問題在公共電網(wǎng)日益嚴(yán)重，由于諧波造成的各種故障和事故也時有發(fā)生。只有諧波危害到嚴(yán)重程度才會引起關(guān)注。

2???? 諧波的危害

醫(yī)學(xué)機(jī)構(gòu)是救死扶傷，保障人民身體健康的衛(wèi)生機(jī)構(gòu)，與人們的生活息息相關(guān)。另外，在醫(yī)院里，很多醫(yī)療設(shè)備都會受到諧波的影響，給人們的醫(yī)療安全造成一定的危害。另外，諧波會影響各種電器設(shè)備的正常工作，造成電容器，電纜等設(shè)備過熱，絕緣老化，壽命縮短甚至損壞;通過電磁感應(yīng)和傳導(dǎo)耦合，諧波會對相鄰的通信系統(tǒng)造成干擾。最低限度引入噪聲，至少降低通信質(zhì)量，導(dǎo)致信息丟失和系統(tǒng)故障。電力系統(tǒng)和補(bǔ)償電容器之間的諧波易引起并聯(lián)或串聯(lián)諧振，將諧波電流放大數(shù)倍甚至幾十倍，造成電容器的過流，電抗器及電阻的損壞，甚至造成重大事故。諧波的危害是無法估計(jì)的。為確保醫(yī)院輸配電及相關(guān)部門精密儀器設(shè)備的安全、正常運(yùn)行，諧波控制是必不可少的。

3醫(yī)院配電系統(tǒng)諧波源分析

3.1? 醫(yī)院配電系統(tǒng)負(fù)荷主要特征

眾所周知，醫(yī)院是一個特殊的服務(wù)場所，醫(yī)療設(shè)備和電氣設(shè)備種類多、數(shù)量多，人員流動性大。這對醫(yī)院建筑配電系統(tǒng)的供電連續(xù)性、可靠性、節(jié)能性和經(jīng)濟(jì)性提出了更高的技術(shù)要求。例如，許多患者在治療期間需要使用呼吸機(jī)、心電圖、液體輸送泵和其他輔助壓力設(shè)備。中央空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)保證醫(yī)院具有良好的就醫(yī)環(huán)境。如果配電系統(tǒng)出現(xiàn)停電和供電不足的情況，經(jīng)濟(jì)損失和社會影響將是巨大的，嚴(yán)重的可能無法順利運(yùn)行，后果十分嚴(yán)重。在醫(yī)院配電網(wǎng)中，以380v交流設(shè)備為主，即醫(yī)院配電網(wǎng)一般為10/0.4kV主變壓器諧振（雙通道供電方式），其非線性負(fù)載主要為：電力負(fù)荷大部分為單相非線性負(fù)荷，運(yùn)行過程中產(chǎn)生的大量諧波會注入配電網(wǎng)，對電網(wǎng)造成污染。

3.2? 醫(yī)院的諧波來源

控制醫(yī)院諧波，首先要了解諧波的來源。雖然醫(yī)院的電力供應(yīng)和分配系統(tǒng)的各個方面都與電力相連，但部分電力供應(yīng)是可持續(xù)的，這就是所謂的線性負(fù)載，在這種情況下通常不會產(chǎn)生諧波。然而有些環(huán)節(jié)的供電是非可持續(xù)的，即感性負(fù)載，在這種情況下，醫(yī)院通常會產(chǎn)生諧波回路。通風(fēng)機(jī)的通風(fēng)設(shè)備主要包括大型通風(fēng)機(jī)和空調(diào)設(shè)備，其中變頻風(fēng)機(jī)常作為核心設(shè)備。事實(shí)上，風(fēng)扇的輸出功率雖不變，但因設(shè)備老化、空調(diào)等原因，風(fēng)扇頻率改變后，總諧波損耗率仍超過33%，導(dǎo)致5，7次諧波對電網(wǎng)的嚴(yán)重污染。就照明而言，由于醫(yī)院普遍使用日光燈，大容量日光燈形成三相四線負(fù)載，產(chǎn)生大量諧波電流。電子器件和醫(yī)療器械會產(chǎn)生3，5，7次諧波，然后注入到系統(tǒng)中，產(chǎn)生后續(xù)效果。電腦和UPS還會產(chǎn)生3 次、5次、7次諧波，大量單相非線性負(fù)荷會導(dǎo)致三相不平衡，造成中性線諧波過載，諧波超標(biāo)等。

4醫(yī)院供配電系統(tǒng)諧波的治理

4.1? 用串聯(lián)電抗器

無調(diào)諧無源濾波器補(bǔ)償裝置以串聯(lián)電抗器為核心，主要起到抑制諧振、保護(hù)電容、實(shí)現(xiàn)安全補(bǔ)償?shù)淖饔谩５谥C波容量大的情況下，這種諧波控制方案存在不足，諧波控制效果不明顯。因此，在醫(yī)院配電網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)較好的諧波控制效果是非常困難的。

4.2? 采用無源調(diào)諧式濾波器進(jìn)行濾波補(bǔ)償

目前廣泛使用的無源調(diào)諧濾波器，其電抗系數(shù)分別為5.67%、7%和14%。其中電抗系數(shù)為5.67%的調(diào)諧電容器組，它的單調(diào)頻頻率為210Hz，主要功能是吸收50%以上的電氣設(shè)備5 次諧波。電抗為7%的調(diào)諧電容器組，單調(diào)諧頻率189Hz，主要功能可吸收電器中20%以上的第5 次諧波，以及少量的第7 次諧波。電抗系數(shù)為14%的調(diào)諧電容組，其調(diào)諧頻率為133赫茲，其主要作用是抑制三次諧波。配電網(wǎng)的兼容性無功由無源調(diào)諧濾波器補(bǔ)償。這是一種比較經(jīng)濟(jì)的方法，但僅適用于諧波較少的情況。

4.3? 采用有源濾波器

諧波濾波和無功補(bǔ)償采用有源電力濾波器，可滿足醫(yī)院配電系統(tǒng)諧波控制和無功補(bǔ)償?shù)男枰?。然而，在無功補(bǔ)償中，無功電流的容量會占用有源電力濾波器的容量，且其成本高于電容補(bǔ)償，因此在工程實(shí)踐中很少使用。

4.4? 混合濾波補(bǔ)償方案

有源電力濾波器+ 無源無諧濾波器補(bǔ)償裝置用于醫(yī)院配電網(wǎng)的諧波控制和無功補(bǔ)償。這樣既可以實(shí)現(xiàn)安全無功補(bǔ)償，又可以徹底消除配電網(wǎng)中的諧波成分。節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益可觀。

4.5? 采用無功補(bǔ)償方案

采用了靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置（SVC）和靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置（SVG）。通過聯(lián)機(jī)自動監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償?？筛鶕?jù)醫(yī)院配電網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況，進(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償，吸收較高的諧波，減少電壓閃變;切實(shí)提高配電系統(tǒng)供電可靠性和供電質(zhì)量。為醫(yī)院配電網(wǎng)諧波抑制和無功補(bǔ)償提供了有效的解決方案。

結(jié)束語

醫(yī)院配電系統(tǒng)在規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行和維護(hù)等過程中產(chǎn)生的諧波應(yīng)加以抑制和控制。通過合理的諧波控制，有效地降低了配電系統(tǒng)的損耗，使醫(yī)院配電系統(tǒng)能夠安全可靠、節(jié)能經(jīng)濟(jì)、高效穩(wěn)定地運(yùn)行。

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