部分 諧波分析

  醫(yī)院配電系統(tǒng)一般是10/0.4kV主變壓器，主要負(fù)載為電子醫(yī)療精密設(shè)備、照明及變頻通風(fēng)設(shè)備、計(jì)算機(jī)及UPS等。其中大部分為單相非線性負(fù)荷，低壓配電網(wǎng)上諧波嚴(yán)重，主要諧波源可分為下面幾種：

  1、通風(fēng)設(shè)備：為了節(jié)約能源，大部分醫(yī)院均采用變頻風(fēng)機(jī)及空調(diào)。變頻器是非常重要的諧波源，其總諧波電流畸變率達(dá)33%以上，會(huì)產(chǎn)生大量5、7次等的諧波污染電網(wǎng)。

  2、照明設(shè)備：由于醫(yī)院內(nèi)部使用大量的熒光燈具，因此會(huì)引起嚴(yán)重的諧波電流，其中3次諧波為，當(dāng)多個(gè)熒光燈接成三相四線負(fù)載時(shí)，中線上就會(huì)流過很大的三次諧波電流。

  3、電子醫(yī)療精密設(shè)備：大型醫(yī)院內(nèi)的大型電子醫(yī)療設(shè)備一般為開關(guān)電源供電，開關(guān)電源設(shè)備會(huì)產(chǎn)生3、5、7次等諧波注入電網(wǎng)。

  4、計(jì)算機(jī)及UPS：目前醫(yī)院均為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理，計(jì)算機(jī)的數(shù)量很大，此外服務(wù)器等數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)必須配有UPS等備用電源。個(gè)人電腦的開關(guān)電源及UPS均為諧波源，會(huì)產(chǎn)生大量的3、5、7次等諧波。

  總之，醫(yī)院的低壓配電系統(tǒng)有大量的諧波源負(fù)荷，會(huì)產(chǎn)生大量的3、5、7次等諧波，嚴(yán)重污染電網(wǎng)。大量的單相非線性負(fù)荷會(huì)造成三相不平衡、諧波超標(biāo)、中性線諧波過載等電能質(zhì)量問題，必須要治理諧波。

  第二部分 諧波的危害

  大量的諧波必然會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重危害，特別是諧波造成的電壓波動(dòng)會(huì)影響精密醫(yī)療設(shè)備，使其受到諧波信號(hào)的干擾而影響儀器的性能。特別值得關(guān)注的是，醫(yī)院是對(duì)電能質(zhì)量要求很高的場(chǎng)合，意外斷電和電網(wǎng)干擾對(duì)醫(yī)療儀器的影響不容忽視。特別是對(duì)于部分進(jìn)口儀器，對(duì)使用的電網(wǎng)環(huán)境要求很高，因?yàn)閲?guó)外已經(jīng)很早就重視了電能質(zhì)量問題而進(jìn)行了嚴(yán)格限制，很多儀器不能保證在諧波環(huán)境下正常檢測(cè)，甚至?xí)绊懫涫褂脡勖?。因此必須使用專門的設(shè)備來治理諧波，例如有源濾波器。

  此外，治理諧波污染，是增加電容器使用壽命，提高功率因數(shù)，降低無功損耗，節(jié)約電費(fèi)開支的重要手段。低壓配電系統(tǒng)中諧波污染的治理，還可以減少變壓器、電纜、醫(yī)療設(shè)備的發(fā)熱，增加其使用壽命，延長(zhǎng)設(shè)備運(yùn)行的平均無故障時(shí)間，降低維護(hù)、維修及更換設(shè)備的費(fèi)用，具有附加的間接經(jīng)濟(jì)效益。

  第三部分 治理方案

  針對(duì)醫(yī)院的具體情況，治理諧波污染的目的，首先是確保患者及醫(yī)護(hù)人員的安全，即通過有針對(duì)性的諧波污染治理，減少甚至消除其對(duì)配電系統(tǒng)的不良影響，保證變壓器、電纜、醫(yī)療設(shè)備的正常運(yùn)行;其次體現(xiàn)直接經(jīng)濟(jì)效益，即保障低壓電容補(bǔ)償系統(tǒng)的正常運(yùn)行，發(fā)揮其應(yīng)有的作用，降低低壓配電系統(tǒng)中諧波總體含量的水平，提高功率因數(shù)，減少無功損耗，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

  根據(jù)這一目的，在污染較嚴(yán)重的醫(yī)院低壓配電系統(tǒng)，可采取有源濾波器+無源濾波補(bǔ)償裝置混合濾波的方案。此方案在安全補(bǔ)償無功功率的同時(shí)，用有源濾波器治理諧波，是針對(duì)醫(yī)院配電系統(tǒng)諧波治理及無功補(bǔ)償?shù)姆桨浮?

  諧波污染治理的結(jié)果，滿足或高于現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。預(yù)期指標(biāo)為：系統(tǒng)中諧波總分量THDI≤3%，功率因數(shù)COSΦ≥0.95。

  下面就幾種無功補(bǔ)償方案進(jìn)行分析，說明選擇有源濾波器的必要性：

  1)只使用串聯(lián)電抗器的非調(diào)諧無源濾波補(bǔ)償裝置(電抗系數(shù)7%或5.5%)，不使用有源濾波器。

  通過計(jì)算可以看出，電抗系數(shù)5.5%和7%的補(bǔ)償回路，諧波分流差異不大。非調(diào)諧的濾波補(bǔ)償設(shè)備的主要作用是抑制諧振，安全補(bǔ)償，適當(dāng)濾波。重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)安全補(bǔ)償，保護(hù)電容，對(duì)于諧波量比較大的場(chǎng)合，諧波污染不會(huì)有明顯的改善，建議使用調(diào)諧式無源濾波器或有源濾波器來濾除諧波。

  2)使用無源調(diào)諧式濾波器進(jìn)行濾波補(bǔ)償

  無源調(diào)諧式濾波器可以濾出80%~90%以上的5、7次諧波，濾波效果好，但是濾波的同時(shí)補(bǔ)償固定的容性無功功率，并且不可調(diào)。不適用于醫(yī)院的配電系統(tǒng)，主要因?yàn)椋?

  (1) 過補(bǔ)償?shù)奈ｋU(xiǎn)。電壓升高影響設(shè)備的正常運(yùn)行。

  (2) 3次調(diào)諧式濾波器有源電容器和電抗器選型困難，而設(shè)計(jì)難度大。不能解決中性線諧波過載問題。

  (3) 受系統(tǒng)阻抗，濾波器有過載危險(xiǎn)。

  (4) 濾波效果受電網(wǎng)頻率變化的影響大。

  (5) 占地大

  通過以上分析可以看到，調(diào)諧式無源濾波器使用危險(xiǎn)性大，不適宜應(yīng)用在醫(yī)院的低壓配電系統(tǒng)。

  3)只使用有源濾波其進(jìn)行濾波和無功補(bǔ)償

  目前大部分有源濾波均具有無功補(bǔ)償?shù)墓δ?，此方案是可以滿足醫(yī)院系統(tǒng)要求的。但是由于無功電流的容量要占用有源濾波器容量，與電容器補(bǔ)償無功功率相比，成本高，大部分用戶不能接受。

  4)采用有源濾波器+無源非調(diào)諧式濾波補(bǔ)償裝置的混合濾波補(bǔ)償方案

  通過對(duì)上述3種方案的分析，我們可以看到，在醫(yī)院這種諧波量較大的場(chǎng)合，考慮投入成本，采用有源濾波器+無源非調(diào)諧式濾波補(bǔ)償裝置的混合濾波補(bǔ)償?shù)姆桨甘轻槍?duì)醫(yī)院配電系統(tǒng)提出的方案，即實(shí)現(xiàn)了安全補(bǔ)償，有徹底根治了諧波，并可以節(jié)約成本。

  英博電氣作為電能質(zhì)量治理的專業(yè)公司，已經(jīng)為多個(gè)企業(yè)單位制定了混合濾波方案，得到了業(yè)界的廣泛認(rèn)可。英博電氣完善高質(zhì)量的產(chǎn)品系統(tǒng)將為每個(gè)用戶專門設(shè)計(jì)設(shè)備容量和參數(shù)。

  針對(duì)此項(xiàng)目，推薦的產(chǎn)品配置為：

  電抗系數(shù)為14%的無功補(bǔ)償裝置：400V MVG(或MVK)的濾波補(bǔ)償模塊

  三相4線的有源濾波器： 100-400-4

  上述產(chǎn)品的使用，必將改善電能質(zhì)量，徹底濾除諧波，保證醫(yī)院配電系統(tǒng)的安全運(yùn)行。