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醫(yī)院供電系統(tǒng)諧波治理方案

近幾年來,在現(xiàn)代化醫(yī)院的發(fā)展過程中,由于電力諧波、電壓波動和電磁干擾等原因,醫(yī)院建筑供電設備中的非線性負荷(計算機、空調、變頻、 UPS、電子器件等)所占比例急劇增加

???近幾年來,在現(xiàn)代化醫(yī)院的發(fā)展過程中,由于電力諧波、電壓波動和電磁干擾等原因,醫(yī)院建筑供電設備中的非線性負荷(計算機、空調、變頻、?UPS、電子器件等)所占比例急劇增加,造成電磁環(huán)境和電能質量的急劇惡化,給醫(yī)院電氣安全和醫(yī)療檢測設備的正常工作帶來了嚴重的危害,已成為造成醫(yī)院手術環(huán)境危害的重要因素,其中電力諧波隊醫(yī)療設備的干擾尤其嚴重,極易影響設備的穩(wěn)定可靠運行,因此對諧波的處理十分必要。

  諧波是指一個頻率為基波頻率(即發(fā)電機產生的主要頻率)整數(shù)倍的周期性波形分量。醫(yī)院供電系統(tǒng)諧波主要產生于以下五類設備(表1):

1. 大型醫(yī)用診療設備:在醫(yī)院中,大型醫(yī)用診療設備一般為開關電源供電,開關電源設備會產生 3、5、7、9 次等諧波。

2. 空調設備:醫(yī)院空調機房中使用的是變頻風機和空調。變頻器是大型諧波源,會產生大量 5、7、11、13 次等諧波。

3. 照明設備:在醫(yī)院中,辦公室、診室、會議室、走廊等各個功能性區(qū)域都會采用節(jié)能熒光燈,因此會產生大量的諧波電流,其中 3 次諧波最多。

4. 弱電機柜和 UPS 電源:現(xiàn)在隨著醫(yī)療智能化的發(fā)展,醫(yī)院中都建有弱電機房,其中大型弱電機柜和保證機柜正常運行的UPS 電源均為諧波源,會產生 3、5、7、9、11 次等諧波。

5. 計算機以及其他醫(yī)用設備:計算機在診室、辦公室的大量使用會產生 3、5、7 次等諧波。

治理前主要諧波分析 

   下圖 1 為電壓及電流波形,由圖可知,諧波電流波形畸變嚴重,已經很難看到正弦波的波形;圖2 為電能質量數(shù)據(jù)表,UTHD% 代表諧波電壓畸變率為 3.7% ;ITHD 代表諧波電流畸變率(含量為27.6%,即諧波含量占基波電流的三分之一左右),圖中 PF 所示功率因數(shù)為 0.95。


左圖為電壓電流波形圖                   右圖為電能質量數(shù)據(jù)表


???對醫(yī)院門診樓某照明動力變壓器諧波含量進行實時測量,見圖 3,可知治理前主要諧波為 5、7 次諧波,并伴有少量高次諧波。

上圖為照明動力變壓器諧波含量實測

??對醫(yī)院綜合樓某空調變壓器諧波含量進行實時測量,見圖 4、圖 5,可知治理前主要諧波為 3、5、7 次諧波并伴有少量高次諧波。


醫(yī)院供電系統(tǒng)諧波治理方案選擇及實施

1.諧波治理方案選擇

由于醫(yī)院既有大量的單相用電,其諧波含量小,但數(shù)量龐大,也有精密儀器、大量的放射設備和變頻器產生大量諧波,所以采用集中治理和就地治理相結合的治理措施。

???由于醫(yī)院普通診療設備產生 3、5、7 次諧波,變頻空調設備除了產生 3、5、7 次諧波還伴有 9、11 次等高次諧波,大型醫(yī)療設備會瞬時產生大量高次諧波,所以針對不同變壓器所帶負荷的不同應選擇不同治理方案。照明和動力變壓器產生的諧波可以選擇無源濾波器進行治理空調變壓器產生的諧波可以選擇APF有源濾波器進行治理,而大型醫(yī)療設備可以選擇并聯(lián)諧波保護器進行治理。

2.諧波治理效果分析

????由圖 1、圖 2和下圖?對比分析可見,有源、無源濾波器投入使用后, THD U 即諧波電壓總畸變率由 3.5% 下降了 0.1% 到 3.4%, THD i 即電流總畸變率由 27.6%下降了 23.4% 到 4.2%。諧波電流由不規(guī)則的波形改善至接近正弦波形態(tài);4.2% 的電流總畸變率符合國標《電能質量一公用電網(wǎng)諧波》(GB/T 14549)中提出的THD I 小于5.0%的指標要求,也達到了IEEE 519/1992國際標準的要求。通過檢測,功率因數(shù)由 0.956 提高至 0.992,提高了設備的使用效率。


???通過對不同變壓器和大型醫(yī)療設備產生諧波的特點的逐一分析,根據(jù)諧波頻次的不同選擇有效的治理方案,并從中選擇最佳方案進行治理。通過對治理前后的圖形及數(shù)據(jù)進行比較可知方案實施后諧波抑制率達到 80% 以上。由此可見,諧波抑制取得顯著效果,達到預期要求

節(jié)選自本刊2019年10期作者:康愷/山東省建筑設計研究院有限公司

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于燈火闌珊處,于暗香離別時,未曾放棄。
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在惡劣的環(huán)境中實現(xiàn)復雜的傳感和照明控制系統(tǒng)

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