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淮亞利
安科瑞電氣股份有限公司 嘉定 201801
1 引言
現(xiàn)代化醫(yī)療機構(gòu)為提高醫(yī)療服務(wù)水平，不斷引入新型、復雜的各種先進醫(yī)療設(shè)備如核磁共振、CT機、X光機、血透機等，同時各種節(jié)能照明設(shè)備、變頻空調(diào)、電梯設(shè)備等大量投入使用。這些設(shè)備均為非線性設(shè)備，在運行過程中會產(chǎn)生大量的高次諧波，對配電系統(tǒng)和醫(yī)療設(shè)備造成一定的干擾。同時這些先進的醫(yī)療設(shè)備都具有的計算機部件和大量的高靈敏微電子器件，對供電電源的電能質(zhì)量要求很高，對電壓波動和電力諧波非常敏感，嚴重的電力諧波問題會導致醫(yī)療設(shè)備的損壞甚至導致醫(yī)療事故的發(fā)生。
2 醫(yī)院建筑諧波源、諧波特性及諧波危害分析
2.1 諧波的來源
主要分類 | 設(shè)施設(shè)備名稱 |
建筑設(shè)施 | 電梯設(shè)備 |
中央空調(diào)系統(tǒng) | |
消防水泵 | |
照明設(shè)備 | |
醫(yī)療設(shè)施 | 手術(shù)室、層流室系統(tǒng) |
ICU、分娩室、新生兒監(jiān)護室、血透中心等 | |
制劑、樣本、血液保存與冷凍設(shè)施 | |
醫(yī)院辦公自動化設(shè)施 | |
醫(yī)療診斷設(shè)備 | 主要診斷設(shè)備，如螺旋CT機、彩色多普勒、核磁共振儀、腹腔鏡、腦電圖機、色譜儀、各種功能檢測儀器等 |
主要治療設(shè)備，如呼吸機、高壓氧倉、各類監(jiān)護儀、激光治療儀等 |
2.2 諧波的特性
諧波源負載種類 | 諧波電流次數(shù) | 諧波電流畸變率 |
照明燈具、電腦等 | 3、5、7、9等（2n+1）次 | （7~10）% |
電子檢測設(shè)備、手術(shù)室、伽瑪?shù)兜?/P> | 3、5、7、9等（2n+1）次 | （10~15）% |
CT、磁共振、DSA等 | 3、5、7、9等（2n+1）次 | （30~40）% |
加速器、X光機、胃腸機等 | 3、5、7、9等（2n+1）次 | （50~60）% |
UPS、變頻通風設(shè)備、電梯等 | 5、7、9、11等（6n+1）次 | （25~35）% |
2.3 諧波危害分析
2.3.1 諧波對配電系統(tǒng)的危害
使電力元件附加損耗加大，易引發(fā)火災(zāi)；影響電氣設(shè)備的正常運行；引起電網(wǎng)諧振；使繼電保護誤動作，電氣測量誤差過大；使工控系統(tǒng)崩潰。
2.3.2 諧波對醫(yī)療設(shè)備的危害
導致依賴微處理器技術(shù)的設(shè)備的同步失調(diào)和數(shù)據(jù)錯誤；直接危害設(shè)備內(nèi)部電子線路安全，導致?lián)舸┗蚍烹姡挥绊懢茚t(yī)療設(shè)備的使用性能和精度。
3 電網(wǎng)諧波國家標準要求
目前采用的電能質(zhì)量（諧波）評定標準，主要為中國國家標準《電能質(zhì)量：公用電網(wǎng)諧波》（GB/T14549-1993），標準中對電網(wǎng)中電流電壓的畸變率有明確規(guī)定，也是作為諧波評價、治理的重要依據(jù)。
表1：電網(wǎng)諧波電壓國家標準：引用于（GB/T14549-1993）
電網(wǎng)標稱電壓（kV） | 電壓總諧波畸變率（%） | 各次諧波電壓含有率（%） | |
奇 次 | 偶 次 | ||
0.38 | 5.0 | 4.0 | 2.0 |
6 | 4.0 | 3.2 | 1.6 |
10 | |||
35 | 3.0 | 2.4 | 1.2 |
66 | |||
110 | 2.0 | 1.6 | 0.8 |
表2：注入電網(wǎng)公共連接點的諧波電流允許值：引用于（GB/T14549-1993）
標稱電 | 基準短路 容量（MV.A） | 諧波次數(shù)及諧波電流允許值（A） | |||||||||||
2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | ||
0.38 | 10 | 78 | 62 | 39 | 62 | 26 | 44 | 19 | 21 | 16 | 28 | 13 | 24 |
10 | 100 | 26 | 20 | 13 | 20 | 8.5 | 15 | 6.4 | 6.8 | 5.1 | 9.3 | 4.3 | 7.9 |
| 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | |
0.38 | 10 | 11 | 12 | 9.7 | 18 | 8.6 | 16 | 7.8 | 8.9 | 7.1 | 14 | 6.5 | 12 |
10 | 100 | 3.7 | 4.1 | 3.2 | 6 | 2.8 | 5.4 | 2.6 | 2.9 | 2.3 | 4.5 | 2.1 | 4.1 |
4 ANAPF低壓有源濾波器在醫(yī)院建筑中的應(yīng)用案例
4.1 有源濾波器應(yīng)用簡介
某大型*醫(yī)院新建的門診住院綜合樓共有4臺2000kVA和1臺1600kVA的變壓器以及1臺800kW的柴油發(fā)電機，根據(jù)該醫(yī)院各變壓器非線性負荷設(shè)備的負載率大小和相應(yīng)的諧波畸變率以及各非線性設(shè)備的同時使用率來計算諧波電流的大小，配置了5臺不同容量規(guī)格的ANAPF有源濾波器。
下面以1#ANAPF有源濾波器投入運行前、后配電系統(tǒng)電能質(zhì)量測試情況的對比分析為例來具體描述，其中1#變壓器負載主要為燈光照明、電梯、潛污泵、計算機中心等。
4.1.1 有源濾波器投運前后的數(shù)據(jù)
（1）有源濾波器投入前電流波形畸變比較嚴重，三相電流諧波含量分別為19.7%、27.8%、26.6%，三相電流分別為4、40A、64A，中性線電流為37A。
（2）有源濾波器投入后電流波形畸變情況明顯改善，三相電流諧波含量明顯降低，分別為2.9%，2.8%，3.4%，三相電流分別為47A、48A、47A，中性線電流為。
（3）電流波形明顯改善，使用濾波器后電流波形近似呈正弦波形態(tài)，諧波治理的工作達到了預期的目標和效果。
4.1.2 有源濾波器投運前后測試記錄數(shù)據(jù)
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4.2 有源濾波器在醫(yī)院建筑中應(yīng)用的意義
保護醫(yī)療用電設(shè)備安全，凈化電源，保護功率因數(shù)補償設(shè)備，防止保護裝置的誤動作，降低電能損耗，擴大變壓器和發(fā)電機供電容量。
4.3 有源濾波器主要技術(shù)指標
接線方式 | 三相三線或三相四線 | |||
接入電壓 | 3×380V ±10% | |||
接入頻率 | 50Hz ±2% | |||
動態(tài)補償響應(yīng)時間 | 動態(tài)響應(yīng)＜4ms，全響應(yīng)時間＜20ms； | |||
開關(guān)頻率 | 10kHz | |||
功能設(shè)置 | 只補償諧波、只補償無功、既補償諧波又補償無功；手動、自動切換。 | |||
諧波補償次數(shù) | 2-21次 | |||
保護類型 | 直流過壓 IGBT過流 裝置溫度保護 | |||
過載保護 | 自動限流在設(shè)定值，不發(fā)生過載 | |||
冷卻方式 | 智能風冷 | |||
噪音 | ＜ 65db(處于柜內(nèi)并運作于額定狀態(tài)) | |||
工作環(huán)境溫度 | -10℃～+45℃ | |||
工作環(huán)境濕度 | ＜85%RH 不凝結(jié) | |||
安裝場合 | 室內(nèi)安裝 | |||
海拔高度 | ≤1000m（更高海拔需降容使用） | |||
進出線方式 | 下進下出 | |||
防護等級 | IP21 | |||
智能通信接口 | RS485/MODBUS-RTU | |||
遠程監(jiān)控 | 可選 | |||
外形尺寸(mm) (W×D×H) | 30A | 50A | 7 | 100A |
600×500×1500 | 600×500×1500 | 600×500×1800 | 800×600×2200 | |
重量(kg) | 三相四線 | 三相三線 | ||
30A、50A | 7、100A | 30A、50A | 7、100A | |
280 | 360 | 240 | 290 | |
4.4 有源濾波器報價及元件清單
型號：ANAPF100-400/B | |||
參考價格：12萬元/臺 | |||
主要產(chǎn)品明細： | |||
序號 | 名 稱 | 型 號 | 數(shù)量 |
1 | APF電氣柜 | 800X600X2200 | 1 |
2 | 變流器 | APFCOV-CVT100 | 1 |
3 | 控制器 | APFMC-C100 | 1 |
4 | 電抗器 | APF-RE.(S)DG-100 | 1 |
5 | 有源電流互感器 | LT208-S7 | 3 |
6 | 濾波器 | DL-1TH1 | 2 |
7 | 斷路器 | CVS160FTM160D4P3D | 1 |
8 | 接觸器 | LC1D150M7C | 1 |
9 | 微型斷路器 | NDM1-63C32 | 1 |
10 | 中間繼電器 | MY4NAC | 2 |
11 | R型變壓器 | R320-0.38/0.22 | 1 |
12 | 諧波檢測儀 | ACR350EGH | 1 |
13 | 電線 | 16mm2 | 若干 |
14 | 電線 | 4mm2 | 若干 |
5 結(jié)論
本文分析了醫(yī)院建筑的諧波源、諧波特性和危害，并通過某大型醫(yī)院低壓配電系統(tǒng)中有源濾波器的應(yīng)用案例，對比分析了有源濾波器投入前后的情況，說明了有源濾波器的諧波治理技術(shù)是改善供電電能質(zhì)量的有效手段之一，可將產(chǎn)生的諧波控制在zui小范圍內(nèi)，達到科學合理用電，抑制電網(wǎng)污染，提高電能質(zhì)量，保證醫(yī)療設(shè)備安全的作用。
【參考文獻】
1、GB/T 14549-1993 《電能質(zhì)量：公用電網(wǎng)諧波》
2、安科瑞電氣股份有限公司產(chǎn)品手冊.2013.01.版
3、doc88.com 《"醫(yī)院行業(yè)"配電系統(tǒng)諧波治理案例》
作者簡介：
淮亞利，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網(wǎng)供配電，
《ANAPF有源電力濾波裝置設(shè)計與應(yīng)用圖集》（圖集號：ACR13CDX701）由安科瑞電氣股份有限公司主編，本圖集結(jié)合ANAPF有源電力濾波裝置產(chǎn)品的特點，依據(jù)電氣設(shè)計規(guī)范，研究消除供配電系統(tǒng)中的高次諧波問題，達到改善供電質(zhì)量和確保電力系統(tǒng)安全運行的目的。圖集適用于新建、改建、擴建和技改項目中工業(yè)與民用及公共建筑內(nèi)電氣設(shè)備的諧波抑制及綜合治理的設(shè)計與改造。
