医院供电系统谐波治理方案

近几年来,在现代化医院的发展过程中,由于电力谐波、电压波动和电磁干扰等原因,医院建筑供电设备中的非线性负荷(计算机、空调、变频、 UPS、电子器件等)所占比例急剧增加

   近几年来,在现代化医院的发展过程中,由于电力谐波、电压波动和电磁干扰等原因,医院建筑供电设备中的非线性负荷(计算机、空调、变频、 UPS、电子器件等)所占比例急剧增加,造成电磁环境和电能质量的急剧恶化,给医院电气安全和医疗检测设备的正常工作带来了严重的危害,已成为造成医院手术环境危害的重要因素,其中电力谐波队医疗设备的干扰尤其严重,极易影响设备的稳定可靠运行,因此对谐波的处理十分必要。

  谐波是指一个频率为基波频率(即发电机产生的主要频率)整数倍的周期性波形分量。医院供电系统谐波主要产生于以下五类设备(表1):

1. 大型医用诊疗设备:在医院中,大型医用诊疗设备一般为开关电源供电,开关电源设备会产生 3、5、7、9 次等谐波。

2. 空调设备:医院空调机房中使用的是变频风机和空调。变频器是大型谐波源,会产生大量 5、7、11、13 次等谐波。

3. 照明设备:在医院中,办公室、诊室、会议室、走廊等各个功能性区域都会采用节能荧光灯,因此会产生大量的谐波电流,其中 3 次谐波最多。

4. 弱电机柜和 UPS 电源:现在随着医疗智能化的发展,医院中都建有弱电机房,其中大型弱电机柜和保证机柜正常运行的UPS 电源均为谐波源,会产生 3、5、7、9、11 次等谐波。

5. 计算机以及其他医用设备:计算机在诊室、办公室的大量使用会产生 3、5、7 次等谐波。

治理前主要谐波分析 

   下图 1 为电压及电流波形,由图可知,谐波电流波形畸变严重,已经很难看到正弦波的波形;图2 为电能质量数据表,UTHD% 代表谐波电压畸变率为 3.7% ;ITHD 代表谐波电流畸变率(含量为27.6%,即谐波含量占基波电流的三分之一左右),图中 PF 所示功率因数为 0.95。


左图为电压电流波形图                   右图为电能质量数据表


   对医院门诊楼某照明动力变压器谐波含量进行实时测量,见图 3,可知治理前主要谐波为 5、7 次谐波,并伴有少量高次谐波。

上图为照明动力变压器谐波含量实测

  对医院综合楼某空调变压器谐波含量进行实时测量,见图 4、图 5,可知治理前主要谐波为 3、5、7 次谐波并伴有少量高次谐波。


医院供电系统谐波治理方案选择及实施

1.谐波治理方案选择

由于医院既有大量的单相用电,其谐波含量小,但数量庞大,也有精密仪器、大量的放射设备和变频器产生大量谐波,所以采用集中治理和就地治理相结合的治理措施。

   由于医院普通诊疗设备产生 3、5、7 次谐波,变频空调设备除了产生 3、5、7 次谐波还伴有 9、11 次等高次谐波,大型医疗设备会瞬时产生大量高次谐波,所以针对不同变压器所带负荷的不同应选择不同治理方案。照明和动力变压器产生的谐波可以选择无源滤波器进行治理空调变压器产生的谐波可以选择APF有源滤波器进行治理,而大型医疗设备可以选择并联谐波保护器进行治理。

2.谐波治理效果分析

    由图 1、图 2和下图 对比分析可见,有源、无源滤波器投入使用后, THD U 即谐波电压总畸变率由 3.5% 下降了 0.1% 到 3.4%, THD i 即电流总畸变率由 27.6%下降了 23.4% 到 4.2%。谐波电流由不规则的波形改善至接近正弦波形态;4.2% 的电流总畸变率符合国标《电能质量一公用电网谐波》(GB/T 14549)中提出的THD I 小于5.0%的指标要求,也达到了IEEE 519/1992国际标准的要求。通过检测,功率因数由 0.956 提高至 0.992,提高了设备的使用效率。


   通过对不同变压器和大型医疗设备产生谐波的特点的逐一分析,根据谐波频次的不同选择有效的治理方案,并从中选择最佳方案进行治理。通过对治理前后的图形及数据进行比较可知方案实施后谐波抑制率达到 80% 以上。由此可见,谐波抑制取得显著效果,达到预期要求

节选自本刊2019年10期作者:康恺/山东省建筑设计研究院有限公司

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