1 引言
現(xiàn)代化醫(yī)療機(jī)構(gòu)為提高醫(yī)療服務(wù)水平，不斷引入新型、復(fù)雜的各種先進(jìn)醫(yī)療設(shè)備如核磁共振、CT機(jī)、X光機(jī)、血透機(jī)等，同時(shí)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(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的高次諧波，對(duì)配電系統(tǒng)和醫(yī)療設(shè)備造成一定的干擾。同時(shí)這些先進(jìn)的醫(yī)療設(shè)備都具有高檔的計(jì)算機(jī)部件和大量的高靈敏微電子器件，對(duì)供電電源的電能質(zhì)量要求很高，對(duì)電壓波動(dòng)和電力諧波非常敏感，嚴(yán)重的電力諧波問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致醫(yī)療設(shè)備的損壞甚至導(dǎo)致醫(yī)療事故的發(fā)生。
2 醫(yī)院建筑供電系統(tǒng)諧波源、諧波特性及諧波危害分析
2.1 諧波的來(lái)源
主要分類
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設(shè)施設(shè)備名稱
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建筑設(shè)施
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電梯設(shè)備
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中央空調(diào)系統(tǒng)
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消防水泵
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照明設(shè)備
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醫(yī)療設(shè)施
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手術(shù)室、層流室系統(tǒng)
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ICU、分娩室、新生兒監(jiān)護(hù)室、血透中心等
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制劑、樣本、血液保存與冷凍設(shè)施
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醫(yī)院辦公自動(dòng)化設(shè)施
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醫(yī)療診斷設(shè)備
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主要診斷設(shè)備，如螺旋CT機(jī)、彩色多普勒、核磁共振儀、腹腔鏡、腦電圖機(jī)、色譜儀、各種功能檢測(cè)儀器等
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主要治療設(shè)備，如呼吸機(jī)、高壓氧倉(cāng)、各類監(jiān)護(hù)儀、激光治療儀等
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2.2 諧波的特性
諧波源負(fù)載種類
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諧波電流次數(shù)
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諧波電流畸變率
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照明燈具、電腦等
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3、5、7、9等（2n+1）次
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（7~10）%
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電子檢測(cè)設(shè)備、手術(shù)室、伽瑪?shù)兜?/p>
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3、5、7、9等（2n+1）次
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（10~15）%
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CT、磁共振、DSA等
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3、5、7、9等（2n+1）次
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（30~40）%
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加速器、X光機(jī)、胃腸機(jī)等
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3、5、7、9等（2n+1）次
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（50~60）%
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UPS、變頻通風(fēng)設(shè)備、電梯等
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5、7、9、11等（6n+1）次
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（25~35）%
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2.3 諧波危害分析
2.3.1 諧波對(duì)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(yùn)行；引起電網(wǎng)諧振；使繼電保護(hù)誤動(dòng)作，電氣測(cè)量誤差過(guò)大；使工控系統(tǒng)崩潰。
2.3.2 諧波對(duì)醫(yī)療設(shè)備的危害
導(dǎo)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(cuò)誤；直接危害設(shè)備內(nèi)部電子線路安全，導(dǎo)致?lián)舸┗蚍烹?；影響精密醫(yī)療設(shè)備的使用性能和精度。
3 電網(wǎng)諧波國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求
目前采用的電能質(zhì)量（諧波）評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，主要為中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量：公用電網(wǎng)諧波》（GB/T14549-1993），標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)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(píng)價(jià)、治理的重要依據(jù)。
表1：電網(wǎng)諧波電壓國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：引用于（GB/T14549-1993）
電網(wǎng)標(biāo)稱電壓（kV）
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電壓總諧波畸變率（%）
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各次諧波電壓含有率（%）
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奇 次
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偶 次
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0.38
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5.0
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4.0
|
2.0
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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(diǎn)的諧波電流允許值：引用于（GB/T14549-1993）
標(biāo)稱電
壓（kV）
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基準(zhǔn)短路
容量（MV.A）
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諧波次數(shù)及諧波電流允許值（A）
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2
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3
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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(jiǎn)介
某大型三甲醫(yī)院新建的門診住院綜合樓共有4臺(tái)2000kVA和1臺(tái)1600kVA的變壓器以及1臺(tái)800kW的柴油發(fā)電機(jī)，根據(jù)該醫(yī)院各變壓器非線性負(fù)荷設(shè)備的負(fù)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(shí)使用率來(lái)計(jì)算諧波電流的大小，配置了5臺(tái)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(yùn)行前、后配電系統(tǒng)電能質(zhì)量測(cè)試情況的對(duì)比分析為例來(lái)具體描述，其中1#變壓器負(fù)載主要為燈光照明、電梯、潛污泵、計(jì)算機(jī)中心等。
4.1.1 有源濾波器投運(yùn)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(yán)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45A、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5A。
（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(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)和效果。
4.1.2 有源濾波器投運(yùn)前后測(cè)試記錄數(shù)據(jù)
.jpg)
4.2 有源濾波器在醫(yī)院建筑中應(yīng)用的意義
保護(hù)醫(yī)療用電設(shè)備安全，凈化電源，保護(hù)功率因數(shù)補(bǔ)償設(shè)備，防止保護(hù)裝置的誤動(dòng)作，降低電能損耗，擴(kuò)大變壓器和發(fā)電機(jī)供電容量。
4.3 有源濾波器主要技術(shù)指標(biāo)
接線方式
|
三相三線或三相四線
|
接入電壓
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3×380V ±10%
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接入頻率
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50Hz ±2%
|
動(dòng)態(tài)補(bǔ)償響應(yīng)時(shí)間
|
動(dòng)態(tài)響應(yīng)＜4ms，全響應(yīng)時(shí)間＜20ms；
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開(kāi)關(guān)頻率
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10kHz
|
功能設(shè)置
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只補(bǔ)償諧波、只補(bǔ)償無(wú)功、既補(bǔ)償諧波又補(bǔ)償無(wú)功；手動(dòng)、自動(dòng)切換。
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諧波補(bǔ)償次數(shù)
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2-21次
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保護(hù)類型
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直流過(guò)壓 IGBT過(guò)流 裝置溫度保護(hù)
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過(guò)載保護(hù)
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自動(dòng)限流在設(shè)定值，不發(fā)生過(guò)載
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冷卻方式
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智能風(fēng)冷
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噪音
|
＜ 65db(處于柜內(nèi)并運(yùn)作于額定狀態(tài))
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工作環(huán)境溫度
|
-10℃～+45℃
|
工作環(huán)境濕度
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＜85%RH 不凝結(jié)
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安裝場(chǎng)合
|
室內(nèi)安裝
|
海拔高度
|
≤1000m（更高海拔需降容使用）
|
進(jìn)出線方式
|
下進(jìn)下出
|
防護(hù)等級(jí)
|
IP21
|
智能通信接口
|
RS485/MODBUS-RTU
|
遠(yuǎn)程監(jiān)控
|
可選
|
外形尺寸(mm)
(W×D×H)
|
30A
|
50A
|
75A
|
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
|
75A、100A
|
30A、50A
|
75A、100A
|
280
|
360
|
240
|
290
|
4.4 有源濾波器報(bào)價(jià)及元件清單
型號(hào)：ANAPF100-400/B
|
參考價(jià)格：12萬(wàn)元/臺(tái)
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主要產(chǎn)品明細(xì)：
|
序號(hào)
|
名 稱
|
型 號(hào)
|
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(cè)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(guò)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(duì)比分析了有源濾波器投入前后的情況，說(shuō)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)生的諧波控制在最小范圍內(nèi)，達(dá)到科學(xué)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(xiàn)】
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(cè).2013.01.版
3、doc88.com 《”醫(yī)院行業(yè)”配電系統(tǒng)諧波治理案例》