綜述醫院綜合配電系統中的諧波治理要求
安科瑞 崔麗潔
摘要:文章從諧波治理的危害、治理意義、諧波源組成、諧波治理等方面進(jìn)行了論述。目的在于通過(guò)綜合整治電網(wǎng)的諧波,有效地改善醫院配電系統的安全、可靠、節能。
關(guān)鍵詞:醫院;配電系統;諧波治理
0引言
配電系統中存在的諧波成分,會(huì )導致電力系統的電能品質(zhì)下降,從而導致電力供應的可靠性下降。在醫院里,會(huì )對各種高精度高的醫療器械儀器產(chǎn)生很大的影響,如發(fā)生攝像系統圖像的干擾,監視器出現的花屏、醫療器械設備的動(dòng)作不靈敏、傳感器元件的故障等,從而影響到這些精度高醫療器械設備的正常工作。因此,本文就諧波對醫院配電系統的影響和危害進(jìn)行了分析和討論。提出了一種具有針對性的控制技術(shù)措施,以達到降低配電系統諧波成分的目的,從而有效地改善電網(wǎng)的供電質(zhì)量。
1配電系統諧波治理意義
1.1控制高次諧波分量
采用無(wú)功補償、濾波器等諧波補償后,能夠有效的補償配電系統的諧波、減小諧波等成分,保證配電系統指標達到國家技術(shù)標準和技術(shù)規范的要求,從而為醫院的配電系統和電力設備,醫療器械設備的安全可靠、節能、經(jīng)濟、 、穩定地運行提供了重要的技術(shù)裝置保證。
1.2提供電能功率因素
采用自動(dòng)消諧濾波器,能有效地降低電網(wǎng)的電壓、電流諧波;此外,采用消諧濾波器,可減少或消除諧波諧振,從而使醫療器械設備得到高質(zhì)量、 率、經(jīng)濟的電力資源,減少因諧波引起的不必要的電力資源損耗。通過(guò)多年的實(shí)際工作,我們知道,經(jīng)過(guò)對自動(dòng)調頻過(guò)濾柜等設備的技術(shù)改造,可以使醫院配電系統的功率因數,在很長(cháng)一段時(shí)間內保持在0.97以上。通過(guò)這種方式,既能為醫技樓的醫療診斷設備提供一個(gè)較好的使用條件,又能有效的提高醫療診斷設備的綜合使用效率,達到5%——30%的節能效果。
1.3改善供電電能品質(zhì)
采用自動(dòng)消諧式過(guò)濾器等電網(wǎng)凈化設備,對提高醫院配電系統的電力品質(zhì)具有重要意義。通過(guò)過(guò)濾配電系統的諧波,對電網(wǎng)的功率因數進(jìn)行補償,避免了電力系統中的串并聯(lián)共振現象,保證醫療衛生工作的安全、穩定、有效的開(kāi)展。
2電力諧波的危害
普通電力系統的電壓應為一個(gè)特定的頻率,并具有一定的幅度。諧波的產(chǎn)生,會(huì )對電力系統的供電系統有影響,并對電力系統的正常工作產(chǎn)生一定的影響。諧波的危害表現在以下幾個(gè)方面。
2.1影響繼電保護和自動(dòng)裝置的工作可靠性
在電磁繼電器中,由于電力諧波的存在,往往會(huì )導致繼電保護裝置設備的誤動(dòng)作、不能正常工作,從而影響到系統的正常運行。
2.2對動(dòng)力設備的影響
諧波對電動(dòng)機產(chǎn)生的影響主要表現為:電動(dòng)機的工作效率下降、使用壽命縮短(受影響設備有供暖、供水、中央空調、電梯等)。此外,3次諧波在導線(xiàn)上流動(dòng)時(shí),導線(xiàn)長(cháng)期過(guò)熱,造成絕緣老化后引起著(zhù)火。
3醫療行業(yè)諧波治理需求分析
醫療器械設備的發(fā)展,是醫院的一個(gè)重要標志,也是醫院先進(jìn)技術(shù)的一個(gè)重要標志,F代醫院不斷引進(jìn)先進(jìn)的電子醫療體系,不斷的改善醫療質(zhì)量。諧波干擾是當前醫院建設中亟待解決的問(wèn)題。醫院的建設,管理,電氣工程項目的設計,在今后的發(fā)展中都要加以重視。
由于電力電子設備自身的功率和效率的提高,使得電網(wǎng)中的諧波干擾和反串現象越來(lái)越突出。諧波不但會(huì )使電網(wǎng)的供電質(zhì)量下降,而且會(huì )對醫療器械設備、用電裝置設備造成故障,造成誤動(dòng)作、擊穿電容器、對小型設備儀器的電源模塊造成干擾。因此,電網(wǎng)的諧波問(wèn)題是一個(gè)不可忽略的問(wèn)題。
4醫院配電系統諧波源分析
4.1醫院配電系統負荷主要特征
醫院作為一種特殊的服務(wù)場(chǎng)所,其醫療器械設備的種類(lèi)、數量、人員的流動(dòng)性、供電可靠性、節能經(jīng)濟性等都有很大的影響。如果出現停電、供電不足等問(wèn)題,對患者的經(jīng)濟、社會(huì )造成 大的影響甚至會(huì )造成手術(shù)等無(wú)法正常進(jìn)行,造成嚴重的后果。在醫院配電系統中,一般采用10/0.4千伏主變壓器(兩路電源),其主要的非線(xiàn)性負荷有:醫療器械設備、節能照明設備、變頻調速設備、計算機、 UPS應急電源系統等,這些電力負荷大多為單相非線(xiàn)性負荷,所產(chǎn)生的諧波成分會(huì )被注入到配電系統,從而污染電力網(wǎng)絡(luò )。
4.2醫院配電系統中的主要諧波源
通過(guò)對醫院配電系統的大量測試和分析,得出結論:通風(fēng)設備、照明設備、醫療設備,是醫院配電系統中的諧波源。如醫院照明系統中,使用大量的節能型熒光燈,這些熒光燈在運行時(shí),會(huì )產(chǎn)生大量的諧波,對配電網(wǎng)造成一定的污染。采用三相四線(xiàn)供電的多盞節能燈,在三相四線(xiàn)負荷運行的情況下,三相三次諧波對醫院配電系統造成嚴重的污染。醫院的醫療設備中有大量的電力電子元器件,這些醫療設備在工作時(shí)會(huì )產(chǎn)生較大的諧波,造成電網(wǎng)污染。比較常見(jiàn)的設備有MRI(核磁共振)、CT機、X線(xiàn)機等。其中,MRI工作時(shí)會(huì )生成射頻脈沖和交變磁場(chǎng)來(lái)產(chǎn)生核磁共振,而射頻脈沖和交變磁場(chǎng)都會(huì )帶來(lái)諧波污染;X光機中高壓整流器的整流橋工作時(shí)將產(chǎn)生較大諧波,而且X光機為瞬時(shí)性負荷,工作時(shí)電壓可達百千伏,變壓器的負載將增加60~70kw的瞬時(shí)負荷,也會(huì )增加電網(wǎng)諧波。
5醫院配電系統諧波綜合治理方案
醫院配電網(wǎng)的諧波治理的總體目標是:電網(wǎng)的總諧波 THDI (3%,電源功率因數cosφ)0.95。
5.1采用串聯(lián)電抗器
該裝置以串聯(lián)電抗器為核心,對諧振進(jìn)行控制,并對電容進(jìn)行保護,以達到安全補償。但是,這種諧波治理方法,在諧波處理方面,卻是束手無(wú)策,而且諧波治理的效果也不是很好,所以,在醫院配電系統的諧波治理中,很難取得較好的效果。
5.2采用無(wú)源調諧式濾波器進(jìn)行濾波補償
在實(shí)際應用中,一般采用無(wú)源調諧式濾波器,其阻抗率可分為5.67%、7%和14%三大類(lèi)。其中,具有5.67%電抗系數的調諧電容器,具有210Hz的單調諧振頻率,它的主要作用是能吸收50%以上電力裝置的5次諧波;具有7%電抗系數的調諧電容器,具有189 Hz的單調諧振頻率,其主要作用是吸收電力裝置20%以上的5次諧波和少量7次諧波;而具有14%電抗系數的調諧電容,其單調諧振頻率為133 Hz,其主要作用是對3次諧波的控制。該方法利用無(wú)源調諧式濾波器對電網(wǎng)的電容無(wú)功進(jìn)行補償,取得了很好的濾波效果。這種方法更經(jīng)濟、更具性?xún)r(jià)比,但僅適用于低諧波的情況。
5.3采用有源濾波器
有源濾波器用于電網(wǎng)的諧波濾波及無(wú)功補償,能滿(mǎn)足電網(wǎng)的諧波治理和無(wú)功補償需求,但是,無(wú)功補償的無(wú)功功率消耗了有源濾波器的容量,而且其費用也比電容高,因而很少用于實(shí)際工程中。
5.4混合濾波補償方案
在醫院配電系統中,將有源濾波器+無(wú)源調諧式濾波器、無(wú)功補償的方法結合起來(lái),既能保證無(wú)功的安全,又能消除電網(wǎng)的諧波成分,節約能源,經(jīng)濟效益顯著(zhù)。
5.5采用無(wú)功補償方案
通過(guò)對靜態(tài)無(wú)功補償(SvC)、靜態(tài)無(wú)功產(chǎn)生(SvG)進(jìn)行補償,并與在線(xiàn)無(wú)功補償系統相結合,能夠根據醫院配電系統的具體狀況,動(dòng)態(tài)的進(jìn)行補償,從而吸收高次諧波,降低電壓閃點(diǎn),從而有效地改善電網(wǎng)的供電可靠性和供電品質(zhì)。
5.6諧波治理設備的選擇
對于已投入使用的醫院,可以根據實(shí)際情況來(lái)確定過(guò)濾裝置的容量。對正在建設的醫院大樓,根據以下方法計算出諧波電流,選擇合適的濾波裝置。
a.現場(chǎng)補償:根據用電設備的工作電流乘以諧波失真率,可以得到有效的諧波電流,并選用三線(xiàn)濾波電路。
b.在不使用現場(chǎng)補償的情況下,僅使用集中的方式,將醫療器械設備與其它電器設備相結合,可使失真率增加至20%。
由于有源濾波器的輸出電壓隨系統的諧波而發(fā)生動(dòng)態(tài)變化,不存在過(guò)補償問(wèn)題;此外,該濾波器還具有過(guò)載保護的特性,而無(wú)需考慮過(guò)負載問(wèn)題。
6安科瑞醫院EMS能效管理系統
6.1平臺拓撲圖
6.2醫院電力監控解決方案
電力監控系統實(shí)現對變壓器、柴油發(fā)電機、斷路器以及其它重要設備進(jìn)行監視、測量、記錄、報警等功能,并與保護設備和遠方控制及其他設備通信,實(shí)時(shí)掌握供電系統運行狀況和可能存在的隱患,快速排除故障,提高醫院供電可靠性。
電力監控系統主要針對開(kāi)閉所和10/0.4kV變電所,對高壓回路配置微機保護裝置及多功能儀表進(jìn)行保護和監控,對0.4kV出線(xiàn)配置多功能計量?jì)x表,用于測控出線(xiàn)回路電氣參數和用能情況。同時(shí)對醫院重要設備如柴油發(fā)電機、無(wú)功補償裝置、有源濾波裝置、UPS、隔離電源系統狀態(tài)進(jìn)行監測。
電力監控系統硬件配置
7結束語(yǔ)
在醫院配電系統的規劃設計、施工、運行維護中, 加強對電網(wǎng)的諧波處理,并采取適當的諧波處理措施,以達到減少電網(wǎng)損耗的目的,保證醫院配電系統的安全可靠、經(jīng)濟、 的運行和發(fā)展。
參考文獻:
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