關(guān)于醫(yī)院電氣設(shè)備諧波治理分析

安科瑞 陳聰

摘要：隨著各種電氣設(shè)備在醫(yī)院診療中的使用，諧波源越來(lái)越多，通過(guò)分析諧波的產(chǎn)生以及形成危害的原因，減少對(duì)線路及電源處造成的諧波污染，通過(guò)提出一種諧波治理方案，加裝諧波保護(hù)柜，實(shí)現(xiàn)保障電動(dòng)機(jī)設(shè)備用電環(huán)境等多方面的治理效益，以期達(dá)到諧波治理的效果。

關(guān)鍵詞：諧波；諧波治理；ANAPF系列有源電力濾波器

0、引言

隨著各種電氣設(shè)備在醫(yī)院診療中的使用越來(lái)越廣泛，諧波源越來(lái)越多，造成線路及電源處的諧波污染也越來(lái)越大。某醫(yī)院變電所有電源進(jìn)線柜3個(gè)，現(xiàn)場(chǎng)的配電系統(tǒng)存在以下問(wèn)題：出現(xiàn)配電線路損耗增大、發(fā)熱、縮短絕緣壽命；出現(xiàn)電容器等設(shè)備燒毀現(xiàn)象；出現(xiàn)部分醫(yī)療設(shè)備(如核磁共振、CT)數(shù)據(jù)失真、損壞，瞬時(shí)掉電等現(xiàn)象。經(jīng)初步判斷，系統(tǒng)中電力側(cè)諧波和用戶側(cè)諧波的含量都比較大，需要做一個(gè)的諧波檢測(cè)。

1、諧波的檢測(cè)、分析及建議治理方案

電能質(zhì)量分析儀如圖1所示。

圖1 電能質(zhì)量分析儀

諧波檢測(cè)位置如圖2所示，橢圓處表示為測(cè)試示意位置

圖2 諧波檢測(cè)位置

對(duì)各電源進(jìn)線柜點(diǎn)緩解溫室效應(yīng)、優(yōu)化空氣質(zhì)量,做到節(jié)能減排、環(huán)保出行。

表1 各電源進(jìn)線柜測(cè)量數(shù)據(jù)

1#變壓器電源進(jìn)線柜監(jiān)測(cè)得到數(shù)據(jù)如圖3所示。

圖3 1#變壓器電源進(jìn)線柜監(jiān)測(cè)得到數(shù)據(jù)

對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以得出以下結(jié)論:測(cè)量時(shí)系統(tǒng)電流為 698 A,三相電流相對(duì)平衡;負(fù)載在無(wú)電容柜運(yùn)行時(shí)功率因數(shù)為 0.88;電流波形畸變非常明顯,出現(xiàn)馬鞍形,畸變嚴(yán)重;總電流畸變率在測(cè)試過(guò)程中最高達(dá) 14.1% ;3、5、7、9 次諧波都非常高，諧波相對(duì)基波比例分別為 11.0%6.6%,0.4%、4.8%。

此階段諧波電流大小可根據(jù)公式 = lxTHD%，電流、畸變率以測(cè)量時(shí)計(jì),諧波電流為98 A,考慮到諧波治理的必要性及負(fù)載的變化等因素,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可知,治理容量需要相對(duì)放大余量進(jìn)行,建議本段母線的可選治理容量為 100 A。同理,4*進(jìn)線柜諧波電流為 117 A,建議本段母線的可選治理容量為 125 A;5*變壓器電源進(jìn)線柜諧波電流為 36 A,建議本段母線的可選治理容量為 75 A。

產(chǎn)生的問(wèn)題因諧波引起，因此提出了針對(duì)電流諧波治理的建議方案:1變壓器電源進(jìn)線柜，安裝 100 A 諧波保護(hù)柜;4"變壓器電源進(jìn)線柜，安裝 125 A 諧波保護(hù)柜;5變壓器電源進(jìn)線柜,安裝75 A諧波保護(hù)柜。諧波保護(hù)柜安裝點(diǎn)如圖4 所示。

圖4 諧波保護(hù)柜安裝點(diǎn)

2、諧波的分析及危害成因

2．1諧波的產(chǎn)生

諧波產(chǎn)生的原因?yàn)榉蔷€性負(fù)載工作時(shí)，由于非線性負(fù)載輸入端的整流電路阻抗不是一個(gè)定值，其阻抗隨著外加電壓的變化發(fā)生變化，導(dǎo)致整流器從電網(wǎng)吸取的電流不是正弦波電流。三相整流器也會(huì)產(chǎn)生諧波電流，但是這時(shí)對(duì)應(yīng)每個(gè)波峰，不是一個(gè)脈沖電流，而是兩個(gè)脈沖電流。無(wú)論單相整流器還是三相整流器，其電流波形都發(fā)生畸變，不再是正弦波電流，因此包含諧波成分。

2．2諧波的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

(1)根據(jù)GB50052-2009《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》第5條“電壓選擇和電能質(zhì)量”中對(duì)電能質(zhì)量和諧波保護(hù)提出要求。第5.0.12中規(guī)定:配電系統(tǒng)中的諧波電壓和在公共連接點(diǎn)注入的諧波電流允許限值必須符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 14549一1993 能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》的規(guī)定4(2) CB/T 14549-1993 《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》,對(duì)交流額定頻率為 50 Hz,標(biāo)稱電壓 110 kV及以下的公用電網(wǎng)諧波的允許值已給出明確限制要求。標(biāo)準(zhǔn)要求采用電能質(zhì)量治理，如諧波保護(hù)器、有源濾波器等。

(3)GB 51348-2019《民用電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》也對(duì)精密生產(chǎn)企業(yè)的諧波要求提出明確的要求。

在380V低壓配電系統(tǒng)中，很多情況下變壓器的容量小于10MVA。因此，根據(jù)國(guó)家規(guī)定的諧波換算公式中有在變壓器的容量不同于表中的基準(zhǔn)短路容量時(shí)，可按下式修正表中的諧波電流允許：

式中:SK1———變壓器容量；

SK2———基準(zhǔn)短路容量；

Ihp———第h次諧波電流允許值；

Ih———變壓器容量為SK1時(shí)第h次諧波電流允許值。

1. 諧波治理效益分析

在加裝諧波保護(hù)柜后將會(huì)帶來(lái)以下效益：

(1)保障電動(dòng)機(jī)等設(shè)備用電環(huán)境，降低由于諧波電流和電壓對(duì)變頻器驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)所造成的主要效應(yīng)為在諧波頻率下鐵損和銅損的增加所引起之額外溫升;提高電動(dòng)機(jī)效率，減少轉(zhuǎn)知影響。

(2)直接降低系統(tǒng)中電流畸變率，減少電網(wǎng)中的諧波含量，保證諧波含量符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

(3)降低諧波在企業(yè)電網(wǎng)中設(shè)備產(chǎn)生附加諧波損耗，降低電網(wǎng)線損。在三相四線制系統(tǒng)中,零線會(huì)由于流過(guò)大量的3次及其倍數(shù)次諧波電流,造成零線過(guò)熱，嚴(yán)重時(shí)造成電纜火災(zāi)，經(jīng)過(guò)諧波治理后消除此隱患。峰低諧波產(chǎn)生額外的集膚效應(yīng),消除諧波引起的用電設(shè)備發(fā)熱、使絕緣老化、降低設(shè)備的使用壽命、甚至關(guān)鍵部件的頻緊損壞的問(wèn)題。

(4)消除諧波使電網(wǎng)與補(bǔ)償電容器之間發(fā)生諧振,避免諧波電流放大幾倍甚至數(shù)十倍、造成過(guò)電流、引起電容器和與之相連設(shè)備損壞的問(wèn)題。

(5)消除諧波對(duì)附近系統(tǒng)的信號(hào)傳輸產(chǎn)生干擾。諧波對(duì)附近系統(tǒng)的信號(hào)傳輸產(chǎn)生干擾,輕者引入噪聲,重者導(dǎo)致信號(hào)丟失,使系統(tǒng)無(wú)法正常工作。計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)傳送和自動(dòng)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)丟失經(jīng)常會(huì)造成自動(dòng)化產(chǎn)品線上廢品率的增加。

(6)消除電力系統(tǒng)繼電保護(hù)誤起動(dòng),誤動(dòng)作跳聞,拒動(dòng)和損壞，及經(jīng)常出現(xiàn)電機(jī)保護(hù)儀損壞和誤動(dòng)作的問(wèn)題。

(7)降低電網(wǎng)諧波污染而導(dǎo)致的輸電線路、變壓器和電機(jī)損耗增加，從而節(jié)約能源。

(8)消除諧波引起的變壓器、旋轉(zhuǎn)電機(jī)等鐵芯磁感應(yīng)環(huán)流的增加，減小電氣設(shè)備發(fā)熱的損耗,降低功耗及絕緣老化,延長(zhǎng)設(shè)備壽命,防止燒毀旋轉(zhuǎn)電機(jī)。

(9)消除因諧波影響而使電能表等計(jì)量裝置誤差增大，不能正確計(jì)量電能的現(xiàn)象。

電動(dòng)汽車充換電站中的充電樁、充能機(jī)是一種非線性設(shè)備，成片設(shè)置后會(huì)產(chǎn)生大量諧波，如不加以處理,將對(duì)用電計(jì)量表、變壓器、配電電纜、無(wú)功電容補(bǔ)償器等電力設(shè)備造成不良影響,對(duì)電網(wǎng)中的電能質(zhì)量造成嚴(yán)重的負(fù)面效應(yīng)。

4、安科瑞諧波治理產(chǎn)品選型

4.1功能介紹

ANAPF系列有源電力濾波器并聯(lián)在含諧波負(fù)載的低壓配電系統(tǒng)中，能夠?qū)?dòng)態(tài)變化的諧波電流進(jìn)行快速實(shí)時(shí)的跟蹤和補(bǔ)償。

ANAPF系列有源電力濾波器通過(guò)CT采集系統(tǒng)諧波電流，經(jīng)控制器快速計(jì)算并提取各次諧波電流的含量，產(chǎn)生諧波電流指令，通過(guò)功率執(zhí)行器件產(chǎn)生與諧波電流幅值相等方向相反的補(bǔ)償電流，并注入電力系統(tǒng)中，從而抵消非線性負(fù)載所產(chǎn)生的諧波電流。

4.2產(chǎn)品選型

4.3技術(shù)參數(shù)

5、總結(jié)

結(jié)合實(shí)際工程案例,對(duì)現(xiàn)代醫(yī)院中出現(xiàn)的諧波及造成的危害性，提出一種諧波解決方案。雖需要投入一定的資金,但從數(shù)據(jù)安全、用電安全、綠色節(jié)能、設(shè)備保護(hù)等方面帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益還是十分明顯的。

【參考文獻(xiàn)】

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3. 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2020.6版

4. 安科瑞電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理選型手冊(cè).2019.11版