医院配电系统的谐波治理.doc

1医院配电系统的谐波治理 任宝立 刘晓峰（哈尔滨工业大学建筑设计研究院， 哈尔滨市 150090）摘要 医院建筑中的医技、电子检测等设备能产生大量的高次谐波，成为医院配电系统的重要污染源本文实测比较了医院中照明、电子检测设备、医技设备配电干线上的谐波电流，对此类建筑谐波治理的方法和计算方式做了简要的分析关键词 医院 谐波 治理随着医疗行业的发展，一些大型医院装备了许多电子检测设备和医技设备，这些设备共同的特点是：设备运行会产生大量的高次谐波；对电源质量要求很高医疗设备所在配电系统中，如果存在大量的谐波，会使电压、电流畸变，影响系统供电质量同时还对其它供电及用电设备造成危害：缩短设备使用寿命，干扰重要医疗设备的正常工作医院配电系统的谐波治理已成为医院和设计部门必须考虑的问题那么究竟哪些设备会产生高次谐波，高次谐波含量有多大，怎么治理呢？笔者从以下几个方面进行分析、探讨1 医院配电系统谐波的产生下面是对某医院不同配电线路谐波量进行测量的结果1.1 普通照明照明配电干线谐波电流测试数据见表 1.表 1 照明配电干线谐波电流L1 L2 L3 N谐波电流谐波次数 电流值（A） HRIn 电流值（A） HRIn 电流值（A） HRIn 电流值（A） HRIn35.6 4.4% 7.36.2% 2.72.2% 14.04119%5 5.6 4.4% 3.9 3.3% 2.0 1.6% 1.09 9.3%7 3.1 2.4% 1.9 1.6% 1.9 1.5% 0.85 7.2%基波电流有效值（A） 127.1 117.9 124 11.76THDu 2．5% 2.2% 2.2% 44%THDi 6.9 % 7.4% 3.3% 121%可以看出，产生的谐波电流不是非常明显，照明配电干线电流波形有畸变，电流总谐波畸变率在 7％左右。

1.2 电子检测设备电子检测设备配电谐波电流见表 2表 2 电子检测设备配电干线谐波电流L1 L2 L3 N谐波电流谐波次数电流值（A）HRIn 电流值(A)HRIn 电流值(A)HRIn 电流值(A)HRIn3 9.0 6.9% 5.3 4.8% 5.0 4.9% 17.6 72%5 2.4 1.8% 6.6 6% 7.3 7.1% 0.7 2.8%7 2.9 2.2% 5.9 5.3% 5.0 4.9% 0.6 2.4%9 1.4 1.0% 1.7 1.5% 0.8 1% 3.3 13.4%11 2.2 1.7% 1.4 1.3% 1.6 1.6% 0.9 3.7%基波电流有效值（A） 131.3 110.8 102.4 24.62THDu 3.0% 2.5% 2.6% 16%THDi 7.8% 9.7% 10.3% 72.9%通过对上述配电干线 L3 相进行实时频谱测试、分析，发现：谐波频谱很复杂，典型的频谱集中在 3 次、5 次、7 次，频谱相对较宽，谐波频谱范围大约在：3～33 次，有间谐波成分电子设备的自然功率因数也很高，达到了 0.92通过对表 2 的分析，可以看出：电子设备产生一定的谐波电流，电流畸变率 THDi 在 10％左右；1.3 医技设备（重点谐波源设备）1.3.1 核磁共振设备配电线路谐波电流测试数据见表 3表 3 核磁共振设备配电线路谐波电流L1 L2 L3 N谐波电流谐波次数电流值（A）HRIn 电流值(A)HRIn 电流值（A）HRIn 电流值(A)HRIn3 5.7 16.5% 1.45 7.7% 1.4 5.9% 7.9 41.8%5 5.4 15.6% 2.90 15.4% 3.1 13.1% 0.8 4.2%7 1.0 2.9% 1.83 9.7% 1.3 5.4% 0.5 2.6%9 0.8 2.3% 0.28 1.5% 0.46 1.9% 0.95 5%基波电流有效值（A） 34.6 18.84 23.7 18.9THDu 2.5% 2.1% 2.2% 29.2%THDi 23.4% 20.1% 15.7% 42.4%可见，核磁共振设备的电流波形发生了明显的畸变，电流总谐波畸变率 THDi 高达23.4%，是系统中主要的谐波源。

通过对上述配电线路 L1 相进行实时频谱测试、分析，发现：谐波频谱很复杂，典型的频谱集中在 3 次、5 次、7 次、9 次，频谱相对较宽，谐波频谱范围大约在：3～43 次，有间谐波成分1.3.2 加速器配电线路谐波电流测试数据见表 4表 4 加速器配电线路谐波电流L1 L2 L3 N谐波电流谐波次数电流值（A）HRIn 电流值(A)HRIn 电流值（A）HRIn 电流值(A)HRIn3 2.9 9.9% 3.1 13% 4.1 15.4% 8.1. 238%5 10.3 35% 9.3 40% 6.9 26% 1.5 44%7 5.4 18.4% 5.3 23% 3.4 12.7% 0.7 20.6%9 0.3 1% 0.8 3.4% 1.4 5% 1.6 47%11 1.6 5.4% 0.8 3.4% 0.5 2% 0.3 8.8%13 1.5 5.1% 1.5 6.4% 1.0 3.7% 0.2 5.9%基波电流有效值（A） 29.4 23.3 26.7 3.4THDu 5.8% 5.7% 5.8% 15.4%THDi 41.5% 48.7% 33.5% 248%可以看到，加速器设备产生更大的谐波电流，电流波形发生了明显的畸变，电流总谐波畸变率 THDi 高达 48.7%，是系统中主要的谐波源设备 。

3通过对上述配电干线 L2 相进行实时频谱测试、分析，发现：典型的频谱集中在 3 次、5 次、7 次、9 次、11 次、13 次，频谱宽，谐波频谱范围大约在：3～49 次，有间谐波成分2、医院配电系统谐波的分析医院中核磁共振设备和加速器等医技设备为主要谐波源设备，产生大量的谐波电流，是电网污染的主要原因；电子检测设备也是典型的谐波源，电流畸变率 THDi 高达 10％左右，如果此类设备数量很多，对电网也会产生很大的污染以上数据，只是大量测试数据中几个典型的测试数据，由于各医院选用的医技设备型号、厂家不同，测试时运行状态不同，测得的结果也不尽相同，由于文章篇幅的关系，测试数据不再一一列出但是，通过大量测试数据分析发现：加速器、X 光机、胃肠机等产生的电流畸变率大约在 50%～60% ； CT（计算机断层扫描） 、磁共振、DSA（数字减影血管造影机） 等在 30%左右；电子检测设备、手术室、伽玛刀等在 10%～15% 之间；变频设备在 35%左右等通过以上测量发现，医院配电系统中的谐波电流具有如下特点：a 谐波源设备产生的谐波电流的频谱很宽；医院中大部分是电子设备，在不同的负载率情况下，典型的频谱有所不同，但是共同点是频谱范围很宽，很多设备还有偶次谐波分量。

b 谐波电流畸变率很高，设备的自然功率因数也很高c 医院内电子设备、医技设备很多，这些设备对谐波电压和谐波电流很敏感如果大量的谐波电流注入系统，会干扰设备的正常工作，影响配电系统的供电质量d 大量的谐波电流和谐波电压，会影响配电系统中继电保护设备的正常工作，影响配电系统的供电连续性3 谐波治理方案及谐波治理设备的选择可以看到，医院配电系统中存在大量的谐波电流，给配电系统的安全运行带来隐患，必须进行治理为了有效地滤除谐波，考虑配电系统中谐波频谱很宽和设备自然功率因数高的特点，可选用有源滤波器，采用就地与集中相结合的谐波治理方式3.1 谐波治理方案的选择a 大型医技设备均配备专用隔离变压器，可以抑制 3 或 5 次谐波，但对其它高次谐波不起作用，所以，不能依赖隔离变压器进行谐波治理b 无源滤波装置只能针对某一频率的谐波进行治理，对于医院配电系统中频谱范围较宽的谐波的治理不适合，医技设备、电子检测设备功率因数较高，不需要补偿c 并联有源滤波器能够检测、分析系统电流中的谐波量；自动补偿，不受频谱范围的制约；可以单独治理谐波，不提高功率因数d 针对谐波源分散，单个设备产生谐波量小的电子检测设备，采用集中滤波的方式，在主母线上或配电干线上进行谐波治理；e 在重点的谐波源设备（大型医技设备）处，进行就地谐波治理。

避免设备运行产生的谐波注入到电网，可明显降低主要谐波源对供电系统和设备的影响3.2 谐波治理设备的选择对于已经投入运行的医院可以实测数据为依据，选择滤波设备的容量对于在建医院建筑，可以通过如下方式预估谐波电流，选取相应的滤波设备：a 就地补偿：按设备工作电流乘以谐波畸变率，即可得出谐波电流有效值，选择相应电流的三线滤波器b 集中补偿：考虑到主母线或电源干线上可能含有照明、动力、空调等混合负载，选用相应容量的四线滤波器集中补偿滤波设备的谐波电流有效值可以按计算电流乘以谐波畸变率，畸变率按 15％考虑4c 如果不采用就地补偿，只采用集中补偿，医技设备与其它电气设备混合供电，可以将畸变率提高到 20%进行估算有源滤波器输出的补偿电流是根据系统的谐波量动态变化的，因此不会出现过补偿的问题；另外有源滤波器内部有过负荷保护功能，当系统的谐波量大于滤波器容量时，滤波器可以自动限制在 100%额定容量输出，不用担心会发生过负荷的问题4 结语在医院设计中，对医院建筑的谐波量到底有多大，应该怎么计算，怎样选择谐波治理设备很少有设计者在设计阶段考虑到，绝大部分医院都是在投入运营后，发现电源质量问题才想到解决谐波问题，改善电源质量。

针对这一现象，本文提供了医院建筑谐波治理的具体方式，同时提供了一种简单有效的谐波治理设备计算、选择的方法，供广大设计者参考注：文中设备畸变率数值由各类设备大量的检测数据总结得出参考文献[1]《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008[2] 施耐德电气提供检测数据[收稿日期][作者简介] 任宝立 （1975- ）女，哈尔滨人，工程师，现从事建筑电气设计工作刘晓峰 （1969-）男，哈尔滨人，高级工程师，现从事建筑电气设计工作。