“電能質量”淺析—醫療行業

醫院配電系統電能質量問題現狀

這幾年醫療衛生行業發展迅速，大量的新設備、新技術不斷加入到醫院日常工作中來，對醫院供配電系統帶來了巨大的壓力。如諧波、末端電壓不穩定、中性線電流過大等，其中尤以電力諧波狀況最為嚴重；由于用電的不均勻性，中性線電流過大問題日益突出，對配電系統的可靠性及安全性造成潛在隱患。

醫院配電系統中的電能質量問題

大量諧波的存在會使用電設備的附加損耗增加，使設備過熱，降低設備的效率和利用率；影響繼電和自動裝置工作的可靠性；使測量和計量儀器的指示和計量不準確，對設備檢測結果產生影響，進而導致檢測結果的偏差和錯誤，最終影響到對病患的檢測和排查、判斷；諧波會導致繼電保護誤動作；諧波使變壓器局部嚴重過熱，使電纜等設備過熱、絕緣老化、壽命縮短，以至于損壞。高頻諧波進入服務器通信系統后，產生大量的電磁干擾，造成服務器錯誤幀增多（主要表現為Ghosts幻像干擾、FCS幀校驗錯誤、Jabber超長幀的大量出現）、非法數據包激增并占用網絡流量、干擾比特流阻塞網絡通道，直接的后果就是服務器數據傳輸速度嚴重降低，數據錯誤大量出現，給信息化管理系統造成威脅。電力電容器因放大諧波導致自身過載，進而引起頻繁跳閘，無法投入運行；電力電容器與諧波產生諧振時，會造成瞬態過電壓，可能導致保護裝置直接跳閘，造成大面積停電；由于放大諧波電流過大，可直接造成電容器爆炸。當零線電流過大時，通常會出現零線過熱、跳閘、變壓器因過熱而引發火災等現象。配變在三相負載不平衡工況下運行，將產生零序電流，該電流將隨三相負載不平衡的程度而變化，不平衡度越大，則零序電流也越大。運行中的配變若存在零序電流，則其鐵芯中將產生零序磁通。這迫使零序磁通只能以油箱壁及鋼構件作為通道通過，而鋼構件的導磁率較低，零序電流通過鋼構件時，即要產生磁滯和渦流損耗，從而使配變的鋼構件局部溫度升高發熱。配變的繞組絕緣因過熱而加快老化，導致設備壽命降低。同時，零序電流的存也會增加配變的損耗。

治理方式

醫院配電系統中的諧波治理主要分為兩種：

1. 配電系統集中補償。

2. 對關鍵污染源就地補償；

一般推薦使用集中補償，集中補償方式有以下優點：

① 相比就地補償，設備利用率高，補償容量小，性價比高；

② 設備安裝的空間需求小；

★醫院主要用電設備：

通過測試數據分析：加速器、X光機等設備產生的THDi大約在50%左右；CT、核磁共振、DSA（數字減影血管造影儀）等在30%左右；電子醫療檢測設備、手術室等在15%左右；變頻通風設備在30%左右。照明（熒光燈具）、計算機及UPS運行時會產生大量的諧波電流；由于醫院的單相負荷較多，由于零序諧波（如3次諧波）的存在，導致中性線電流過大。

1. 集中補償

集中補償方式是指在配電變壓器下集中安裝濾波器，阻止諧波電流流入上級電網，污染擴散。

這種補償方式能夠保護上級電網，保證了變壓器運行在安全的電能環境。由于諧波具有矢量疊加性，所以在變壓器底進行集中治理時，各支路的諧波會在此矢量疊加，補償容量比就地補償容量減小。

2. 關鍵污染源的就地補償

醫院配電系統中的諧波污染源主要是各種通風及水泵系統變頻器及數據機房UPS等，就地補償方式就是在這些負載與醫院配電系統接入點前，安裝有源電力濾波器進行濾波。

這種補償方式能夠將諧波源產生的污染盡量控制在源頭位置，與此同時也產生了一些問題：

① 其所需設備的臺數增多，即容量變大。

② 安裝設備時需求的空間大。

應用案例

由于高次諧波的存在，操作人員在工作中經常遇到這些先進的醫療儀器和設備出現故障，輕則出現數據差錯、圖像模糊、信息丟失，工作受到干擾。重則硬件突然損壞，軟件遭到沖擊，儀器設備無法繼續正常工作。特別是檢測人體生物電信號的儀器設備，如心電圖機、腦電圖機、心電監護儀、超聲診斷儀等直接接觸人體的儀器設備，由于信號非常的微弱，如果受到干擾，就會在檢測結果如波形、圖形、圖像上疊加一種類似于某些病變的畸變（諧波）造成誤診，同時還會引起微電擊，嚴重時還有生命危險。因此在使用這些先進的醫療儀器設備時，應采取諧波保護措施，確保儀器設備的安全。

（1）有源電力濾波器應用案例

通過測試，某醫院配電系統諧波含量大，影響到醫院信息化辦公平臺的運行速度和效率及數據傳輸安全。

?治理方案：

根據上述情況，某公司使用有源電力濾波器進行了就地補償，治理效果對比如下：

?治理效果：

由投入濾波器前后電網電流波形可已清楚的看出，電網電流諧波絕大部分被濾除掉，波形已經接近正弦波。由投入濾波器前后，負載電流與電網電流數值可以看出，畸變率由38.4%降低為3.2%；3次諧波電流由85A降低為2.3A；5次諧波電流由48.1A降低為3A；7次諧波電流由26.0A降低為2.6A可見，濾波器投入后起到了很好的消除諧波的效果，提高了該醫院電網的電能質量，信息化辦公平臺的運行安全得到保證。

結論 ：

隨著醫療配電系統的非線性負荷及精密設備的不斷增加，電能質量問題日益突出，極大的危機配電系統安全運行，對精密醫療設備的可靠運行帶來危險隱患，醫療行業對配電穩定性、安全性及潔凈性要求更為嚴格，路之生電力醫院定制化方案，首先是確保患者及醫護人員的安全，即通過有針對性的諧波污染治理，減少甚至消除其對配電系統的不良影響，保證變壓器、電纜、醫療設備的正常運行;其次體現直接經濟效益，即保障低壓電容補償系統的正常運行，發揮其應有的作用。