浅谈医院配电系统谐波分析与治理技术方案

胡冠楠

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定

摘要：文章从谐波治理的危害、治理意义、谐波源组成、谐波治理等方面进行了论述。目的在于通过综合整治电网的谐波，有效地改善医院配电系统的安全、可靠、节能。

关键词：医院；配电系统；谐波治理

0引言

配电系统中存在的谐波成分，会导致电力系统的电能品质下降，从而导致电力供应的可靠性下降。在医院里，会对各种高精度高的医疗器械仪器产生很大的影响，如发生摄像系统图像的干扰，监视器出现的花屏、医疗器械设备的动作不灵敏、传感器元件的故障等，从而影响到这些精度高医疗器械设备的正常工作。因此，本文就谐波对医院配电系统的影响和危害进行了分析和讨论。提出了一种具有针对性的控制技术措施，以达到降低配电系统谐波成分的目的，从而有效地改善电网的供电质量。

1配电系统谐波治理意义

1.1控制高次谐波分量

采用无功补偿、滤波器等谐波补偿后，能够有效的补偿配电系统的谐波、减小谐波等成分，保证配电系统指标达到国家技术标准和技术规范的要求，从而为医院的配电系统和电力设备，医疗器械设备的安全可靠、节能、经济、 、稳定地运行提供了重要的技术装置保证。

1.2提供电能功率因素

采用自动消谐滤波器，能有效地降低电网的电压、电流谐波；此外，采用消谐滤波器，可减少或消除谐波谐振，从而使医疗器械设备得到高质量、 率、经济的电力资源，减少因谐波引起的不必要的电力资源损耗。通过多年的实际工作，我们知道，经过对自动调频过滤柜等设备的技术改造，可以使医院配电系统的功率因数，在很长一段时间内保持在0.97以上。通过这种方式，既能为医技楼的医疗诊断设备提供一个较好的使用条件，又能有效的提高医疗诊断设备的综合使用效率，达到5%——30%的节能效果。

1.3改善供电电能品质

采用自动消谐式过滤器等电网净化设备，对提高医院配电系统的电力品质具有重要意义。通过过滤配电系统的谐波，对电网的功率因数进行补偿，避免了电力系统中的串并联共振现象，保证医疗卫生工作的安全、稳定、有效的开展。

2电力谐波的危害

普通电力系统的电压应为一个特定的频率，并具有一定的幅度。谐波的产生，会对电力系统的供电系统有影响，并对电力系统的正常工作产生一定的影响。谐波的危害表现在以下几个方面。

2.1影响继电保护和自动装置的工作可靠性

在电磁继电器中，由于电力谐波的存在，往往会导致继电保护装置设备的误动作、不能正常工作，从而影响到系统的正常运行。

2.2对动力设备的影响

谐波对电动机产生的影响主要表现为：电动机的工作效率下降、使用寿命缩短（受影响设备有供暖、供水、中央空调、电梯等）。此外，3次谐波在导线上流动时，导线长期过热，造成绝缘老化后引起着火。

3医疗行业谐波治理需求分析

医疗器械设备的发展，是医院的一个重要标志，也是医院先进技术的一个重要标志。现代医院不断引进先进的电子医疗体系，不断的改善医疗质量。谐波干扰是当前医院建设中亟待解决的问题。医院的建设，管理，电气工程项目的设计，在今后的发展中都要加以重视。

由于电力电子设备自身的功率和效率的提高，使得电网中的谐波干扰和反串现象越来越突出。谐波不但会使电网的供电质量下降，而且会对医疗器械设备、用电装置设备造成故障，造成误动作、击穿电容器、对小型设备仪器的电源模块造成干扰。因此，电网的谐波问题是一个不可忽略的问题。

4医院配电系统谐波源分析

4.1医院配电系统负荷主要特征

医院作为一种特殊的服务场所，其医疗器械设备的种类、数量、人员的流动性、供电可靠性、节能经济性等都有很大的影响。如果出现停电、供电不足等问题，对患者的经济、社会造成 大的影响甚至会造成手术等无法正常进行，造成严重的后果。在医院配电系统中，一般采用10/0.4千伏主变压器（两路电源），其主要的非线性负荷有：医疗器械设备、节能照明设备、变频调速设备、计算机、 UPS应急电源系统等，这些电力负荷大多为单相非线性负荷，所产生的谐波成分会被注入到配电系统，从而污染电力网络。

4.2医院配电系统中的主要谐波源

通过对医院配电系统的大量测试和分析，得出结论：通风设备、照明设备、医疗设备，是医院配电系统中的谐波源。如医院照明系统中，使用大量的节能型荧光灯，这些荧光灯在运行时，会产生大量的谐波，对配电网造成一定的污染。采用三相四线供电的多盏节能灯，在三相四线负荷运行的情况下，三相三次谐波对医院配电系统造成严重的污染。医院的医疗设备中有大量的电力电子元器件，这些医疗设备在工作时会产生较大的谐波，造成电网污染。比较常见的设备有MRI（核磁共振）、CT机、X线机等。其中，MRI工作时会生成射频脉冲和交变磁场来产生核磁共振，而射频脉冲和交变磁场都会带来谐波污染；X光机中高压整流器的整流桥工作时将产生较大谐波，而且X光机为瞬时性负荷，工作时电压可达百千伏，变压器的负载将增加60~70kw的瞬时负荷，也会增加电网谐波。

5医院配电系统谐波综合治理方案

医院配电网的谐波治理的总体目标是：电网的总谐波 THDI (3%，电源功率因数cosφ)0.95。

5.1采用串联电抗器

该装置以串联电抗器为核心，对谐振进行控制，并对电容进行保护，以达到安全补偿。但是，这种谐波治理方法，在谐波处理方面，却是束手无策，而且谐波治理的效果也不是很好，所以，在医院配电系统的谐波治理中，很难取得较好的效果。

5.2采用无源调谐式滤波器进行滤波补偿

在实际应用中，一般采用无源调谐式滤波器，其阻抗率可分为5.67%、7%和14%三大类。其中，具有5.67%电抗系数的调谐电容器，具有210Hz的单调谐振频率，它的主要作用是能吸收50%以上电力装置的5次谐波；具有7%电抗系数的调谐电容器，具有189 Hz的单调谐振频率，其主要作用是吸收电力装置20%以上的5次谐波和少量7次谐波；而具有14%电抗系数的调谐电容，其单调谐振频率为133 Hz，其主要作用是对3次谐波的控制。该方法利用无源调谐式滤波器对电网的电容无功进行补偿，取得了很好的滤波效果。这种方法更经济、更具性价比，但仅适用于低谐波的情况。

5.3采用有源滤波器

有源滤波器用于电网的谐波滤波及无功补偿，能满足电网的谐波治理和无功补偿需求，但是，无功补偿的无功功率消耗了有源滤波器的容量，而且其费用也比电容高，因而很少用于实际工程中。

5.4混合滤波补偿方案

在医院配电系统中，将有源滤波器+无源调谐式滤波器、无功补偿的方法结合起来，既能保证无功的安全，又能w全消除电网的谐波成分，节约能源，经济效益显著。

5.5采用无功补偿方案

通过对静态无功补偿（SvC)、静态无功产生（SvG）进行补偿，并与在线无功补偿系统相结合，能够根据医院配电系统的具体状况，动态的进行补偿，从而吸收高次谐波，降低电压闪点，从而有效地改善电网的供电可靠性和供电品质。

5.6谐波治理设备的选择

对于已投入使用的医院，可以根据实际情况来确定过滤装置的容量。对正在建设的医院大楼，根据以下方法计算出谐波电流，选择合适的滤波装置。

a.现场补偿：根据用电设备的工作电流乘以谐波失真率，可以得到有效的谐波电流，并选用三线滤波电路。

b.在不使用现场补偿的情况下，仅使用集中的方式，将医疗器械设备与其它电器设备相结合，可使失真率增加至20%。

由于有源滤波器的输出电压随系统的谐波而发生动态变化，不存在过补偿问题；此外，该滤波器还具有过载保护的特性，而无需考虑过负载问题。

6安科瑞医院EMS能效管理系统

6.1平台拓扑图

6.2医院电力监控解决方案

电力监控系统实现对变压器、柴油发电机、断路器以及其它重要设备进行监视、测量、记录、报警等功能，并与保护设备和远方控制及其他设备通信，实时掌握供电系统运行状况和可能存在的隐患，快速排除故障，提高医院供电可靠性。

电力监控系统主要针对开闭所和10/0.4kV变电所，对高压回路配置微机保护装置及多功能仪表进行保护和监控，对0.4kV出线配置多功能计量仪表，用于测控出线回路电气参数和用能情况。同时对医院重要设备如柴油发电机、无功补偿装置、有源滤波装置、UPS、隔离电源系统状态进行监测。

电力监控系统硬件配置

7结束语

在医院配电系统的规划设计、施工、运行维护中， 加强对电网的谐波处理，并采取适当的谐波处理措施，以达到减少电网损耗的目的，保证医院配电系统的安全可靠、经济、 的运行和发展。

参考文献：

[1]医院配电系统谐波治理技术方案 刘华金

[2] 程杰. 医院配电系统谐波分析及治理研究[J]. 中国设备工程,2022(1):214-216.

[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册2020.06版．

[4]安科瑞用户变电站变配电监控解决方案2021.10