電能質(zhì)量在線監(jiān)測與治理系統(tǒng)

1　諧波的危害
　　由于該醫(yī)院大量非線性負載設備 (變頻空調(diào)、電梯、X光機、CT機、核磁共振機、節(jié)能燈、EPS整流設備)的使用，導致醫(yī)院供電系統(tǒng)的諧波污染普遍比較嚴重。諧波污染會對用電設備和供電系統(tǒng)造成嚴重危害和隱患，主要有：
　　干擾電子設備的正常工作；
　　影響核磁共振等設備的工作性能,造成噪聲干擾和圖像紊亂；
　　引起電氣自動裝置誤動作，導致停電事故；
　　使精密化驗設備振動和噪聲加大，使用壽命縮短；
　　導致供電系統(tǒng)功率損耗增加，引起電網(wǎng)諧振，加速絕緣老化，系統(tǒng)功率因數(shù)降低，增加系統(tǒng)隱患。

2　國家標準對電能質(zhì)量的規(guī)定
　　國家標準對諧波的要求也有詳細的規(guī)定。《JGJ16-2008民用建筑電氣設計規(guī)范》22.3.2 “省級及以上 辦公建筑，銀行總行、分行及金融機構的辦公大樓，三級甲等醫(yī)院的醫(yī)技樓，大型計算機中心等建筑物，宜在敏感醫(yī)療設備、重要計算機網(wǎng)絡設備等配電干線上設置有源濾波裝置；”，并且對諧波的參數(shù)進行了規(guī)定：“22.3.1公共電網(wǎng)的電能質(zhì)量應符合下列規(guī)定：”
 

3　解決方案
　　醫(yī)院的諧波源比較多，而且分布比較分散，不同設備產(chǎn)生的諧波畸變不同，諧波次數(shù)也不同，諧波電流和諧波電壓分量也比較大，所以要對醫(yī)院的諧波進行的治理需要對供電一次、二次系統(tǒng)進行合理的設計。
3.1　一次系統(tǒng)合理設計
　　首先對一次系統(tǒng)進行合理的設計，比如選用D,yn11接線的K系數(shù)變壓器、諧波源設備采用專變專線供電、三相負載平衡等。
3.2 　諧波測量和諧波治理
　　對系統(tǒng)諧波進行實時的監(jiān)測，諧波的測量和分析是對諧波進行二次治理的前提條件。
　　變壓器低壓側(cè)開關均配置諧波監(jiān)測分析儀表，實時監(jiān)測供電系統(tǒng)電流電壓諧波畸變數(shù)據(jù)，并可以設置諧波畸變越限報警，可配置APF有源濾波裝置進行集中補償；
　　對醫(yī)技樓等諧波源比較多的供電回路諧波畸變率進行監(jiān)控并且配置APF有源電力濾波裝置進行局部或就地補償；
　　對2類場所比如手術室和ICU病房用電回路進行諧波監(jiān)控，若諧波超標配置小容量APF有源電力濾波裝置進行就地治理，確保用電安全。

4　 APF有源電力濾波裝置原理
　　APF有源電力濾波裝置能動態(tài)濾除供電系統(tǒng)中的非線性負載產(chǎn)生的諧波電流，降低電壓諧波畸變率，諧波對變壓器、電容器和精密設備的影響。APF有源濾波裝置的原理如圖3-1所示：

　　APF有源電力濾波裝置以并聯(lián)方式接入電網(wǎng)，通過實時檢測負載的諧波和無功分量，采用PWM變流技術，從變流器中產(chǎn)生一個和當前諧波分量和無功分量對應的反向分量并實時注入供電系統(tǒng)，從而實現(xiàn)諧波濾除和無功補償。

5　補償方式
　　在醫(yī)院供電系統(tǒng)中，APF有源電力濾波裝置可以采用三種濾波補償方式。
5.1 　變壓器出線側(cè)進行集中補償
　　當非線性負荷數(shù)量較多，分布比較分散，而且諧波畸變率不太高的情況下，可以在變壓器低壓配電母線側(cè)集中裝設APF有源電力濾波裝置進行集中補償，比如節(jié)能燈較多的照明負載變壓器。這種補償方式可以的變壓器的運行性能，提高系統(tǒng)整體的電能質(zhì)量。

5.2　 特定支路局部補償
　　當非線性設備集中在某些特定支路時，可以在支路上裝設APF有源濾波裝置進行局部補償。

5.3 　特定設備就地補償
　　單臺容量較大的穩(wěn)定運行的非線性醫(yī)療設備、頻譜特征明顯，自然功率因數(shù)又較低的非線性負載，以及諧波源產(chǎn)生的諧波比較集中于連續(xù)三種或以下(如3次、5次、7次)的諧波治理，可以對諧波源進行就地補償，比如核磁共振成像、X光機，ECT、中央空調(diào)等，這種方式能達到非常好的補償和節(jié)能效果，不會對支路和整個系統(tǒng)造成影響。

　　在設計諧波治理方案的時候，可以根據(jù)配電網(wǎng)絡的諧波監(jiān)測數(shù)據(jù)，靈活采取以上三種諧波治理方式，能對醫(yī)院的諧波污染進行較好的治理，供電系統(tǒng)隱患，使諧波污染對醫(yī)院整個系統(tǒng)和設備的影響降到zui小，避免影響重要醫(yī)療設備的正常運行，保證2類場所供電安全。

6　 諧波治理設備選型計算
6.1 　有源濾波設備選型計算
　　有源濾波器選型時按照安裝所處的位置和需要補償?shù)膶ο螅梢赃M行需要補償電流的估算和計算。計算時候主要是根據(jù)客戶負載類型進行分類，由該類型負載的典型數(shù)據(jù)和用戶負荷電流計算值來進行計算。
各行業(yè)由于使用設備不同，諧波負載也存在差異，根據(jù)經(jīng)驗值，各行業(yè)電流諧波畸變率推薦值如下表：

　　所需補償電流估算的本質(zhì)就是要計算出負載運行時的實際諧波電流是多少。

6.1.1　集中補償容量計算
　　集中補償方式需要補償?shù)闹C波電流可由變壓器容量來估算，需要考慮變壓器的負載率，具體可以根據(jù)下面的公式來進行估算：

　　K1為負荷率：即負荷占變壓器額定容量的比例，通常取0.6~0.8，這里取0.6；
　　K2為諧波系數(shù)，集中補償場合適用于整體諧波污染不高但比較分散的場合，取12%；
　　ST為變壓器額定容量，單位kVA；
　　US為低壓系統(tǒng)電壓，一般取0.4。
　　根據(jù)上式計算，一臺容量為2000kVA的變壓器，出線側(cè)諧波電流ITHD=206A，可以選擇諧波補償容量為200A的有源電力濾波柜進行補償。

6.1.2支路局部補償容量計算
　　對于諧波源負載比較集中的特定支路進行局部補償，計算公式可以根據(jù)集中補償?shù)挠嬎愎竭M行計算，比如醫(yī)技樓一路容量250kVA的支路，大部分設備為醫(yī)技設備，電流諧波畸變率按照20%選擇，負載率0.8，ITHD=56A，可以選擇一臺7的有源電力濾波柜進行局部補償。
6.1.3 特定設備就地補償容量計算
　　單臺大容量諧波源設備進行就地補償能取得的補償效果，各種典型諧波源設備諧波含量如下表：

　　根據(jù)經(jīng)驗，補償容量可以按照ITHD=SL*K2計算。中SL為設備負載，單位kW，K2為諧波系數(shù)，取值見上表。上式只涉及數(shù)字的計算，不計算單位。

6.2　 APF有源電力濾波裝置補償效果

　　上圖是工程實測的數(shù)據(jù)波形，在使用APF有源電力濾波裝置之前，回路的諧波污染比較嚴重，波形嚴重失真，三相電流也嚴重不平衡。在使用APF裝置對諧波源設備進行就地補償之后，測得的波形數(shù)據(jù)得到較好的補償。