低壓有源濾波器在醫(yī)院建筑中的應用
1 引言
現(xiàn)代化醫(yī)療機構(gòu)為提高醫(yī)療服務(wù)水平，不斷引入新型、復雜的各種先進醫(yī)療設(shè)備如核磁共振、CT機、X光機、
血透機等，同時各種節(jié)能照明設(shè)備、變頻空調(diào)、電梯設(shè)備等大量投入使用。這些設(shè)備均為非線性設(shè)備，在運行過程中會產(chǎn)生大量的高次諧波，對配電系統(tǒng)和醫(yī)療設(shè)備造成一定的干擾。同時這些先進的醫(yī)療設(shè)備都具有高檔的計算機部件和大量的高靈敏微電子器件，對供電
電源的電能質(zhì)量要求很高，對電壓波動和電力諧波非常敏感，嚴重的電力諧波問題會導致醫(yī)療設(shè)備的損壞甚至導致醫(yī)療事故的發(fā)生。
2 醫(yī)院建筑供電系統(tǒng)諧波源、諧波特性及諧波危害分析
2.1 諧波的來源
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主要分類 |
設(shè)施設(shè)備名稱 |
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建筑設(shè)施 |
電梯設(shè)備 |
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中央空調(diào)系統(tǒng) |
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消防水泵 |
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照明設(shè)備 |
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醫(yī)療設(shè)施 |
手術(shù)室、層流室系統(tǒng) |
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ICU、分娩室、新生兒監(jiān)護室、血透中心等 |
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制劑、樣本、血液保存與冷凍設(shè)施 |
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醫(yī)院辦公自動化設(shè)施 |
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醫(yī)療診斷設(shè)備 |
主要診斷設(shè)備，如螺旋CT機、彩色多普勒、核磁共振儀、腹腔鏡、腦電圖機、色譜儀、各種功能檢測儀器等 |
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主要治療設(shè)備，如呼吸機、高壓氧倉、各類監(jiān)護儀、激光治療儀等 |
2.2 諧波的特性
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諧波源負載種類 |
諧波電流次數(shù) |
諧波電流畸變率 |
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照明燈具、電腦等 |
3、5、7、9等（2n+1）次 |
（7~10）% |
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電子檢測設(shè)備、手術(shù)室、伽瑪?shù)兜?/td>
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3、5、7、9等（2n+1）次 |
（10~15）% |
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CT、磁共振、DSA等 |
3、5、7、9等（2n+1）次 |
（30~40）% |
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加速器、X光機、胃腸機等 |
3、5、7、9等（2n+1）次 |
（50~60）% |
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UPS、變頻通風設(shè)備、電梯等 |
5、7、9、11等（6n+1）次 |
（25~35）% |
2.3 諧波危害分析
2.3.1 諧波對配電系統(tǒng)的危害
使電力元件附加損耗加大，易引發(fā)火災；影響電氣設(shè)備的正常運行；引起電網(wǎng)諧振；使繼電保護誤動作，電氣測量誤差過大；使工控系統(tǒng)崩潰。
2.3.2 諧波對醫(yī)療設(shè)備的危害
導致依賴微處理器技術(shù)的設(shè)備的同步失調(diào)和數(shù)據(jù)錯誤；直接危害設(shè)備內(nèi)部電子線路安全，導致?lián)舸┗蚍烹?；影響精密醫(yī)療設(shè)備的使用性能和精度。
3 電網(wǎng)諧波國家標準要求
目前采用的電能質(zhì)量（諧波）評定標準，主要為中國國家標準《電能質(zhì)量：公用電網(wǎng)諧波》（GB/T14549-1993），標準中對電網(wǎng)中電流電壓的畸變率有明確規(guī)定，也是作為諧波評價、治理的重要依據(jù)。
表1：電網(wǎng)諧波電壓國家標準：引用于（GB/T14549-1993）
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電網(wǎng)標稱電壓（kV） |
電壓總諧波畸變率（%） |
各次諧波電壓含有率（%） |
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奇 次 |
偶 次 |
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0.38 |
5.0 |
4.0 |
2.0 |
|
6 |
4.0 |
3.2 |
1.6 |
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10 |
|
35 |
3.0 |
2.4 |
1.2 |
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66 |
|
110 |
2.0 |
1.6 |
0.8 |
表2：注入電網(wǎng)公共連接點的諧波電流允許值：引用于（GB/T14549-1993）
標稱電
壓（kV） |
基準短路
容量（MV.A） |
諧波次數(shù)及諧波電流允許值（A） |
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2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
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0.38 |
10 |
78 |
62 |
39 |
62 |
26 |
44 |
19 |
21 |
16 |
28 |
13 |
24 |
|
10 |
100 |
26 |
20 |
13 |
20 |
8.5 |
15 |
6.4 |
6.8 |
5.1 |
9.3 |
4.3 |
7.9 |
|
|
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
21 |
22 |
23 |
24 |
25 |
|
0.38 |
10 |
11 |
12 |
9.7 |
18 |
8.6 |
16 |
7.8 |
8.9 |
7.1 |
14 |
6.5 |
12 |
|
10 |
100 |
3.7 |
4.1 |
3.2 |
6 |
2.8 |
5.4 |
2.6 |
2.9 |
2.3 |
4.5 |
2.1 |
4.1 |
4 STS-APF低壓
有源濾波器在醫(yī)院建筑中的應用案例
4.1
有源濾波器應用簡介
某大型三甲醫(yī)院新建的門診住院綜合樓共有4臺2000kVA和1臺1600kVA的變壓器以及1臺800kW的柴油發(fā)電機，根據(jù)該醫(yī)院各變壓器非線性負荷設(shè)備的負載率大小和相應的諧波畸變率以及各非線性設(shè)備的同時使用率來計算諧波電流的大小，配置了5臺不同容量規(guī)格的STS-APF
有源濾波器。
下面以1#STS-APF
有源濾波器投入運行前、后配電系統(tǒng)電能質(zhì)量測試情況的對比分析為例來具體描述，其中1#變壓器負載主要為燈光照明、電梯、潛污泵、計算機中心等。
4.1.1
有源濾波器投運前后的數(shù)據(jù)
（1）
有源濾波器投入前電流波形畸變比較嚴重，三相電流諧波含量分別為19.7%、27.8%、26.6%，三相電流分別為45A、40A、64A，中性線電流為37A。
（2）
有源濾波器投入后電流波形畸變情況明顯改善，三相電流諧波含量明顯降低，分別為2.9%，2.8%，3.4%，三相電流分別為47A、48A、47A，中性線電流為5A。
（3）電流波形明顯改善，使用濾波器后電流波形近似呈正弦波形態(tài)，諧波治理的工作達到了預期的目標和效果。
4.1.2
有源濾波器投運前后測試記錄數(shù)據(jù)
4.2
有源濾波器在醫(yī)院建筑中應用的意義
保護醫(yī)療用電設(shè)備安全，凈化電源，保護功率因數(shù)補償設(shè)備，防止保護裝置的誤動作，降低電能損耗，擴大變壓器和發(fā)電機供電容量。
4.3
有源濾波器主要技術(shù)指標
|
接線方式 |
三相三線或三相四線 |
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接入電壓 |
3×380V ±10% |
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接入頻率 |
50Hz ±2% |
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動態(tài)補償響應時間 |
動態(tài)響應＜4ms，全響應時間＜20ms； |
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開關(guān)頻率 |
10kHz |
|
功能設(shè)置 |
只補償諧波、只補償無功、既補償諧波又補償無功；手動、自動切換。 |
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諧波補償次數(shù) |
2-21次 |
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保護類型 |
直流過壓 IGBT過流 裝置溫度保護 |
|
過載保護 |
自動限流在設(shè)定值，不發(fā)生過載 |
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冷卻方式 |
智能風冷 |
|
噪音 |
＜ 65db(處于柜內(nèi)并運作于額定狀態(tài)) |
|
工作環(huán)境溫度 |
-10℃～+45℃ |
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工作環(huán)境濕度 |
＜85%RH 不凝結(jié) |
|
安裝場合 |
室內(nèi)安裝 |
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海拔高度 |
≤1000m（更高海拔需降容使用） |
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進出線方式 |
下進下出 |
|
防護等級 |
IP21 |
|
智能通信接口 |
RS485/MODBUS-RTU |
|
遠程監(jiān)控 |
可選 |
外形尺寸(mm)
(W×D×H) |
30A |
50A |
75A |
100A |
|
600×500×1500 |
600×500×1500 |
600×500×1800 |
800×600×2200 |
|
重量(kg) |
三相四線 |
三相三線 |
|
30A、50A |
75A、100A |
30A、50A |
75A、100A |
|
280 |
360 |
240 |
290 |
4.4
有源濾波器報價及元件清單
|
型號：STS-APF100-400/B |
|
參考價格：12萬元/臺 |
|
主要產(chǎn)品明細： |
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序號 |
名 稱 |
型 號 |
數(shù)量 |
|
1 |
APF電氣柜 |
800X600X2200 |
1 |
|
2 |
變流器 |
APFCOV-CVT100 |
1 |
|
3 |
控制器 |
APFMC-C100 |
1 |
|
4 |
電抗器 |
APF-RE.(S)DG-100 |
1 |
|
5 |
有源電流互感器 |
LT208-S7 |
3 |
|
6 |
濾波器 |
STS-WF001 |
2 |
|
7 |
斷路器 |
CVS160FTM160D4P3D |
1 |
|
8 |
接觸器 |
LC1D150M7C |
1 |
|
9 |
微型斷路器 |
NDM1-63C32 |
1 |
|
10 |
中間繼電器 |
MY4NAC |
2 |
|
11 |
R型變壓器 |
R320-0.38/0.22 |
1 |
|
12 |
諧波檢測儀 |
ACR350EGH |
1 |
|
13 |
電線 |
16mm2 |
若干 |
|
14 |
電線 |
4mm2 |
若干 |
5 結(jié)論
本文分析了醫(yī)院建筑的諧波源、諧波特性和危害，并通過某大型醫(yī)院低壓配電系統(tǒng)中
有源濾波器的應用案例，對比分析了
有源濾波器投入前后的情況，說明了
有源濾波器的諧波治理技術(shù)是改善供電電能質(zhì)量的有效手段之一，可將產(chǎn)生的諧波控制在最小范圍內(nèi)，達到科學合理用電，抑制電網(wǎng)污染，提高電能質(zhì)量，保證醫(yī)療設(shè)備安全的作用。
