部分 諧波分析

  醫院配電系統一般是10/0.4kV主變壓器，主要負載為電子醫療精密設備、照明及變頻通風設備、計算機及UPS等。其中大部分為單相非線性負荷，低壓配電網上諧波嚴重，主要諧波源可分為下面幾種：

  1、通風設備：為了節約能源，大部分醫院均采用變頻風機及空調。變頻器是非常重要的諧波源，其總諧波電流畸變率達33%以上，會產生大量5、7次等的諧波污染電網。

  2、照明設備：由于醫院內部使用大量的熒光燈具，因此會引起嚴重的諧波電流，其中3次諧波為，當多個熒光燈接成三相四線負載時，中線上就會流過很大的三次諧波電流。

  3、電子醫療精密設備：大型醫院內的大型電子醫療設備一般為開關電源供電，開關電源設備會產生3、5、7次等諧波注入電網。

  4、計算機及UPS：目前醫院均為計算機網絡管理，計算機的數量很大，此外服務器等數據存儲系統必須配有UPS等備用電源。個人電腦的開關電源及UPS均為諧波源，會產生大量的3、5、7次等諧波。

  總之，醫院的低壓配電系統有大量的諧波源負荷，會產生大量的3、5、7次等諧波，嚴重污染電網。大量的單相非線性負荷會造成三相不平衡、諧波超標、中性線諧波過載等電能質量問題，必須要治理諧波。

  第二部分 諧波的危害

  大量的諧波必然會產生嚴重危害，特別是諧波造成的電壓波動會影響精密醫療設備，使其受到諧波信號的干擾而影響儀器的性能。特別值得關注的是，醫院是對電能質量要求很高的場合，意外斷電和電網干擾對醫療儀器的影響不容忽視。特別是對于部分進口儀器，對使用的電網環境要求很高，因為國外已經很早就重視了電能質量問題而進行了嚴格限制，很多儀器不能保證在諧波環境下正常檢測，甚至會影響其使用壽命。因此必須使用專門的設備來治理諧波，例如有源濾波器。

  此外，治理諧波污染，是增加電容器使用壽命，提高功率因數，降低無功損耗，節約電費開支的重要手段。低壓配電系統中諧波污染的治理，還可以減少變壓器、電纜、醫療設備的發熱，增加其使用壽命，延長設備運行的平均無故障時間，降低維護、維修及更換設備的費用，具有附加的間接經濟效益。

  第三部分 治理方案

  針對醫院的具體情況，治理諧波污染的目的，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，降低低壓配電系統中諧波總體含量的水平，提高功率因數，減少無功損耗，延長設備使用壽命。

  根據這一目的，在污染較嚴重的醫院低壓配電系統，可采取有源濾波器+無源濾波補償裝置混合濾波的方案。此方案在安全補償無功功率的同時，用有源濾波器治理諧波，是針對醫院配電系統諧波治理及無功補償的方案。

  諧波污染治理的結果，滿足或高于現行國家標準。預期指標為：系統中諧波總分量THDI≤3%，功率因數COSΦ≥0.95。

  下面就幾種無功補償方案進行分析，說明選擇有源濾波器的必要性：

  1)只使用串聯電抗器的非調諧無源濾波補償裝置(電抗系數7%或5.5%)，不使用有源濾波器。

  通過計算可以看出，電抗系數5.5%和7%的補償回路，諧波分流差異不大。非調諧的濾波補償設備的主要作用是抑制諧振，安全補償，適當濾波。重點是實現安全補償，保護電容，對于諧波量比較大的場合，諧波污染不會有明顯的改善，建議使用調諧式無源濾波器或有源濾波器來濾除諧波。

  2)使用無源調諧式濾波器進行濾波補償

  無源調諧式濾波器可以濾出80%~90%以上的5、7次諧波，濾波效果好，但是濾波的同時補償固定的容性無功功率，并且不可調。不適用于醫院的配電系統，主要因為：

  (1) 過補償的危險。電壓升高影響設備的正常運行。

  (2) 3次調諧式濾波器有源電容器和電抗器選型困難，而設計難度大。不能解決中性線諧波過載問題。

  (3) 受系統阻抗，濾波器有過載危險。

  (4) 濾波效果受電網頻率變化的影響大。

  (5) 占地大

  通過以上分析可以看到，調諧式無源濾波器使用危險性大，不適宜應用在醫院的低壓配電系統。

  3)只使用有源濾波其進行濾波和無功補償

  目前大部分有源濾波均具有無功補償的功能，此方案是可以滿足醫院系統要求的。但是由于無功電流的容量要占用有源濾波器容量，與電容器補償無功功率相比，成本高，大部分用戶不能接受。

  4)采用有源濾波器+無源非調諧式濾波補償裝置的混合濾波補償方案

  通過對上述3種方案的分析，我們可以看到，在醫院這種諧波量較大的場合，考慮投入成本，采用有源濾波器+無源非調諧式濾波補償裝置的混合濾波補償的方案是針對醫院配電系統提出的方案，即實現了安全補償，有徹底根治了諧波，并可以節約成本。

  英博電氣作為電能質量治理的專業公司，已經為多個企業單位制定了混合濾波方案，得到了業界的廣泛認可。英博電氣完善高質量的產品系統將為每個用戶專門設計設備容量和參數。

  針對此項目，推薦的產品配置為：

  電抗系數為14%的無功補償裝置：400V MVG(或MVK)的濾波補償模塊

  三相4線的有源濾波器： 100-400-4

  上述產品的使用，必將改善電能質量，徹底濾除諧波，保證醫院配電系統的安全運行。