综合性医院配电系统的谐波综合治理措施

吕世明 周稳根

摘要：随着电力工业的迅速发展，生产和生活用电领域出现了多元化、复杂化的趋势。谐波是电力系统中最常见的现象，也是影响电能质量的一个重要因素。并且伴随着电力电子的快速发展，各种整流设备以及大量的非线性负载在综合医院中得到了广泛的应用，主要负载有电子医疗精密设备，照明，电梯和变频通风设备，计算机等。它的谐波污染已经成为危害电网质量的主要因素之一。对供电企业的安全供电影响很大。因此，本文就综合性医院配电系统中谐波治理进行了分析和研究，重点阐述了谐波的危害、治理的意义、谐波源的组成及谐波治理方案。本文的目的是通过谐波综合处理，有效地提高医院配电系统运行的安全可靠性和节约能源。

关键词：医院;配电系统;谐波治理

配电网系统中的谐波分量，使电能质量下降，降低了供电可靠性，严重影响医疗机构在医疗活动中使用的各种精密敏感设备，如监测计算机出现死机、仪器设备发生拒动误动等，由于敏感元件失效等原因，进而影响到这些精密敏感仪器设备的正常工作。为此，分析了谐波对医院配电网的危害，针对性地采取治理技术措施，抑制配电网谐波分量，有效提高配电网质量水平和供电可靠性，具有重要的工程实际应用研究意义。

1     谐波的产生

负荷是影响电力系统电能质量的重要因素之一。比如电力电子设备，作为谐波源，对电网的危害是无法估量的，应该引起高度重视。公网所提供的理想電压应为固定频率和规定电压幅度。电压、电流对公共电网的影响是一种污染。这直接导致了医疗设备工作环境的恶化，同时对周围的通讯系统和公共电网外的设备也造成了极大的危害。在电力电子设备得到广泛应用之前，谐波及其危害，对谐波污染的研究和认识已有一定成果，但当时谐波污染还不严重，尚未引起重视。三四十年来，随着各种电力电子设备的迅速普及，谐波污染问题在公共电网日益严重，由于谐波造成的各种故障和事故也时有发生。只有谐波危害到严重程度才会引起关注。

2     谐波的危害

医学机构是救死扶伤，保障人民身体健康的卫生机构，与人们的生活息息相关。另外，在医院里，很多医疗设备都会受到谐波的影响，给人们的医疗安全造成一定的危害。另外，谐波会影响各种电器设备的正常工作，造成电容器，电缆等设备过热，绝缘老化，寿命缩短甚至损坏;通过电磁感应和传导耦合，谐波会对相邻的通信系统造成干扰。最低限度引入噪声，至少降低通信质量，导致信息丢失和系统故障。电力系统和补偿电容器之间的谐波易引起并联或串联谐振，将谐波电流放大数倍甚至几十倍，造成电容器的过流，电抗器及电阻的损坏，甚至造成重大事故。谐波的危害是无法估计的。为确保医院输配电及相关部门精密仪器设备的安全、正常运行，谐波控制是必不可少的。

3医院配电系统谐波源分析

3.1  医院配电系统负荷主要特征

众所周知，医院是一个特殊的服务场所，医疗设备和电气设备种类多、数量多，人员流动性大。这对医院建筑配电系统的供电连续性、可靠性、节能性和经济性提出了更高的技术要求。例如，许多患者在治疗期间需要使用呼吸机、心电图、液体输送泵和其他辅助压力设备。中央空调系统应保证医院具有良好的就医环境。如果配电系统出现停电和供电不足的情况，经济损失和社会影响将是巨大的，严重的可能无法顺利运行，后果十分严重。在医院配电网中，以380v交流设备为主，即医院配电网一般为10/0.4kV主变压器谐振（双通道供电方式），其非线性负载主要为：电力负荷大部分为单相非线性负荷，运行过程中产生的大量谐波会注入配电网，对电网造成污染。

3.2  医院的谐波来源

控制医院谐波，首先要了解谐波的来源。虽然医院的电力供应和分配系统的各个方面都与电力相连，但部分电力供应是可持续的，这就是所谓的线性负载，在这种情况下通常不会产生谐波。然而有些环节的供电是非可持续的，即感性负载，在这种情况下，医院通常会产生谐波回路。通风机的通风设备主要包括大型通风机和空调设备，其中变频风机常作为核心设备。事实上，风扇的输出功率虽不变，但因设备老化、空调等原因，风扇频率改变后，总谐波损耗率仍超过33%，导致5，7次谐波对电网的严重污染。就照明而言，由于医院普遍使用日光灯，大容量日光灯形成三相四线负载，产生大量谐波电流。电子器件和医疗器械会产生3，5，7次谐波，然后注入到系统中，产生后续效果。电脑和UPS还会产生3 次、5次、7次谐波，大量单相非线性负荷会导致三相不平衡，造成中性线谐波过载，谐波超标等。

4医院供配电系统谐波的治理

4.1  用串联电抗器

无调谐无源滤波器补偿装置以串联电抗器为核心，主要起到抑制谐振、保护电容、实现安全补偿的作用。但在谐波容量大的情况下，这种谐波控制方案存在不足，谐波控制效果不明显。因此，在医院配电网中实现较好的谐波控制效果是非常困难的。

4.2  采用无源调谐式滤波器进行滤波补偿

目前广泛使用的无源调谐滤波器，其电抗系数分别为5.67%、7%和14%。其中电抗系数为5.67%的调谐电容器组，它的单调频频率为210Hz，主要功能是吸收50%以上的电气设备5 次谐波。电抗为7%的调谐电容器组，单调谐频率189Hz，主要功能可吸收电器中20%以上的第5 次谐波，以及少量的第7 次谐波。电抗系数为14%的调谐电容组，其调谐频率为133赫兹，其主要作用是抑制三次谐波。配电网的兼容性无功由无源调谐滤波器补偿。这是一种比较经济的方法，但仅适用于谐波较少的情况。

4.3  采用有源滤波器

谐波滤波和无功补偿采用有源电力滤波器，可满足医院配电系统谐波控制和无功补偿的需要。然而，在无功补偿中，无功电流的容量会占用有源电力滤波器的容量，且其成本高于电容补偿，因此在工程实践中很少使用。

4.4  混合滤波补偿方案

有源电力滤波器+ 无源无谐滤波器补偿装置用于医院配电网的谐波控制和无功补偿。这样既可以实现安全无功补偿，又可以彻底消除配电网中的谐波成分。节能经济效益可观。

4.5  采用无功补偿方案

采用了静态无功补偿装置（SVC）和静态无功补偿装置（SVG）。通过联机自动监测系统实现无功补偿。可根据医院配电网络的实际情况，进行动态补偿，吸收较高的谐波，减少电压闪变;切实提高配电系统供电可靠性和供电质量。为医院配电网谐波抑制和无功补偿提供了有效的解决方案。

结束语

医院配电系统在规划、设计、建设、运行和维护等过程中产生的谐波应加以抑制和控制。通过合理的谐波控制，有效地降低了配电系统的损耗，使医院配电系统能够安全可靠、节能经济、高效稳定地运行。

参考文献：

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[2]   朱明星，钱辰辰，段晓波.基于城市轨道交通运行图的供配电系统谐波预评估仿真[J].城市轨道交通研究，2015，18（6）：56-61.