醫(yī)院配電系統(tǒng)電流諧波分析及治理研究

王曉昭

江蘇安科瑞微電網(wǎng)研究院有限公司 上海 

摘要：諧波主要出現(xiàn)在醫(yī)院配電系統(tǒng)中，如果醫(yī)院的配電系統(tǒng)質(zhì)量不夠高，往往會產(chǎn)生諧波。諧波不僅影響配電系統(tǒng)中電能的質(zhì)量，而且還會影響配電設(shè)備的使用壽命，大多數(shù)情況下，諧波的產(chǎn)生會使得配電設(shè)備的使用壽命減短。而醫(yī)院作為一個特殊的場所，需要重視醫(yī)院供電系統(tǒng)中諧波的出現(xiàn)，并采取相應(yīng)的諧波處理措施。本文就醫(yī)院配電系統(tǒng)中諧波的處理提出相應(yīng)的建議，希望為醫(yī)院配電系統(tǒng)后續(xù)正常運行提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：醫(yī)院配電設(shè)備；諧波產(chǎn)生的原因；治理諧波

0引言

隨著電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)院引入大量電子化醫(yī)療設(shè)備和高精度醫(yī)療儀器，而這些醫(yī)療設(shè)備與醫(yī)療儀器在運轉(zhuǎn)時往往是依靠供電系統(tǒng)的，供電系統(tǒng)在運行過程中會產(chǎn)生諧波，諧波的危害嚴(yán)重時會導(dǎo)致醫(yī)生對患者情況的誤診，更有部分諧波產(chǎn)生后，會通過那些直接接觸人體的醫(yī)療設(shè)備對人體的健康造成較為嚴(yán)重的影響，如產(chǎn)生微電擊，更有嚴(yán)重的甚至?xí)：θ说纳ＶC波的產(chǎn)生不僅會對患者的治療造成影響，而且還消耗大量電能，在一定程度上增加了醫(yī)院的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，但是諧波問題目前還沒有得到充分的重視，因此要重視諧波問題，并找到諧波產(chǎn)生的原因和解決這些問題的措施，營造一個良好的治療環(huán)境。

1諧波概述

諧波是一種對人體有害的電磁波。諧波的來源主要有以下幾個方面：一是由于發(fā)電源的質(zhì)量不高從而產(chǎn)生的諧波，因為醫(yī)院中所用的醫(yī)療設(shè)備、發(fā)電機(jī)和電源都在制作上無法做到均勻一致，所以導(dǎo)致發(fā)電源的質(zhì)量不過關(guān)，進(jìn)而會產(chǎn)生諧波，不過一般情況下，這種情況產(chǎn)生的諧波數(shù)量較少；二是輸配電系統(tǒng)中產(chǎn)生諧波，輸配電系統(tǒng)中產(chǎn)生諧波的主要設(shè)備一般是電力變壓器，電力變壓器中如果鐵心飽和的話，就會使得電力變壓器的工作點偏離正確的曲線，通常情況下，電力變壓器工作點偏離曲線的距離與諧波電流產(chǎn)生的數(shù)量成正比。而電力系統(tǒng)中的諧波主要來源于電氣設(shè)備，因此諧波對電氣設(shè)備的危害很大。諧波不僅僅會降低電能的傳輸產(chǎn)生利用的效率，而且還會使電器設(shè)備老化，更嚴(yán)重的有可能會使電器設(shè)備燒毀，進(jìn)而造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

2諧波的危害

2.1增加設(shè)備損耗

諧波會增加設(shè)備損耗程度，是因為在輸配電系統(tǒng)中，一般都是電力變壓器產(chǎn)生諧波，所以諧波對于電力變壓器的影響較大。除此之外，諧波的產(chǎn)生還會影響電機(jī)的正常運行，從而使得絕緣材料的電力供應(yīng)增加，進(jìn)而增加電力變壓器運行過程中產(chǎn)生的渦流損耗。當(dāng)電力變壓器運行過程中產(chǎn)生的渦流損耗超過額定標(biāo)準(zhǔn)的時候,就會對電力變壓器中的金屬繞線組產(chǎn)生一定的影響，金屬繞線組摩擦增加，從而導(dǎo)致設(shè)備發(fā)熱、設(shè)備老化等一系列問題。

2.2增加線損及其他設(shè)備損耗

諧波是一種對人體有害的電磁波，諧波在產(chǎn)生的過程中會產(chǎn)生電壓，這些電壓往往是連續(xù)性的產(chǎn)生。而當(dāng)這些連續(xù)性的電壓積累到一定程度時，就會對醫(yī)療電氣設(shè)備中的線路及相關(guān)器件造成一定的損耗，從而影響電路變壓器的正常運行，降低電路變壓器運行質(zhì)量。

2.3造成設(shè)備運行異常

通常情況下，電氣設(shè)備在運行過程中往往會遵循一定的電氣系統(tǒng)配置運行規(guī)律，但是諧波的產(chǎn)生會干擾這種電氣設(shè)備正常運行的邏輯，進(jìn)而導(dǎo)致電氣系統(tǒng)異常運行，比如，我們生活中比較常見的跳閘現(xiàn)象就是一種典型的電器設(shè)備運行異常的代表。

2.4影響通信質(zhì)量

通信已經(jīng)成為我們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚囊徊糠?，我們的日常通信離不開長短波的傳輸，但是諧波這種電磁波廢料，由于其本身的波長不固定，因此會對我們的日常通信造成干擾，常常表現(xiàn)為增加通信過程中的噪音。除此之外，我們在用微信進(jìn)行視頻語音聊天的過程中，信號也會因為諧波的干擾而減弱。

2.5諧波對醫(yī)院的危害

由于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我們的醫(yī)療診斷也越來越多地依賴醫(yī)療設(shè)備，可一旦醫(yī)療設(shè)備在運行過程中被諧波干擾，醫(yī)療設(shè)備會出現(xiàn)讀數(shù)異?；蛘哌\行異常，就會對醫(yī)生的診斷過程造成影響，比如造成醫(yī)生對患者的誤診就是一個典型的例子。更有甚者，當(dāng)醫(yī)生正在對患者進(jìn)行手術(shù)時，如果醫(yī)療設(shè)備在此時出現(xiàn)故障，就會對病人的生命造成嚴(yán)重的危害，進(jìn)而造成醫(yī)療事故，并會引起不必要的經(jīng)濟(jì)損失以及激發(fā)醫(yī)患矛盾。這不僅僅是一種經(jīng)濟(jì)上的損失，對于醫(yī)護(hù)工作人員的精神上也是一種傷害。

3醫(yī)院供電系統(tǒng)中諧波的主要來源

3.1放射類醫(yī)療設(shè)備

CT機(jī)在其工作周期內(nèi)，如果工作時就會產(chǎn)生諧波，經(jīng)過調(diào)查CT機(jī)在工作時產(chǎn)生的諧波率會高達(dá)百分之30。核磁共振儀也是醫(yī)院供電系統(tǒng)中產(chǎn)生諧波的主要設(shè)備之一，經(jīng)過相關(guān)專業(yè)人員的測量，發(fā)現(xiàn)核磁共振儀在運行過程中產(chǎn)生的諧波畸變率高達(dá)百分之25。除此之外，x光機(jī)、數(shù)字減影血管造影、三光子直射加速器等此類放射性醫(yī)療設(shè)備都會產(chǎn)生諧波。如果諧波問題還沒有引起部分醫(yī)院的重視，不僅僅會對該設(shè)備本身造成影響，還會對醫(yī)院的其他設(shè)備造成影響，因此，醫(yī)院要加強對諧波問題的重視。

3.2開關(guān)電源

許多大型醫(yī)院都是要求醫(yī)院一天24h全天供電，除此之外，醫(yī)院中一些高精度醫(yī)療設(shè)備對供電的質(zhì)量要求也比較高。因此，開關(guān)電源的出現(xiàn)解決了醫(yī)院供電需求以及醫(yī)院大型醫(yī)療設(shè)備對電能質(zhì)量的需求這一問題。但是，經(jīng)過測量發(fā)現(xiàn)，開關(guān)電源在運行過程中也會產(chǎn)生諧波，并且開關(guān)電源在運行中產(chǎn)生的諧波畸變率為百分之20，僅次于核磁共振儀產(chǎn)生的諧波畸變率，所以開關(guān)電源的運用過程中產(chǎn)生的諧波也要引起我們的重視。

3.3醫(yī)院中的升降電梯

醫(yī)院作為一個公共場所，人流量較多，所以醫(yī)院中升降電梯隨處可見，而升降電梯在啟動與停止時產(chǎn)生的變速，通常都是由變頻器來完成的，但變頻器會導(dǎo)致電流發(fā)生嚴(yán)重的畸變。通常情況下，畸變的的概率為百分之40～百分之70。電梯作為一種大功率耗電設(shè)備，產(chǎn)生的諧波電流也較大，因此我們在調(diào)查諧波來源時不能忽略電梯。

3.4其他設(shè)備中的諧波

除了上述三類設(shè)備，醫(yī)院中可以產(chǎn)生諧波的設(shè)備還有空調(diào)、鍋爐、以及部分小型醫(yī)療設(shè)備、計算機(jī)、還有醫(yī)院中比較常見的照明燈等。雖然這些設(shè)備所產(chǎn)生的諧波危害性并不是很大，但還是會有一定的影響。比如，醫(yī)院中的計算機(jī)，諧波的存在會使得機(jī)房中部分電腦在運行過程中出現(xiàn)邏輯性的錯誤以及數(shù)據(jù)丟失，導(dǎo)致計算機(jī)運行故障等問題，所以這些設(shè)備中所產(chǎn)生的諧波也應(yīng)該引起我們的重視。

4諧波治理措施

由于醫(yī)院供電設(shè)備中諧波來源較為穩(wěn)定，相較其他場所的諧波處理具有一定的優(yōu)勢。當(dāng)前對醫(yī)院供電設(shè)備中所產(chǎn)生的諧波處理主要有三種方法：有源濾波處理法，無源濾波處理法以及有源濾波和無源濾波處理相結(jié)合的方法。有源濾波處理方法比無源濾波處理方法更為優(yōu)越，首先有源濾波處理方法具有動態(tài)補償作用，且系統(tǒng)的阻抗對于有源濾波器的影響較小，可以實現(xiàn)規(guī)模化的操作，進(jìn)而提高諧波治理的效率。無源濾波處理法處理諧波的效能較高，但在使用無源濾波處理器前，需要使用諧波測量儀提前測量出線路中所含有的諧波的含量，只有對于線路中所含有的諧波含量有一定的認(rèn)識后，才能相應(yīng)地選擇合適的無源濾波處理器。因為線路中所含有的諧波含量不同，所選用的無源濾波處理器也不同。如果選擇的無源濾波處理器與諧波含量不對應(yīng)，會降低無源濾波處理器的工作效率，不能有效地處理線路中所含有的諧波。因此在選擇無源濾波處理器之前，對于線路中諧波含量的測量十分重要。

運用有源濾波處理和無源濾波處理相結(jié)合的方法，可以有效地改善輸電的品質(zhì)，提高電能在產(chǎn)生、運輸以及使用過程中的效率。除此之外，對于諧波的處理還可以改善通信的質(zhì)量，使得電能的綜合利用率提高，也會降低電能設(shè)備的損耗程度，從而達(dá)到我們預(yù)期的治理效果。只有將醫(yī)院中供電系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波控制在合理的范圍內(nèi)，醫(yī)院的用電質(zhì)量才能得到保證，醫(yī)院中所使用的高精度醫(yī)療設(shè)備才能準(zhǔn)確運行，設(shè)備運行過程中產(chǎn)生的風(fēng)險概率也會隨之降低。除此之外，還能避免一定的經(jīng)濟(jì)損失，在一定程度上鼓勵了醫(yī)護(hù)人員的信心，提升醫(yī)護(hù)人員工作態(tài)度。

5安科瑞醫(yī)院EMS能效管理系統(tǒng)

5.1平臺拓?fù)鋱D

5.2醫(yī)院有源諧波治理系統(tǒng)解決方案

都是諧波源，比如X光機(jī)、CT機(jī)等都會產(chǎn)生大量諧波，諧波使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低，使電氣設(shè)備過熱、產(chǎn)生振動和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀。諧波可引起電力系統(tǒng)局部并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設(shè)備燒毀。諧波還會引起繼電保護(hù)和自動裝置誤動作，使電能計量出現(xiàn)混亂。對于醫(yī)院的化驗設(shè)備可能會產(chǎn)生干擾。

為了消除配電系統(tǒng)諧波對醫(yī)院設(shè)備的影響，方案配置AnSinI有源濾波器，濾除電網(wǎng)2~31次諧波干擾。

AnSinI系列有源電力濾波裝置，以并聯(lián)方式接入電網(wǎng)，通過實時檢測負(fù)載的諧波和無功分量，采用PWM變流技術(shù)，從變流器中產(chǎn)生一個和當(dāng)前諧波分量和無功分量對應(yīng)的反向分量并實時注入電力系統(tǒng)，從而實現(xiàn)諧波治理和無功補償。

有源諧波治理系統(tǒng)硬件配置方案

6結(jié)語

本文通過對醫(yī)院供電系統(tǒng)中產(chǎn)生諧波的來源，諧波產(chǎn)生的危害以及如何治理諧波進(jìn)行了簡要的介紹，希望為以后解決醫(yī)院供電系統(tǒng)中諧波治理提供一定的參考意見。也希望日后有更多更好處理醫(yī)院供電系統(tǒng)中諧波的方法，以此營造一個安全的供電環(huán)境，使醫(yī)院的工作更加科學(xué)化，更具安全性，并提高人們的生活質(zhì)量。

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作者簡介：

王曉昭，女，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司。手機(jī):18702112137（微信同號）；QQ：2881068609；郵箱:2881068609@qq.com