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醫(yī)院配電系統(tǒng)諧波治理及補償
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第一部分 諧波分析
醫(yī)院配電系統(tǒng)一般是10/0.4kV主變壓器,主要負載為電子醫(yī)療精密設(shè)備、照明及變頻通風設(shè)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(wǎng)上諧波嚴重,主要諧波源可分為下面幾種:
1、通風設(shè)備:為了節(jié)約能源,大部分醫(yī)院均采用變頻風機及空調(diào)。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(chǎn)生大量5、7次等的諧波污染電網(wǎng)。
2、照明設(shè)備:由于醫(yī)院內(nèi)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次諧波為最高,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(yī)療精密設(shè)備:大型醫(yī)院內(nèi)的大型電子醫(yī)療設(shè)備一般為開關(guān)電源供電,開關(guān)電源設(shè)備會產(chǎn)生3、5、7次等諧波注入電網(wǎng)。
4、計算機及UPS:目前醫(yī)院均為計算機網(wǎng)絡(luò)管理,計算機的數(shù)量很大,此外服務(wù)器等數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)必須配有UPS等備用電源。個人電腦的開關(guān)電源及UPS均為諧波源,會產(chǎn)生大量的3、5、7次等諧波。
總之,醫(yī)院的低壓配電系統(tǒng)有大量的諧波源負荷,會產(chǎn)生大量的3、5、7次等諧波,嚴重污染電網(wǎng)。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(zhì)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(chǎn)生嚴重危害,特別是諧波造成的電壓波動會影響精密醫(yī)療設(shè)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(guān)注的是,醫(yī)院是對電能質(zhì)量要求很高的場合,意外斷電和電網(wǎng)干擾對醫(yī)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(wǎng)環(huán)境要求很高,因為國外已經(jīng)很早就重視了電能質(zhì)量問題而進行了嚴格限制,很多儀器不能保證在諧波環(huán)境下正常檢測,甚至?xí)绊懫涫褂脡勖?。因此必須使用專門的設(shè)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(shù),降低無功損耗,節(jié)約電費開支的重要手段。低壓配電系統(tǒng)中諧波污染的治理,還可以減少變壓器、電纜、醫(yī)療設(shè)備的發(fā)熱,增加其使用壽命,延長設(shè)備運行的平均無故障時間,降低維護、維修及更換設(shè)備的費用,具有附加的間接經(jīng)濟效益。
第三部分 治理方案
針對醫(yī)院的具體情況,治理諧波污染的目的,首先是確?;颊呒搬t(yī)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(tǒng)的不良影響,保證變壓器、電纜、醫(yī)療設(shè)備的正常運行;其次體現(xiàn)直接經(jīng)濟效益,即保障低壓電容補償系統(tǒng)的正常運行,發(fā)揮其應(yīng)有的作用,降低低壓配電系統(tǒng)中諧波總體含量的水平,提高功率因數(shù),減少無功損耗,延長設(shè)備使用壽命。
根據(jù)這一目的,在污染較嚴重的醫(yī)院低壓配電系統(tǒng),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(yī)院配電系統(tǒng)諧波治理及無功補償?shù)淖罴逊桨浮?/span>
諧波污染治理的結(jié)果,滿足或高于現(xiàn)行國家標準。預(yù)期指標為:系統(tǒng)中諧波總分量THDI≤3%,功率因數(shù)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(lián)電抗器的非調(diào)諧無源濾波補償裝置(電抗系數(shù)7%或5.5%),不使用有源濾波器。
通過計算可以看出,電抗系數(shù)5.5%和7%的補償回路,諧波分流差異不大。非調(diào)諧的濾波補償設(shè)備的主要作用是抑制諧振,安全補償,適當濾波。重點是實現(xiàn)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(diào)諧式無源濾波器或有源濾波器來濾除諧波。
2)使用無源調(diào)諧式濾波器進行濾波補償
無源調(diào)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(diào)。不適用于醫(yī)院的配電系統(tǒng),主要因為:
(1) 過補償?shù)奈kU。電壓升高影響設(shè)備的正常運行。
(2) 3次調(diào)諧式濾波器有源電容器和電抗器選型困難,而設(shè)計難度大。不能解決中性線諧波過載問題。
(3) 受系統(tǒng)阻抗,濾波器有過載危險。
(4) 濾波效果受電網(wǎng)頻率變化的影響大。
(5) 占地大
通過以上分析可以看到,調(diào)諧式無源濾波器使用危險性大,不適宜應(yīng)用在醫(yī)院的低壓配電系統(tǒng)。
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?shù)墓δ?,此方案是可以滿足醫(yī)院系統(tǒng)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(diào)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(yī)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(diào)諧式濾波補償裝置的混合濾波補償?shù)姆桨甘轻槍︶t(yī)院配電系統(tǒng)提出的最佳方案,即實現(xiàn)了安全補償,有徹底根治了諧波,并可以節(jié)約成本。
英博電氣作為電能質(zhì)量治理的專業(yè)公司,已經(jīng)為多個企業(yè)單位制定了混合濾波方案,得到了業(yè)界的廣泛認可。英博電氣完善高質(zhì)量的產(chǎn)品系統(tǒng)將為每個用戶專門設(shè)計設(shè)備容量和參數(shù)。
針對此項目,推薦的產(chǎn)品配置為:
電抗系數(shù)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(chǎn)品的使用,必將改善電能質(zhì)量,徹底濾除諧波,保證醫(yī)院配電系統(tǒng)的安全運行。