“电能质量”浅析—医疗行业

医院配电系统电能质量问题现状

这几年医疗卫生行业发展迅速，大量的新设备、新技术不断加入到医院日常工作中来，对医院供配电系统带来了巨大的压力。如谐波、末端电压不稳定、中性线电流过大等，其中尤以电力谐波状况最为严重；由于用电的不均匀性，中性线电流过大问题日益突出，对配电系统的可靠性及安全性造成潜在隐患。

医院配电系统中的电能质量问题

大量谐波的存在会使用电设备的附加损耗增加，使设备过热，降低设备的效率和利用率；影响继电和自动装置工作的可靠性；使测量和计量仪器的指示和计量不准确，对设备检测结果产生影响，进而导致检测结果的偏差和错误，最终影响到对病患的检测和排查、判断；谐波会导致继电保护误动作；谐波使变压器局部严重过热，使电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以至于损坏。高频谐波进入服务器通信系统后，产生大量的电磁干扰，造成服务器错误帧增多（主要表现为Ghosts幻像干扰、FCS帧校验错误、Jabber超长帧的大量出现）、非法数据包激增并占用网络流量、干扰比特流阻塞网络通道，直接的后果就是服务器数据传输速度严重降低，数据错误大量出现，给信息化管理系统造成威胁。电力电容器因放大谐波导致自身过载，进而引起频繁跳闸，无法投入运行；电力电容器与谐波产生谐振时，会造成瞬态过电压，可能导致保护装置直接跳闸，造成大面积停电；由于放大谐波电流过大，可直接造成电容器爆炸。当零线电流过大时，通常会出现零线过热、跳闸、变压器因过热而引发火灾等现象。配变在三相负载不平衡工况下运行，将产生零序电流，该电流将随三相负载不平衡的程度而变化，不平衡度越大，则零序电流也越大。运行中的配变若存在零序电流，则其铁芯中将产生零序磁通。这迫使零序磁通只能以油箱壁及钢构件作为通道通过，而钢构件的导磁率较低，零序电流通过钢构件时，即要产生磁滞和涡流损耗，从而使配变的钢构件局部温度升高发热。配变的绕组绝缘因过热而加快老化，导致设备寿命降低。同时，零序电流的存也会增加配变的损耗。

治理方式

医院配电系统中的谐波治理主要分为两种：

1. 配电系统集中补偿。

2. 对关键污染源就地补偿；

一般推荐使用集中补偿，集中补偿方式有以下优点：

① 相比就地补偿，设备利用率高，补偿容量小，性价比高；

② 设备安装的空间需求小；

★医院主要用电设备：

通过测试数据分析：加速器、X光机等设备产生的THDi大约在50%左右；CT、核磁共振、DSA（数字减影血管造影仪）等在30%左右；电子医疗检测设备、手术室等在15%左右；变频通风设备在30%左右。照明（荧光灯具）、计算机及UPS运行时会产生大量的谐波电流；由于医院的单相负荷较多，由于零序谐波（如3次谐波）的存在，导致中性线电流过大。

1. 集中补偿

集中补偿方式是指在配电变压器下集中安装滤波器，阻止谐波电流流入上级电网，污染扩散。

这种补偿方式能够保护上级电网，保证了变压器运行在安全的电能环境。由于谐波具有矢量叠加性，所以在变压器底进行集中治理时，各支路的谐波会在此矢量叠加，补偿容量比就地补偿容量减小。

2. 关键污染源的就地补偿

医院配电系统中的谐波污染源主要是各种通风及水泵系统变频器及数据机房UPS等，就地补偿方式就是在这些负载与医院配电系统接入点前，安装有源电力滤波器进行滤波。

这种补偿方式能够将谐波源产生的污染尽量控制在源头位置，与此同时也产生了一些问题：

① 其所需设备的台数增多，即容量变大。

② 安装设备时需求的空间大。

应用案例

由于高次谐波的存在，操作人员在工作中经常遇到这些先进的医疗仪器和设备出现故障，轻则出现数据差错、图像模糊、信息丢失，工作受到干扰。重则硬件突然损坏，软件遭到冲击，仪器设备无法继续正常工作。特别是检测人体生物电信号的仪器设备，如心电图机、脑电图机、心电监护仪、超声诊断仪等直接接触人体的仪器设备，由于信号非常的微弱，如果受到干扰，就会在检测结果如波形、图形、图像上叠加一种类似于某些病变的畸变（谐波）造成误诊，同时还会引起微电击，严重时还有生命危险。因此在使用这些先进的医疗仪器设备时，应采取谐波保护措施，确保仪器设备的安全。

（1）有源电力滤波器应用案例

通过测试，某医院配电系统谐波含量大，影响到医院信息化办公平台的运行速度和效率及数据传输安全。

☑治理方案：

根据上述情况，某公司使用有源电力滤波器进行了就地补偿，治理效果对比如下：

☑治理效果：

由投入滤波器前后电网电流波形可已清楚的看出，电网电流谐波绝大部分被滤除掉，波形已经接近正弦波。由投入滤波器前后，负载电流与电网电流数值可以看出，畸变率由38.4%降低为3.2%；3次谐波电流由85A降低为2.3A；5次谐波电流由48.1A降低为3A；7次谐波电流由26.0A降低为2.6A可见，滤波器投入后起到了很好的消除谐波的效果，提高了该医院电网的电能质量，信息化办公平台的运行安全得到保证。

结论 ：

随着医疗配电系统的非线性负荷及精密设备的不断增加，电能质量问题日益突出，极大的危机配电系统安全运行，对精密医疗设备的可靠运行带来危险隐患，医疗行业对配电稳定性、安全性及洁净性要求更为严格，路之生电力医院定制化方案，首先是确保患者及医护人员的安全，即通过有针对性的谐波污染治理，减少甚至消除其对配电系统的不良影响，保证变压器、电缆、医疗设备的正常运行;其次体现直接经济效益，即保障低压电容补偿系统的正常运行，发挥其应有的作用。