安科瑞黃安南

前言

? ?在醫(yī)院的發(fā)展以及運行中，需要采用高科技等技術手段來滿足醫(yī)院供電設施的要求，從而逐漸實現(xiàn)醫(yī)院的科學用電以及節(jié)能用電等，這樣能夠合理地減少醫(yī)院的成本。醫(yī)院供配電系統(tǒng)是醫(yī)院工作的基礎平臺，包含各類非線性、時變性電器設備和醫(yī)療設備。安科瑞黃安南 它們產生的諧波相互作用，若不治理，不僅會影響設備的正常運行，嚴重時甚至會威脅患者的生命安全，因此對醫(yī)院供配電系統(tǒng)電能質量治理的深入分析研究勢在必行。

2醫(yī)療行業(yè)供配電系統(tǒng)諧波源及其特點

醫(yī)療行業(yè)供配電系統(tǒng)中的諧波源主要可分為醫(yī)療設備、信息通信設備和電器設備三大類，具有頻譜寬、畸變率高、種類雜和數(shù)量多等特點。

2.1醫(yī)療設備

醫(yī)院的95%醫(yī)療設備含有大量的電力電子器件，工作時不可避免的產生諧波污染。常見的醫(yī)療設備有CT機、核磁共振儀MRI、直線加速器、Ｘ線機、心血管造影機DSA和數(shù)字造影儀DSI等。

作為當前醫(yī)學診斷的主要檢查設備，CT機臨床運用十分廣泛，且價格十分昂貴。安科瑞黃安南 工作時，高頻高壓發(fā)生器先將三相交流電整流成直流，再經并聯(lián)逆變器逆變?yōu)轭l率高達1×104Ｈz的交流，通過倍壓整流產生大于30KV的穩(wěn)定高壓給球管兩端供電。整個工作過程既進行整流又進行逆變，會產生大量諧波，嚴重時總諧波畸變率可達30%。

醫(yī)學上的核磁共振儀（MRI）依據(jù)“核磁共振”原理，產生核磁共振所需交變磁場和無線電射頻脈沖都將帶來諧波污染，正常工作時MRI的諧波畸變率在20％左右。

直線加速器是指用微波電磁場加速電子的直線型加速器，安科瑞黃安南，在醫(yī)院腫瘤放射治療領域運用較為廣泛。系統(tǒng)所需高頻電源、直流高壓電源的產生和脈沖調制器及脈沖電壓穩(wěn)定裝置都將造成諧波污染，電流總諧波畸變率可達40％~50％。

X光機為典型的瞬時性負荷，工作時電壓可達幾十甚至上百千伏，變壓器原邊將增加60~70kＷ的瞬時負荷。X光機的主要部件為光球管和高壓整流器。由于高壓整流器的整流橋工作時將產生較大諧波，加上X光機的瞬時工作特性，使得其諧波畸變率可達30％~50％。

2.2信息通信設備

為了存儲海量信息和方便辦公，現(xiàn)在大型醫(yī)院基本建立了醫(yī)院信息系統(tǒng)。安科瑞黃安南，系統(tǒng)本身功能強大，通常包括醫(yī)療信息系統(tǒng)、臨床信息系統(tǒng)、視頻視教和遠程醫(yī)療等系統(tǒng)。信息系統(tǒng)一般由成千上萬臺計算機和不計其數(shù)的網絡連接設備構成，與醫(yī)院的視頻監(jiān)控系統(tǒng)和音頻系統(tǒng)一樣，運行過程必將產生諧波電流。

以UPS典型負載為例，UPS先將市電整流變換成直流電，一路給電池充電，另一路給逆變器供電，將直流電變換成穩(wěn)壓、穩(wěn)頻、純凈的50Ｈz交流電，向負載供電。安科瑞黃安南，當市電異?；蚬╇娭袛鄷r，逆變器改由電池提供能量繼續(xù)工作，保證無間斷地給用電設備供電。EPS在市電正常時由市電輸出供電，同時對電池充電，當市電停電或電壓過低時則由電池經逆變器向負載供電。EPS和UPS均采用了IGBT技術和PWM技術，進行整流和逆變時都會帶來諧波污染，是不可忽視的諧波源。對大功率UPS來說，如果整流裝置為三相全控橋6脈沖整流器，總諧波畸變率將近30％~40％。

2.3電器設備

醫(yī)院內電梯、空調、變頻水泵、通風、照明設備等都將產生畸變諧波。如大量使用的熒光燈，會引起較大的諧波電流，其中３次諧波為較高。當多個熒光燈接成三相四線負載時，由于3次諧波電流屬于零序諧波電流，三相矢量角度一致，3次諧波電流向零線疊加，造成中性線電流過大。安科瑞黃安南，大部分醫(yī)院均采用變頻空調及風機，而變頻器是典型的諧波源，會產生大量５次、７次諧波污染電網。

醫(yī)院配電系統(tǒng)主要諧波源、諧波次數(shù)和畸變率情況如表１所示，可見醫(yī)院典型設備產生的諧波主要為３次、５次、７次。正是這些設備在運行過程中產生諧波，使醫(yī)院的電能質量受到影響，而受到影響的電能又反過來影響設備的正常使用。

3醫(yī)療設備產生諧波對配電系統(tǒng)危害

正常的供電網絡所提供的電壓應該是單一的固定頻率和規(guī)定的電壓幅值。諧波電流和諧波電壓的出現(xiàn)，對供電電網是一種污染，它對用電設備正常運行造成危害。醫(yī)療設備對配電系統(tǒng)產生的諧波的危害主要體現(xiàn)在如下方面：

3.1對電網的影響

電網中的諧波會增加系統(tǒng)損耗，使設備發(fā)熱，影響設備使用壽命。此外當并?聯(lián)的無功補償電容器容抗Xcn與系統(tǒng)感抗Xsn匹配時即Xcn＝Xsn，將發(fā)生n次并聯(lián)諧振，造成電容器組的過電壓和過電流。當基波頻率為f1時，諧振頻率fr可由下式計算得出。其中，Sc為電源短路容量；Qc為電容器容量。

3.2對變壓器的影響

諧波會增加變壓器的銅耗、鐵耗和雜散磁通損耗（線圈渦流損耗），可能在變壓器繞阻和線電容之間產生諧振，增加變壓器發(fā)熱，甚至引起局部嚴重過熱，同時使變壓器噪聲增加，減少變壓器的實際使用容量，降低變壓器的使用壽命。諧波電流引起的變壓器總的渦流損耗可由下列公式求出：

?

式中，為總諧波渦流損耗；為額定基波電流的渦流損耗；為n次諧波電流；為額定基波電流。

3.3對電機的影響

諧波對電機的主要影響是引起附加損耗，此外還將產生機械振動、噪聲和諧波過電壓，降低其工作效率。三相感應電動機的n次諧波電流大小可通過式（為n次諧波電壓；為基波頻率）計算得到。由于電壓畸變引起的附加鐵心損耗很小，可以忽略不計。所以感應電動機整個諧波損耗即銅耗。

3.4對電容柜的影響

在諧波的作用下電容器將過熱，導致絕緣部分老化，縮短使用壽命。當諧波次數(shù)較高時，電容器呈現(xiàn)低阻抗特性，流過電容器的電流將變大，使得電容器處在過載的工作情況，縮短使用壽命。諧波往往還會使電容器介質損耗增加，其直接后果是額外的發(fā)熱和壽命縮短。安科瑞黃安南，電容器和電源電感結合也會構成并聯(lián)或串聯(lián)諧振電路，在諧振情況下諧波電流會被放大數(shù)倍甚至數(shù)十倍，終會導致電壓會大大高于電容器的額定電壓值，使電容器損壞炸裂或保護熔斷器熔絲熔斷。

3.5對網絡通信系統(tǒng)的影響

諧波對通信系統(tǒng)干擾的大小由三個因素綜合決定安科瑞黃安南：電力線路諧波電壓和諧波電流大小，電力線路和通信線路之間的耦合強度，通信線路對諧波干擾的敏銳程度。電網中不平衡諧波電流對通信系統(tǒng)，輕則產生噪聲干擾，降低通信質量，重則導致信息丟失，使系統(tǒng)無法正常工作。在多個中性點接地電網中，如有較大零序分量諧波電流通過中性點流入大地，將嚴重干擾附近通信系統(tǒng)。通常音頻通道的頻率為200~3500Hz，而很多諧波也在這個范圍，易對臨近的電話線路產生靜電感應和電磁感應，輕則引起可以察覺的雜音甚至觸發(fā)電話響鈴，重則危及設備和操作人員安全。

3.6對繼電保護和電氣測量儀表的影響

只要通入諧波有效值和基波相同，就可引起電磁式繼電器誤動作，導致感應型繼電器運動過程來回擺動，機電型繼電器時間延時特性改變，零序電流繼電器不能區(qū)分零序電流和次諧波電流，導致誤跳閘。由于大多數(shù)電氣測量儀表，如電流表、電壓表、功率表都是按工頻正弦波來設計，對非正弦信號呈現(xiàn)出不同響應特性，當有諧波時會產生測量誤差。

結論

現(xiàn)代醫(yī)療行業(yè)中的設備普遍采用電力電子變流和控制器件，安科瑞黃安南，使醫(yī)院非線性醫(yī)療設備負荷的種類和數(shù)量迅速增加，諧波污染日趨嚴重，給配電系統(tǒng)和醫(yī)療設備帶來巨大危害。但醫(yī)院供配電系統(tǒng)諧波問題一直沒得到足夠重視，諧波造成的電能消耗增加、設備故障、使用壽命縮短等直接和間接經濟損失相當巨大。通過對醫(yī)院供配電系統(tǒng)電能質量進行研究，結合系統(tǒng)平臺提出合理的整體解決方案，對改良供電質量，提高電網的安全和經濟運行，保障設備的性能以及降低能耗均有重要意義。