前言

在醫(yī)院的發(fā)展以及運(yùn)行中，需要采用高科技等技術(shù)手段來(lái)滿(mǎn)足醫(yī)院供電設(shè)施的要求，從而逐漸實(shí)現(xiàn)醫(yī)院的科學(xué)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(chǔ)平臺(tái)，包含各類(lèi)非線性、時(shí)變性電器設(shè)備和醫(yī)療設(shè)備。安科瑞黃安南 它們產(chǎn)生的諧波相互作用，若不治理，不僅會(huì)影響設(shè)備的正常運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí){患者的生命安全，因此對(duì)醫(yī)院供配電系統(tǒng)電能質(zhì)量治理的深入分析研究勢(shì)在必行。

2醫(yī)療行業(yè)供配電系統(tǒng)諧波源及其特點(diǎn)

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(shè)備、信息通信設(shè)備和電器設(shè)備三大類(lèi)，具有頻譜寬、畸變率高、種類(lèi)雜和數(shù)量多等特點(diǎn)。

2.1醫(yī)療設(shè)備

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

作為當(dāng)前醫(yī)學(xué)診斷的主要檢查設(shè)備，CT機(jī)臨床運(yùn)用十分廣泛，且價(jià)格十分昂貴。安科瑞黃安南 工作時(shí)，高頻高壓發(fā)生器先將三相交流電整流成直流，再經(jīng)并聯(lián)逆變器逆變?yōu)轭l率高達(dá)1×104Ｈz的交流，通過(guò)倍壓整流產(chǎn)生大于30KV的穩(wěn)定高壓給球管兩端供電。整個(gè)工作過(guò)程既進(jìn)行整流又進(jìn)行逆變，會(huì)產(chǎn)生大量諧波，嚴(yán)重時(shí)總諧波畸變率可達(dá)30%。

醫(yī)學(xué)上的核磁共振儀（MRI）依據(jù)“核磁共振”原理，產(chǎn)生核磁共振所需交變磁場(chǎng)和無(wú)線電射頻脈沖都將帶來(lái)諧波污染，正常工作時(shí)MRI的諧波畸變率在20％左右。

直線加速器是指用微波電磁場(chǎng)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(lǐng)域運(yùn)用較為廣泛。系統(tǒng)所需高頻電源、直流高壓電源的產(chǎn)生和脈沖調(diào)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(dá)40％~50％。

X光機(jī)為典型的瞬時(shí)性負(fù)荷，工作時(shí)電壓可達(dá)幾十甚至上百千伏，變壓器原邊將增加60~70kＷ的瞬時(shí)負(fù)荷。X光機(jī)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(shí)將產(chǎn)生較大諧波，加上X光機(jī)的瞬時(shí)工作特性，使得其諧波畸變率可達(dá)30％~50％。

2.2信息通信設(shè)備

為了存儲(chǔ)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(qiáng)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(yuǎn)程醫(yī)療等系統(tǒng)。信息系統(tǒng)一般由成千上萬(wàn)臺(tái)計(jì)算機(jī)和不計(jì)其數(shù)的網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備構(gòu)成，與醫(yī)院的視頻監(jiān)控系統(tǒng)和音頻系統(tǒng)一樣，運(yùn)行過(guò)程必將產(chǎn)生諧波電流。

以UPS典型負(fù)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(fù)載供電。安科瑞黃安南，當(dāng)市電異常或供電中斷時(shí)，逆變器改由電池提供能量繼續(xù)工作，保證無(wú)間斷地給用電設(shè)備供電。EPS在市電正常時(shí)由市電輸出供電，同時(shí)對(duì)電池充電，當(dāng)市電停電或電壓過(guò)低時(shí)則由電池經(jīng)逆變器向負(fù)載供電。EPS和UPS均采用了IGBT技術(shù)和PWM技術(shù)，進(jìn)行整流和逆變時(shí)都會(huì)帶來(lái)諧波污染，是不可忽視的諧波源。對(duì)大功率UPS來(lái)說(shuō)，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(shè)備

醫(yī)院內(nèi)電梯、空調(diào)、變頻水泵、通風(fēng)、照明設(shè)備等都將產(chǎn)生畸變諧波。如大量使用的熒光燈，會(huì)引起較大的諧波電流，其中３次諧波為較高。當(dāng)多個(gè)熒光燈接成三相四線負(fù)載時(shí)，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(guò)大。安科瑞黃安南，大部分醫(yī)院均采用變頻空調(diào)及風(fēng)機(jī)，而變頻器是典型的諧波源，會(huì)產(chǎn)生大量５次、７次諧波污染電網(wǎng)。

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(jiàn)醫(yī)院典型設(shè)備產(chǎn)生的諧波主要為３次、５次、７次。正是這些設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生諧波，使醫(yī)院的電能質(zhì)量受到影響，而受到影響的電能又反過(guò)來(lái)影響設(shè)備的正常使用。

3醫(yī)療設(shè)備產(chǎn)生諧波對(duì)配電系統(tǒng)危害

正常的供電網(wǎng)絡(luò)所提供的電壓應(yīng)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(duì)供電電網(wǎng)是一種污染，它對(duì)用電設(shè)備正常運(yùn)行造成危害。醫(yī)療設(shè)備對(duì)配電系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波的危害主要體現(xiàn)在如下方面：

3.1對(duì)電網(wǎng)的影響

電網(wǎng)中的諧波會(huì)增加系統(tǒng)損耗，使設(shè)備發(fā)熱，影響設(shè)備使用壽命。此外當(dāng)并 聯(lián)的無(wú)功補(bǔ)償電容器容抗Xcn與系統(tǒng)感抗Xsn匹配時(shí)即Xcn＝Xsn，將發(fā)生n次并聯(lián)諧振，造成電容器組的過(guò)電壓和過(guò)電流。當(dāng)基波頻率為f1時(shí)，諧振頻率fr可由下式計(jì)算得出。其中，Sc為電源短路容量；Qc為電容器容量。

3.2對(duì)變壓器的影響

諧波會(huì)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(chǎn)生諧振，增加變壓器發(fā)熱，甚至引起局部嚴(yán)重過(guò)熱，同時(shí)使變壓器噪聲增加，減少變壓器的實(shí)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(duì)電機(jī)的影響

諧波對(duì)電機(jī)的主要影響是引起附加損耗，此外還將產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)、噪聲和諧波過(guò)電壓，降低其工作效率。三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的n次諧波電流大小可通過(guò)式（為n次諧波電壓；為基波頻率）計(jì)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(jì)。所以感應(yīng)電動(dòng)機(jī)整個(gè)諧波損耗即銅耗。

3.4對(duì)電容柜的影響

在諧波的作用下電容器將過(guò)熱，導(dǎo)致絕緣部分老化，縮短使用壽命。當(dāng)諧波次數(shù)較高時(shí)，電容器呈現(xiàn)低阻抗特性，流過(guò)電容器的電流將變大，使得電容器處在過(guò)載的工作情況，縮短使用壽命。諧波往往還會(huì)使電容器介質(zhì)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(jié)合也會(huì)構(gòu)成并聯(lián)或串聯(lián)諧振電路，在諧振情況下諧波電流會(huì)被放大數(shù)倍甚至數(shù)十倍，終會(huì)導(dǎo)致電壓會(huì)大大高于電容器的額定電壓值，使電容器損壞炸裂或保護(hù)熔斷器熔絲熔斷。

3.5對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的影響

諧波對(duì)通信系統(tǒng)干擾的大小由三個(gè)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(qiáng)度，通信線路對(duì)諧波干擾的敏銳程度。電網(wǎng)中不平衡諧波電流對(duì)通信系統(tǒng)，輕則產(chǎn)生噪聲干擾，降低通信質(zhì)量，重則導(dǎo)致信息丟失，使系統(tǒng)無(wú)法正常工作。在多個(gè)中性點(diǎn)接地電網(wǎng)中，如有較大零序分量諧波電流通過(guò)中性點(diǎn)流入大地，將嚴(yán)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(gè)范圍，易對(duì)臨近的電話線路產(chǎn)生靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)，輕則引起可以察覺(jué)的雜音甚至觸發(fā)電話響鈴，重則危及設(shè)備和操作人員安全。

3.6對(duì)繼電保護(hù)和電氣測(cè)量?jī)x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(dòng)作，導(dǎo)致感應(yīng)型繼電器運(yùn)動(dòng)過(guò)程來(lái)回?cái)[動(dòng)，機(jī)電型繼電器時(shí)間延時(shí)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(dǎo)致誤跳閘。由于大多數(shù)電氣測(cè)量?jī)x表，如電流表、電壓表、功率表都是按工頻正弦波來(lái)設(shè)計(jì)，對(duì)非正弦信號(hào)呈現(xiàn)出不同響應(yīng)特性，當(dāng)有諧波時(shí)會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。

結(jié)論

現(xiàn)代醫(yī)療行業(yè)中的設(shè)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(shè)備負(fù)荷的種類(lèi)和數(shù)量迅速增加，諧波污染日趨嚴(yán)重，給配電系統(tǒng)和醫(yī)療設(shè)備帶來(lái)巨大危害。但醫(yī)院供配電系統(tǒng)諧波問(wèn)題一直沒(méi)得到足夠重視，諧波造成的電能消耗增加、設(shè)備故障、使用壽命縮短等直接和間接經(jīng)濟(jì)損失相當(dāng)巨大。通過(guò)對(duì)醫(yī)院供配電系統(tǒng)電能質(zhì)量進(jìn)行研究，結(jié)合系統(tǒng)平臺(tái)提出合理的整體解決方案，對(duì)改良供電質(zhì)量，提高電網(wǎng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，保障設(shè)備的性能以及降低能耗均有重要意義。?