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醫(yī)院配電系統(tǒng)諧波分析及治理方案

更新時間:2024-09-29      點擊次數(shù):126

摘要:經(jīng)濟的發(fā)展和科學技術的進步,非線性設備被廣泛用于大部分建筑中,非線性設備憑借優(yōu)勢,為人們的生活生產(chǎn)帶來了很多便利。將非線性用電設備接入醫(yī)院配電系統(tǒng),會產(chǎn)生一定的諧波電流,從而對醫(yī)院的配電系統(tǒng)造成一定的影響。通過分析諧波的產(chǎn)生和危害,以及醫(yī)院配電系統(tǒng)的特點和諧波設備的主要分布,能夠更加深刻地認識和了解醫(yī)院配電系統(tǒng)諧波設備的治理方案和效果。

0引言

現(xiàn)代科學技術的進步帶動了醫(yī)學技術的發(fā)展,越來越多先進的醫(yī)學技術和醫(yī)療設備應運而生,大大提高了醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)的發(fā)展水平。在醫(yī)學技術進步的同時,非線性設備在醫(yī)院配電系統(tǒng)中得到了一定的運用,在運用的過程中,容易產(chǎn)生一些諧波電流危害配電系統(tǒng)的正常運行。諧波電流的積累,容易增加配電系統(tǒng)中線路的損耗,加劇線路的老化,從而威脅整個配電系統(tǒng)的安全正常運行,降低了醫(yī)院配電系統(tǒng)的可靠性。因此,對醫(yī)院配電系統(tǒng)的諧波設備進行有效治理,凈化配電系統(tǒng),保證其安全性。

1醫(yī)院配電系統(tǒng)常見問題分析

(一)產(chǎn)生諧波

諧波是電流中含有的基波頻率整數(shù)倍的電量,配電系統(tǒng)中產(chǎn)生諧波的根本原因是非線性負載導致的。在非線性設備的使用過程中,由于非線性負載,會導致電壓、電流正弦波出現(xiàn)畸變。在平衡的三相系統(tǒng)中,偶次諧波被消除,只剩下奇次諧波。

(二)諧波危害

1.加速絕緣老化,縮短設備使用壽命

諧波電壓會增加電容器和變壓器的渦流損耗,增加絕緣材料的電應力。諧波電流會導致變壓器的銅損加劇,從而增加噪音,局部產(chǎn)生過熱的情況,加速絕緣老化,造成設備損壞,縮短變壓器、電動力等設備的使用壽命。

2.增加線路損耗,加大設備成本支出

諧波借助外界的治理才能夠減少和消除。諧波電壓和電流在配電系統(tǒng)中的積累,會增加線路的損耗,降低變壓器的帶載能力,從而增加設備成本支出和電費支[1]

3.干擾通訊系統(tǒng),降低通訊工作質(zhì)量

由于配電系統(tǒng)空間的限制,輸電線路和通訊線路的距離一般不遠,諧波的產(chǎn)生通過傳導耦合和電磁感應,會引入噪音對通訊系統(tǒng)產(chǎn)生干擾,從而降低通訊的質(zhì)量,嚴重的甚至會導致通訊信息丟失。

4.開關動作失誤,造成嚴重電力事故

諧波的產(chǎn)生,會改變地電流繼電器的時間延長特點,無法區(qū)分零序電流和三次諧波,導致開關誤動作,出現(xiàn)跳閘的情況。此外,配電系統(tǒng)的保護裝置和自動裝置會產(chǎn)生誤動,造成區(qū)域電網(wǎng)的瓦解,出現(xiàn)大面積停電的情況。

2醫(yī)院配電系統(tǒng)的特點和諧波設備的主要分布

.       醫(yī)院配電系統(tǒng)的特點

醫(yī)院是救死扶傷的重要場地,需要運用大量的醫(yī)療設備,醫(yī)療用電保持持續(xù),因此,醫(yī)院的配電系統(tǒng)具備高的可靠性、安全性以及穩(wěn)定性。病人使用的呼吸機、心電圖機以及輸液泵等醫(yī)療設備,一旦出現(xiàn)斷電的情況,會造成無法估量的后果。醫(yī)院的配電系統(tǒng)主要10/0.4Kv的主變壓器,通風設備、照明設備、電子醫(yī)療設備以及計算機UPS是主要的負載,而且大部分都是單相的非線性負載。

(二)醫(yī)院諧波設備的主要分布

1.通風設備

大部分醫(yī)院使用的通風設備都以變頻風機和空調(diào)為主,能夠有效地節(jié)約資源。然而,變頻器是產(chǎn)生諧波的重要來源之一,變頻器導致電流發(fā)生畸變的概率高達百分之三十三及以上,產(chǎn)生大量的五次、七次諧波,對電網(wǎng)造成破壞。

2.照明設備

在醫(yī)院的照明系統(tǒng)中,使用了大量的熒光照明設備,熒光燈具回產(chǎn)生較多的諧波電流,在好幾個熒光燈組成三相四線負載的情況下,中線上就會出現(xiàn)大量的三次諧波電流。

3.電子醫(yī)療設備

醫(yī)院大部分電子醫(yī)療設備都是通過開關電源實現(xiàn)供電,開關電源設備會產(chǎn)生一定的三次、五次、七次諧波,流入電網(wǎng)。

4.計算機UPS

目前大部分醫(yī)院都是通過計算機實現(xiàn)運營和管理工作,計算機數(shù)量眾多,計算機服務器配UPS等備用電源,加之個人電腦的開關電源,都是產(chǎn)生諧波的電源。

3醫(yī)院配電系統(tǒng)諧波設備的治理方案及效果

(一)醫(yī)院配電系統(tǒng)諧波設備的治理方案

設計濾波器是常用的治理諧波設備的方法,主要包括有緣濾波器、無緣濾波器以及有緣濾波器和無緣濾波器的組合式濾波器。有緣濾波器的治理效果好,價格也高;無緣濾波器的治理效果欠佳,但經(jīng)濟實惠;組合式濾波器的治理效果和效率都比較好。依據(jù)濾波器的安裝位置不同,包括集中式安裝治理和單臺設備就地治理兩種形式。在具體的治理過程中,要結(jié)合實際情況設計科學合理的治理方案。針對照明等諧波含量較少的普通醫(yī)療設備,可以采用無源濾波器集中治理的方式,既保證了治理的有效性,又提高了治理效率,降低了治理成本;針對利用變頻裝置的空調(diào)、熱水器等,可以利用無緣濾波器和有緣濾波器相結(jié)合的組合式濾波器進行集中治理。此外,安裝有源濾波器是治理醫(yī)院配電系統(tǒng)諧波設備主要的方案。有源濾波器在醫(yī)院配電系統(tǒng)諧波設備的治理工作中的效果為顯著,有源濾波器能夠?qū)崿F(xiàn)對諧波的動態(tài)抑制和無功補償。

(二)醫(yī)院配電系統(tǒng)諧波設備的治理效果

1.提升配電系統(tǒng)品質(zhì)

安裝有源濾波器,能夠?qū)ω撦d電流中的諧波量進行實時檢測,實現(xiàn)對諧波的濾除和功率因素的提高等。對變化的諧波進行自動跟蹤和補償,可控性和響應性高,降低了與配電系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振危險的概率,從而吸收線路中一定程度的諧波,實現(xiàn)對配電系統(tǒng)品質(zhì)的優(yōu)化和提升。

2.保障設備穩(wěn)定運行

安裝有緣濾波器,能夠降低諧波的指標和損耗,有效減少諧波對設備造成的破壞,緩解了絕緣老化的程度,延長了設備的使用壽命。同時諧波的減少還降低了對設備通訊的干擾,提高了設備電能的質(zhì)量,提升了設備運行的效率和電力能源的使用率,增強了配電系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性以及可靠性,保障了設備的穩(wěn)定運行。

3.降低配電系統(tǒng)能耗

安裝有緣濾波器,能夠讓醫(yī)院配電系統(tǒng)的諧波設備產(chǎn)生的諧波達到或者低于國家規(guī)定的標準,在提高諧波的消除率的同時降低了醫(yī)院配電系統(tǒng)對能源的消耗。此外,醫(yī)院配電系統(tǒng)的諧波流入有源濾波器,不會對變壓器和配電系統(tǒng)的其他用電設備造成威脅,從而在降低醫(yī)院配電系統(tǒng)能源消耗的同時,對配電系統(tǒng)中的用電設備起到了有效的保護作用,進一步確保了醫(yī)療工作的正常開展和運行,提升了醫(yī)療工作的效率和質(zhì)量。

4安科瑞醫(yī)EMS能效管理系統(tǒng)

4.1平臺拓撲圖

img1 

4.2醫(yī)院電力監(jiān)控解決方案

電力監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對變壓器、柴油發(fā)電機、斷路器以及其它重要設備進行監(jiān)視、測量、記錄、報警等功能,并與保護設備和遠方控制及其他設備通信,實時掌握供電系統(tǒng)運行狀況和可能存在的隱患,快速排除故障,提高醫(yī)院供電可靠性。

電力監(jiān)控系統(tǒng)主要針對開閉所10/0.4kV變電所,對高壓回路配置微機保護裝置及多功能儀表進行保護和監(jiān)控,0.4kV出線配置多功能計量儀表,用于測控出線回路電氣參數(shù)和用能情況。同時對醫(yī)院重要設備如柴油發(fā)電機、無功補償裝置、有源濾波裝置UPS、隔離電源系統(tǒng)狀態(tài)進行監(jiān)測。

 

電力監(jiān)控系統(tǒng)硬件配置

應用場合

名稱

系列型號

圖片

功能

系統(tǒng)后臺

電力監(jiān)控軟件

Acrel-2000/Z

img2 

數(shù)據(jù)的實時采集、數(shù)字通信、遠程操作與程序拉制、權限管理、車件記錄與告營、故障分析、各類報表

通訊層

智能網(wǎng)關

Anet系列

img3 

8RS4852kV隔離2個以太網(wǎng)接口,支ModbusRTUIEC-60870-5-101/103/104CJ/T188DL/T645等通訊協(xié)議設備的接入,支ModbusRTUModbusTCPIEC-60870-5-104等上傳協(xié)議、支持多不同數(shù)據(jù)服務要求,支持斷點續(xù)傳,裝置電:220VAC/DC

35KV10KV

微機保護裝置

AM6-x

img4 

相間電流速斷保護,相間電流速斷保護(可帶低壓閉鎖),相間過電流保護(可帶低壓閉鎖),兩段式零序過流保護,反時限相間過流保護(可帶低壓閉鎖),零序反時限過流保護,過負荷保護,控制回路異常告警。

35KV\10KV進線側(cè)

電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置

APView500

img5 

相電壓電流+零序電壓零序電流,電壓電流不平衡度,有功無功功率及電能、事件告警及故障錄波,諧波(電/63次諧波63組間諧波、諧波相角、諧波含有率、諧波功率、諧波畸變率K因子)、波/閃變、電壓暫升、電壓暫降、電壓瞬態(tài)、電壓中斷1024點波形采樣、觸發(fā)及定時錄波,波形實時顯示及故障波形查看PQDIF格式文件存儲,內(nèi)32G16D022D1,通2RS4851RS2321GPS3以太網(wǎng)接口(1維護網(wǎng)口)1USB接口支U盤讀取數(shù)據(jù),支61850協(xié)議。

35KV/10KV測量

多功能網(wǎng)絡電力儀表

APM-520

img6 

具有三相IUkWkvarkWhkvarhHzcosΦ)、電能統(tǒng)計、電能質(zhì)

量分析(包括諧波、間諧波、閃變)、故障錄波功(包括電壓暫升暫降中斷、沖擊電流等記)、事件記錄功

能及網(wǎng)絡通訊等功能,主要用于電網(wǎng)供電質(zhì)量的綜合監(jiān)控。該系列儀表配有功能豐富DI/DO模塊AO

塊、無線通訊模塊、漏電測溫模塊,可以靈活實現(xiàn)電氣回路全電量測量及開關狀態(tài)監(jiān)控

35KV\10KV帶電顯示裝置

智能操控裝置

ASD500

img7 

5寸大液晶彩屏動態(tài)顯示一次模擬圖及彈簧儲能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗電、核相3路溫溫度控制及顯示、遠/就地、分合閘、儲能旋鈕預分預合閃光指示、分合閘完好指示、分合閘回路電壓測量、人體感應、柜內(nèi)照明控制1路以太網(wǎng)2RS4851USB接口GPS對時、高壓柜內(nèi)電氣接點無線測溫、全電參量測溫、脈沖輸出420mA輸出;

35KV\10KV弧光保護

弧光保護裝置

ARB5-x

img8 

img9 

主控單元,可20路弧光信號4個擴展單元,配置弧光保護8組)、失靈保護4組)TA斷線監(jiān)測4組)11個跳閘出口;

擴展單元,多可以插6塊擴展插件,每個擴展插件可以采5路弧光信號:

弧光探頭,可安裝于中壓開關柜的母線室、斷路器室或電纜室,也可于低壓柜。弧光探頭的檢測范圍180°,半0.5m的扇形區(qū)域;

35KV\10KV配電柜

無線測溫

ATE400PT柜選ATE200

img10 

監(jiān)測母線、線纜接頭、斷路器觸臂、觸頭溫度,可通過無線傳輸ASD320就地顯示,也可以上傳至監(jiān)控系統(tǒng)。電源分為內(nèi)置電池式和感應取電式,固定方式有螺栓固定,表帶式捆綁,測溫范-50-125,精±1

0.4KV進線

多功能網(wǎng)絡電力儀表

APM-520(96)

img11 

具有三相IUkWkvarkWhkvarhHzcosΦ)、電能統(tǒng)計、電能質(zhì)

量分析(包括諧波、間諧波、閃變)、故障錄波功(包括電壓暫升暫降中斷、沖擊電流等記)、事件記錄功

能及網(wǎng)絡通訊等功能,主要用于電網(wǎng)供電質(zhì)量的綜合監(jiān)控。該系列儀表配有功能豐富DI/DO模塊AO

塊、無線通訊模塊、漏電測溫模塊,可以靈活實現(xiàn)電氣回路全電量測量及開關狀態(tài)監(jiān)控

電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置

APView500

img12 

相電壓電流+零序電壓零序電流,電壓電流不平衡度,有功無功功率及電能、事件告警及故障錄波,諧波(電/63次諧波63組間諧波、諧波相角、諧波含有率、諧波功率、諧波畸變率K因子)、波/閃變、電壓暫升、電壓暫降、電壓瞬態(tài)、電壓中斷1024點波形采樣、觸發(fā)及定時錄波,波形實時顯示及故障波形查看PQDIF格式文件存儲,內(nèi)32G16D022D1,通2RS4851RS2321GPS3以太網(wǎng)接口(1維護網(wǎng)口)1USB接口支U盤讀取數(shù)據(jù),支61850協(xié)議。

測溫監(jiān)控裝置

ARTM-Pn-E

img13 

無線測溫采集可接60個無線測溫傳感器UIPQ等全電參量測量2路告警輸出1RS485通訊;

無線測溫傳感器

ATE400

img14 

監(jiān)測母線、線纜接頭、斷路器觸臂、觸頭溫度,可通過無線傳輸ASD320就地顯示,也可以上傳至監(jiān)控系統(tǒng)。電源分為內(nèi)置電池式和感應取電式,固定方式有螺栓固定,表帶式捆綁,測溫范-50-125,精±1

0.4KV濾波柜

有源諧波治理系統(tǒng)

AnSin-xxx

img15 

有源電力濾波器井聯(lián)在含諧波負載的低壓配電系統(tǒng)中,能夠?qū)討B(tài)變化的諧波電流進行快速實時的跟蹤和補償,

0.4KV補償柜

有源無功補償系統(tǒng)

AnCos-xxx

img16 

低壓無功功率補償裝置并聯(lián)在整個供電系統(tǒng)中,能根據(jù)電網(wǎng)中負載功率因數(shù)的變化通過控制器控制電力電容器投切進行補,無功功率補償裝置采用散件組成方案,主要以電容電抗、投切開關、控制器等組成。

補償方:線性補償,全響應時<5ms,瞬時響應時100us;補償效:0.99,可補償容性無功和感性無功,濾5791113次以內(nèi)的諧;自身損:百分2,效:>百分98;監(jiān)控以及顯示具備遠程通訊接口,可以通PC機實時監(jiān);具有人性化的人機交互界面,可通過該界面看到系統(tǒng)和本體的實時電能質(zhì)量信息,操作簡單,可以遠控,也可以本;標準模塊化設計,縮短交付周期,同時提高了使用的可靠性和可維護性。

0.4KV饋線

多功能網(wǎng)絡電力儀表

APM-510(72)

img17 

具有三相IUkWkvarkWhkvarhHzcosΦ)、電能統(tǒng)計、電能質(zhì)

量分析(包括諧波、間諧波、閃變)、故障錄波功(包括電壓暫升暫降中斷、沖擊電流等記)、事件記錄功

能及網(wǎng)絡通訊等功能,主要用于電網(wǎng)供電質(zhì)量的綜合監(jiān)控。該系列儀表配有功能豐富DI/DO模塊AO

塊、無線通訊模塊、漏電測溫模塊,可以靈活實現(xiàn)電氣回路全電量測量及開關狀態(tài)監(jiān)控

電氣火災監(jiān)測模塊

ARCM200系列

img18 

(IUkWKvarkWhKvarhHzcos),視在電能、四象限電能計量,單回路剩余電流監(jiān)測4路溫度監(jiān)測2路繼電器輸出4路開關量輸入,事件記錄,內(nèi)置時鐘,點陣LCD顯示2路獨RS485/Modbus通訊

測溫監(jiān)控裝置

ARTM-Pn-E

img19 

無線測溫采集可接60個無線測溫傳感器UIPQ等全電參量測量2路告警輸出1RS485通訊;

無線測溫傳感器

ATE400

img20 

合金片固定CT感應取電,啟動電流大5安培,測溫范-50-125C,測量精±1;無線傳輸距離空150米;

低壓回路

電流互感器

AKH-0.66系列

img21 

測量型互感器,采集交流電流信號

4結(jié)束語

總而言之,醫(yī)院作為與民生息息相關的基礎設施建設,配電系統(tǒng)的正常運行和醫(yī)療設備的正常運作與人民群眾的生命財產(chǎn)安全有著直接的聯(lián)系。諧波的產(chǎn)生對醫(yī)院配電系統(tǒng)會造成一定的危害,必要對諧波設備進行有效地治理。有緣濾波器是治理醫(yī)院配電系統(tǒng)諧波設備的有效方案,利用有緣濾波器能夠減少諧波的產(chǎn)生,降低諧波的危害,有效地保護醫(yī)院用電設備,從而優(yōu)化醫(yī)院的配電系統(tǒng),確保醫(yī)院配電系統(tǒng)的正常運行。

參考文獻:

[1]醫(yī)院配電系統(tǒng)諧波設備效果及治理方案黎清林

[2].醫(yī)院配電系統(tǒng)諧波分析及治理研[J].中國設備工,2020(01):214-216.

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手2020.06版.

[4]安科瑞用戶變電站變配電監(jiān)控解決方2021.10

 


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