浅谈医院配电系统谐波分析及治理研究
程瑜
江苏安科瑞微电网研究院有限公司 江苏江阴 214432
摘要：谐波主要出现在医院配电系统中，如果医院的配电系统质量不够高，往往会产生谐波。谐波不仅影响配电系统中电能的质量，而且还会影响配电设备的使用寿命，大多数情况下，谐波的产生会使得配电设备的使用寿命减短。而医院作为一个特殊的场所，需要重视医院供电系统中谐波的出现，并采取相应的谐波处理措施。本文就医院配电系统中谐波的处理提出相应的建议，希望为医院配电系统后续正常运行提供一定的参考。
关键词：医院配电设备；谐波产生的原因；治理谐波
0引言
随着电子科学技术的发展，医院引入大量电子化医疗设备和高精度医疗仪器，而这些医疗设备与医疗仪器在运转时往往是依靠供电系统的，供电系统在运行过程中会产生谐波，谐波的危害严重时会导致医生对患者情况的误诊，更有部分谐波产生后，会通过那些直接接触人体的医疗设备对人体的健康造成较为严重的影响，如产生微电击，更有严重的甚至会危害人的生命。谐波的产生不仅会对患者的治疗造成影响，而且还消耗大量电能，在一定程度上增加了医院的经济负担，但是谐波问题目前还没有得到充分的重视，因此要重视谐波问题，并找到谐波产生的原因和解决这些问题的措施，营造一个良好的治疗环境。
1谐波概述
谐波是一种对人体有害的电磁波。谐波的来源主要有以下几个方面：一是由于发电源的质量不高从而产生的谐波，因为医院中所用的医疗设备、发电机和电源都在制作上无法做到均匀一致，所以导致发电源的质量不过关，进而会产生谐波，不过一般情况下，这种情况产生的谐波数量较少；二是输配电系统中产生谐波，输配电系统中产生谐波的主要设备一般是电力变压器，电力变压器中如果铁心饱和的话，就会使得电力变压器的工作点偏离正确的曲线，通常情况下，电力变压器工作点偏离曲线的距离与谐波电流产生的数量成正比。而电力系统中的谐波主要来源于电气设备，因此谐波对电气设备的危害很大。谐波不仅仅会降低电能的传输产生利用的效率，而且还会使电器设备老化，更严重的有可能会使电器设备烧毁，进而造成不必要的经济损失。
2谐波的危害
2.1增加设备损耗
谐波会增加设备损耗程度，是因为在输配电系统中，一般都是电力变压器产生谐波，所以谐波对于电力变压器的影响较大。除此之外，谐波的产生还会影响电机的正常运行，从而使得绝缘材料的电力供应增加，进而增加电力变压器运行过程中产生的涡流损耗。当电力变压器运行过程中产生的涡流损耗超过额定标准的时候,就会对电力变压器中的金属绕线组产生一定的影响，金属绕线组摩擦增加，从而导致设备发热、设备老化等一系列问题。
2.2增加线损及其他设备损耗
谐波是一种对人体有害的电磁波，谐波在产生的过程中会产生电压，这些电压往往是连续性的产生。而当这些连续性的电压积累到一定程度时，就会对医疗电气设备中的线路及相关器件造成一定的损耗，从而影响电路变压器的正常运行，降低电路变压器运行质量。
2.3造成设备运行异常
通常情况下，电气设备在运行过程中往往会遵循一定的电气系统配置运行规律，但是谐波的产生会干扰这种电气设备正常运行的逻辑，进而导致电气系统异常运行，比如，我们生活中比较常见的跳闸现象就是一种典型的电器设备运行异常的代表。
2.4影响通信质量
通信已经成为我们日常生活中必不可少的一部分，我们的日常通信离不开长短波的传输，但是谐波这种电磁波废料，由于其本身的波长不固定，因此会对我们的日常通信造成干扰，常常表现为增加通信过程中的噪音。除此之外，我们在用微信进行视频语音聊天的过程中，信号也会因为谐波的干扰而减弱。
2.5谐波对医院的危害
由于现代科学技术的发展，我们的医疗诊断也越来越多地依赖医疗设备，可一旦医疗设备在运行过程中被谐波干扰，医疗设备会出现读数异常或者运行异常，就会对医生的诊断过程造成影响，比如造成医生对患者的误诊就是一个典型的例子。更有甚者，当医生正在对患者进行手术时，如果医疗设备在此时出现故障，就会对病人的生命造成严重的危害，进而造成医疗事故，并会引起不必要的经济损失以及激发医患矛盾。这不仅仅是一种经济上的损失，对于医护工作人员的精神上也是一种伤害。
3医院供电系统中谐波的主要来源
3.1放射类医疗设备
CT机在其工作周期内，如果工作时就会产生谐波，经过调查CT机在工作时产生的谐波率会高达百分之30。核磁共振仪也是医院供电系统中产生谐波的主要设备之一，经过相关专业人员的测量，发现核磁共振仪在运行过程中产生的谐波畸变率高达百分之25。除此之外，x光机、数字减影血管造影、三光子直射加速器等此类放射性医疗设备都会产生谐波。如果谐波问题还没有引起部分医院的重视，不仅仅会对该设备本身造成影响，还会对医院的其他设备造成影响，因此，医院要加强对谐波问题的重视。
3.2开关电源
许多大型医院都是要求医院一天24h全天供电，除此之外，医院中一些高精度医疗设备对供电的质量要求也比较高。因此，开关电源的出现解决了医院供电需求以及医院大型医疗设备对电能质量的需求这一问题。但是，经过测量发现，开关电源在运行过程中也会产生谐波，并且开关电源在运行中产生的谐波畸变率为百分之20，仅次于核磁共振仪产生的谐波畸变率，所以开关电源的运用过程中产生的谐波也要引起我们的重视。
3.3医院中的升降电梯
医院作为一个公共场所，人流量较多，所以医院中升降电梯随处可见，而升降电梯在启动与停止时产生的变速，通常都是由变频器来完成的，但变频器会导致电流发生严重的畸变。通常情况下，畸变的的概率为百分之40～百分之70。电梯作为一种大功率耗电设备，产生的谐波电流也较大，因此我们在调查谐波来源时不能忽略电梯。
3.4其他设备中的谐波
除了上述三类设备，医院中可以产生谐波的设备还有空调、锅炉、以及部分小型医疗设备、计算机、还有医院中比较常见的照明灯等。虽然这些设备所产生的谐波危害性并不是很大，但还是会有一定的影响。比如，医院中的计算机，谐波的存在会使得机房中部分电脑在运行过程中出现逻辑性的错误以及数据丢失，导致计算机运行故障等问题，所以这些设备中所产生的谐波也应该引起我们的重视。
4谐波治理措施
由于医院供电设备中谐波来源较为稳定，相较其他场所的谐波处理具有一定的优势。当前对医院供电设备中所产生的谐波处理主要有三种方法：有源滤波处理法，无源滤波处理法以及有源滤波和无源滤波处理相结合的方法。有源滤波处理方法比无源滤波处理方法更为优越，首先有源滤波处理方法具有动态补偿作用，且系统的阻抗对于有源滤波器的影响较小，可以实现规模化的操作，进而提高谐波治理的效率。无源滤波处理法处理谐波的效能较高，但在使用无源滤波处理器前，需要使用谐波测量仪提前测量出线路中所含有的谐波的含量，只有对于线路中所含有的谐波含量有一定的认识后，才能相应地选择合适的无源滤波处理器。因为线路中所含有的谐波含量不同，所选用的无源滤波处理器也不同。如果选择的无源滤波处理器与谐波含量不对应，会降低无源滤波处理器的工作效率，不能有效地处理线路中所含有的谐波。因此在选择无源滤波处理器之前，对于线路中谐波含量的测量十分重要。
运用有源滤波处理和无源滤波处理相结合的方法，可以有效地改善输电的品质，提高电能在产生、运输以及使用过程中的效率。除此之外，对于谐波的处理还可以改善通信的质量，使得电能的综合利用率提高，也会降低电能设备的损耗程度，从而达到我们预期的治理效果。只有将医院中供电系统产生的谐波控制在合理的范围内，医院的用电质量才能得到保证，医院中所使用的高精度医疗设备才能准确运行，设备运行过程中产生的风险概率也会随之降低。除此之外，还能避免一定的经济损失，在一定程度上鼓励了医护人员的信心，提升医护人员工作态度。
5安科瑞医院EMS能效管理系统
5.1平台拓扑图
5.2医院有源谐波治理系统解决方案
都是谐波源，比如X光机、CT机等都会产生大量谐波，谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。谐波还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱。对于医院的化验设备可能会产生干扰。
为了消除配电系统谐波对医院设备的影响，方案配置AnSinI有源滤波器，滤除电网2~31次谐波干扰。
AnSinI系列有源电力滤波装置，以并联方式接入电网，通过实时检测负载的谐波和无功分量，采用PWM变流技术，从变流器中产生一个和当前谐波分量和无功分量对应的反向分量并实时注入电力系统，从而实现谐波治理和无功补偿。
有源谐波治理系统硬件配置方案
| 名称 | 型号 | 功能 |
| 有源谐波治理系统 | AnSin-□-MI型 | 采用DSP+FPGA全数字控制方式，并联在系统中，兼补谐波和无功：可对2~51次谐波进行全补偿或特定次谐波进行补偿；具备完善的桥臂过流保护、直流过压保护、装置过温保护功能：基于谷歌Fliutter框架构建的遥信、遥控软件平台，具备远程服务与数据处理功能；支持IOS、安卓、PC多平台交互；具备超前和滞后的功率因数校正功能，可将三相不平衡负荷调整至平衡；具备动态过温降载功能，较大限度的保证滤波器的持续运行；具备智能风扇转速控制功能，根据负荷率和环境温度智能控制风扇转速，降低损耗；具备动态扩容功能。 |
| 有源无功补偿系统 | AnCos-□-MI型 | 采用DSP高速检测和运算的数字控制系统监控及显示系统；具备无功功率线性补偿、三相电流平衡治理和稳定电压的功能，并可滤除5、7、11、13次以内的谐波；具备远程通讯接口功能，并可通过PC机进行实时监控：基于谷歌Fliutter框架构建的遥信、遥控软件平台,具备远程服务与数据处理功能；支持IOS、安卓、PC多平台交互；具备数据可视化与策略定制化；具备自动检测运行功能；具备智能散热和调速的功能；具备动态扩容功能，支持插拔，方便更换；具备测量监视和定值设定功能；具备过压切除、过压闭锁、欠压切除、超温告警等保护功能。 |
| 低压无功功率补偿装置 | ANSVC | 多种补偿形式：三相共补、三相分补、共补十分补三种形式，并使用串联电抗器保护电容器；控制器具有多回路循环或编码投切运行方式，能有效避免分组投切时个别电容投切过于频繁的问题；具有电力参数监测、采集和统计功能和标准的通信接口，可实现远程实时监测和计算机联网管理。 |
| 谐波保护器 | ANHPD | 吸收3kHz〜10MHz频率各种能量的谐波干扰，消除高次谐波、高频噪声、脉冲尖峰、浪涌等干扰，挤正电压、电流波形，克服由于高频谐波污染引起的干扰，保障设备的安全运行。 |
| 中銭安防保护器 | ANSNP | DSP+FPGA控制方式，响应时间短，全数字控制算法；可滤除中性线中由3N次谐波或三相不平衡造成的过大电流；具有完善的桥臂过流保护、直流过压保护、装置过温保护功能：釆用4.3英寸屏慕彩色触摸屏以实现参数设置和控制；多机并联，达到较高的电流输出等级。 |
|
混合动态谐波无功补偿 系统 |
AnCos-□/□-MI型 | 线性输出，无功功率全容性-全感性输出的同时，可滤除特定次谐波；具备三相不平衡治理及稳压功能；补偿后系统功率因数＞0.99;具有有源滤波功能，单模块有四种规格：30kvar无功十15安培滤波，50kvar无功+25安培滤波，75kvar无功+37.5安培滤波，lOOkvar无功+50安培滤波；模块化并联设计；基于谷歌Fliutter框架构建的遥信、遥控软件平台，具备运程服务与数据处理功能；支持IOS、安卓、PC多平台交互。 |
| 混合动态无功补偿系统 | AnCos-□/Q□II型 | 补偿方式灵活；无功补偿，谐波治理，解决三相不平衡问题；全模块设计；具有人性化的人机交互界面，实时显示系统的电能质量信息；基于谷歌Fliutter框架构建的遥信、遥控软件平台，具备远程服务与数据处理功能：支持IOS、安卓、PC多平台交互；采用7寸触摸屏，可以监控每一路TSCI作状态，实现参数设置和控制，保障功率因数可以达到0.99以上。 |
| 混合动态消谐补偿系统 | AnCos-□/C□II型 | 控制方式灵活，釆用先进的主电路拓扑和控制算法，快速响应；一机多能，既可补偿谐波，又可兼补无功；模块化设计；釆用可靠的电容电疣器组合，防止出现谐振；基于谷歌Fliutter框架构建的遥信、遥控软件平台，具备远程服务与数据处理功能；支持IOS、安卓、PC多平台交互；采用7英寸大屏慕彩色触摸屏以实现参数设置和控制，使用方便，易于操作和维护。 |
6结语
本文通过对医院供电系统中产生谐波的来源，谐波产生的危害以及如何治理谐波进行了简要的介绍，希望为以后解决医院供电系统中谐波治理提供一定的参考意见。也希望日后有更多更好处理医院供电系统中谐波的方法，以此营造一个安全的供电环境，使医院的工作更加科学化，更具安全性，并提高人们的生活质量。
参考文献：
医院配电系统谐波分析及治理研究 程杰
[1] 康恺 . 医院建筑供电系统谐波分析及治理 [J]. 中国医院建筑与装
备 ,2019,v.20(10):69-73.
[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册2020.06版．
[4]安科瑞用户变电站变配电监控解决方案2021.10
作者简介：
程瑜，男，现任职于江苏安科瑞微电网研究院有限公司，主要从事医院能效管理系统研发与应用。
审核编辑 黄宇
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