電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)與治理系統(tǒng)
1
諧波的危害
由于該醫(yī)院大量非線性負(fù)載設(shè)備 (變頻空調(diào)、電梯、X光機(jī)、CT機(jī)、核磁共振機(jī)、節(jié)能燈、EPS整流設(shè)備)的使用，導(dǎo)致醫(yī)院供電系統(tǒng)的諧波污染普遍比較嚴(yán)重。諧波污染會(huì)對(duì)用電設(shè)備和供電系統(tǒng)造成嚴(yán)重危害和隱患，主要有：
干擾電子設(shè)備的正常工作；
影響核磁共振等設(shè)備的工作性能,造成噪聲干擾和圖像紊亂；
引起電氣自動(dòng)裝置誤動(dòng)作，導(dǎo)致停電事故；
使精密化驗(yàn)設(shè)備振動(dòng)和噪聲加大，使用壽命縮短；
導(dǎo)致供電系統(tǒng)功率損耗增加，引起電網(wǎng)諧振，加速絕緣老化，系統(tǒng)功率因數(shù)降低，增加系統(tǒng)隱患。
2
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電能質(zhì)量的規(guī)定
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)諧波的要求也有詳細(xì)的規(guī)定?！禞GJ16-2008民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》22.3.2 “省級(jí)及以上 辦公建筑，銀行總行、分行及金融機(jī)構(gòu)的辦公大樓，三級(jí)甲等醫(yī)院的醫(yī)技樓，大型計(jì)算機(jī)中心等建筑物，宜在敏感醫(yī)療設(shè)備、重要計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等配電干線上設(shè)置有源濾波裝置；”，并且對(duì)諧波的參數(shù)進(jìn)行了規(guī)定：“22.3.1公共電網(wǎng)的電能質(zhì)量應(yīng)符合下列規(guī)定：”
3
解決方案
醫(yī)院的諧波源比較多，而且分布比較分散，不同設(shè)備產(chǎn)生的諧波畸變不同，諧波次數(shù)也不同，諧波電流和諧波電壓分量也比較大，所以要對(duì)醫(yī)院的諧波進(jìn)行的治理需要對(duì)供電一次、二次系統(tǒng)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。
3.1
一次系統(tǒng)合理設(shè)計(jì)
首先對(duì)一次系統(tǒng)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，比如選用D,yn11接線的K系數(shù)變壓器、諧波源設(shè)備采用專變專線供電、三相負(fù)載平衡等。
3.2
諧波測(cè)量和諧波治理
對(duì)系統(tǒng)諧波進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，諧波的測(cè)量和分析是對(duì)諧波進(jìn)行二次治理的前提條件。
變壓器低壓側(cè)開關(guān)均配置諧波監(jiān)測(cè)分析儀表，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)供電系統(tǒng)電流電壓諧波畸變數(shù)據(jù)，并可以設(shè)置諧波畸變?cè)较迗?bào)警，可配置APF有源濾波裝置進(jìn)行集中補(bǔ)償；
對(duì)醫(yī)技樓等諧波源比較多的供電回路諧波畸變率進(jìn)行監(jiān)控并且配置APF有源電力濾波裝置進(jìn)行局部或就地補(bǔ)償；
對(duì)2類場(chǎng)所比如手術(shù)室和ICU病房用電回路進(jìn)行諧波監(jiān)控，若諧波超標(biāo)配置小容量APF有源電力濾波裝置進(jìn)行就地治理，確保用電安全。
4
APF有源電力濾波裝置原理
APF有源電力濾波裝置能動(dòng)態(tài)濾除供電系統(tǒng)中的非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流，降低電壓諧波畸變率，諧波對(duì)變壓器、電容器和精密設(shè)備的影響。APF有源濾波裝置的原理如圖3-1所示：
APF有源電力濾波裝置以并聯(lián)方式接入電網(wǎng)，通過實(shí)時(shí)檢測(cè)負(fù)載的諧波和無功分量，采用PWM變流技術(shù)，從變流器中產(chǎn)生一個(gè)和當(dāng)前諧波分量和無功分量對(duì)應(yīng)的反向分量并實(shí)時(shí)注入供電系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)諧波濾除和無功補(bǔ)償。
5
補(bǔ)償方式
在醫(yī)院供電系統(tǒng)中，APF有源電力濾波裝置可以采用三種濾波補(bǔ)償方式。
5.1
變壓器出線側(cè)進(jìn)行集中補(bǔ)償
當(dāng)非線性負(fù)荷數(shù)量較多，分布比較分散，而且諧波畸變率不太高的情況下，可以在變壓器低壓配電母線側(cè)集中裝設(shè)APF有源電力濾波裝置進(jìn)行集中補(bǔ)償，比如節(jié)能燈較多的照明負(fù)載變壓器。這種補(bǔ)償方式可以的變壓器的運(yùn)行性能，提高系統(tǒng)整體的電能質(zhì)量。
5.2
特定支路局部補(bǔ)償
當(dāng)非線性設(shè)備集中在某些特定支路時(shí)，可以在支路上裝設(shè)APF有源濾波裝置進(jìn)行局部補(bǔ)償。
5.3
特定設(shè)備就地補(bǔ)償
單臺(tái)容量較大的穩(wěn)定運(yùn)行的非線性醫(yī)療設(shè)備、頻譜特征明顯，自然功率因數(shù)又較低的非線性負(fù)載，以及諧波源產(chǎn)生的諧波比較集中于連續(xù)三種或以下(如3次、5次、7次)的諧波治理，可以對(duì)諧波源進(jìn)行就地補(bǔ)償，比如核磁共振成像、X光機(jī)，ECT、中央空調(diào)等，這種方式能達(dá)到非常好的補(bǔ)償和節(jié)能效果，不會(huì)對(duì)支路和整個(gè)系統(tǒng)造成影響。
在設(shè)計(jì)諧波治理方案的時(shí)候，可以根據(jù)配電網(wǎng)絡(luò)的諧波監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，靈活采取以上三種諧波治理方式，能對(duì)醫(yī)院的諧波污染進(jìn)行較好的治理，供電系統(tǒng)隱患，使諧波污染對(duì)醫(yī)院整個(gè)系統(tǒng)和設(shè)備的影響降到zui小，避免影響重要醫(yī)療設(shè)備的正常運(yùn)行，保證2類場(chǎng)所供電安全。
6
諧波治理設(shè)備選型計(jì)算
6.1
有源濾波設(shè)備選型計(jì)算
有源濾波器選型時(shí)按照安裝所處的位置和需要補(bǔ)償?shù)膶?duì)象，可以進(jìn)行需要補(bǔ)償電流的估算和計(jì)算。計(jì)算時(shí)候主要是根據(jù)客戶負(fù)載類型進(jìn)行分類，由該類型負(fù)載的典型數(shù)據(jù)和用戶負(fù)荷電流計(jì)算值來進(jìn)行計(jì)算。
各行業(yè)由于使用設(shè)備不同，諧波負(fù)載也存在差異，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，各行業(yè)電流諧波畸變率推薦值如下表：
所需補(bǔ)償電流估算的本質(zhì)就是要計(jì)算出負(fù)載運(yùn)行時(shí)的實(shí)際諧波電流是多少。
6.1.1
集中補(bǔ)償容量計(jì)算
集中補(bǔ)償方式需要補(bǔ)償?shù)闹C波電流可由變壓器容量來估算，需要考慮變壓器的負(fù)載率，具體可以根據(jù)下面的公式來進(jìn)行估算：
K1為負(fù)荷率：即負(fù)荷占變壓器額定容量的比例，通常取0.6~0.8，這里取0.6；
K2為諧波系數(shù)，集中補(bǔ)償場(chǎng)合適用于整體諧波污染不高但比較分散的場(chǎng)合，取12%；
ST為變壓器額定容量，單位kVA；
US為低壓系統(tǒng)電壓，一般取0.4。
根據(jù)上式計(jì)算，一臺(tái)容量為2000kVA的變壓器，出線側(cè)諧波電流ITHD=206A，可以選擇諧波補(bǔ)償容量為200A的有源電力濾波柜進(jìn)行補(bǔ)償。
6.1.2支路局部補(bǔ)償容量計(jì)算
對(duì)于諧波源負(fù)載比較集中的特定支路進(jìn)行局部補(bǔ)償，計(jì)算公式可以根據(jù)集中補(bǔ)償?shù)挠?jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，比如醫(yī)技樓一路容量250kVA的支路，大部分設(shè)備為醫(yī)技設(shè)備，電流諧波畸變率按照20%選擇，負(fù)載率0.8，ITHD=56A，可以選擇一臺(tái)7的有源電力濾波柜進(jìn)行局部補(bǔ)償。
6.1.3 特定設(shè)備就地補(bǔ)償容量計(jì)算
單臺(tái)大容量諧波源設(shè)備進(jìn)行就地補(bǔ)償能取得的補(bǔ)償效果，各種典型諧波源設(shè)備諧波含量如下表：
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，補(bǔ)償容量可以按照ITHD=SL*K2計(jì)算。中SL為設(shè)備負(fù)載，單位kW，K2為諧波系數(shù)，取值見上表。上式只涉及數(shù)字的計(jì)算，不計(jì)算單位。
6.2
APF有源電力濾波裝置補(bǔ)償效果
上圖是工程實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)波形，在使用APF有源電力濾波裝置之前，回路的諧波污染比較嚴(yán)重，波形嚴(yán)重失真，三相電流也嚴(yán)重不平衡。在使用APF裝置對(duì)諧波源設(shè)備進(jìn)行就地補(bǔ)償之后，測(cè)得的波形數(shù)據(jù)得到較好的補(bǔ)償。
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