0、引言
隨著各種電氣設(shè)備在醫(yī)院診療中的使用越來越廣泛，諧波源越來越多，造成線路及電源處的諧波污染也越來越大。某醫(yī)院變電所有電源進(jìn)線柜3個，現(xiàn)場的配電系統(tǒng)存在以下問題：出現(xiàn)配電線路損耗增大、發(fā)熱、縮短絕緣壽命；出現(xiàn)電容器等設(shè)備燒毀現(xiàn)象；出現(xiàn)部分醫(yī)療設(shè)備(如核磁共振、CT)數(shù)據(jù)失真、損壞，瞬時(shí)掉電等現(xiàn)象。經(jīng)初步判斷，系統(tǒng)中電力側(cè)諧波和用戶側(cè)諧波的含量都比較大，需要做一個的諧波檢測。
1、諧波的檢測、分析及建議治理方案
電能質(zhì)量分析儀如圖1所示。
圖1 電能質(zhì)量分析儀
諧波檢測位置如圖2所示，橢圓處表示為測試示意位置
圖2 諧波檢測位置
對各電源進(jìn)線柜點(diǎn)緩解溫室效應(yīng)、優(yōu)化空氣質(zhì)量,做到節(jié)能減排、環(huán)保出行。
表1 各電源進(jìn)線柜測量數(shù)據(jù)
測試點(diǎn) | 諧波含量(THDA) | 功率因數(shù) |
1# 變壓器電源進(jìn)線柜 | 14．1% | 0.88 |
4# 變壓器電源進(jìn)線柜 | 17．2% | 0.85 |
5# 變壓器電源進(jìn)線柜 | 9．2% | 0.66 |
1#變壓器電源進(jìn)線柜監(jiān)測得到數(shù)據(jù)如圖3所示。
圖3 1#變壓器電源進(jìn)線柜監(jiān)測得到數(shù)據(jù)
對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以得出以下結(jié)論:測量時(shí)系統(tǒng)電流為 698 A,三相電流相對平衡;負(fù)載在無電容柜運(yùn)行時(shí)功率因數(shù)為 0.88;電流波形畸變非常明顯,出現(xiàn)馬鞍形,畸變嚴(yán)重;總電流畸變率在測試過程中最高達(dá) 14.1% ;3、5、7、9 次諧波都非常高，諧波相對基波比例分別為 11.0%6.6%,0.4%、4.8%。
此階段諧波電流大小可根據(jù)公式 = lxTHD%，電流、畸變率以測量時(shí)計(jì),諧波電流為98 A,考慮到諧波治理的必要性及負(fù)載的變化等因素,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可知,治理容量需要相對放大余量進(jìn)行,建議本段母線的可選治理容量為 100 A。同理,4*進(jìn)線柜諧波電流為 117 A,建議本段母線的可選治理容量為 125 A;5*變壓器電源進(jìn)線柜諧波電流為 36 A,建議本段母線的可選治理容量為 75 A。
產(chǎn)生的問題因諧波引起，因此提出了針對電流諧波治理的建議方案:1變壓器電源進(jìn)線柜，安裝 100 A 諧波保護(hù)柜;4"變壓器電源進(jìn)線柜，安裝 125 A 諧波保護(hù)柜;5變壓器電源進(jìn)線柜,安裝75 A諧波保護(hù)柜。諧波保護(hù)柜安裝點(diǎn)如圖4 所示。
圖4 諧波保護(hù)柜安裝點(diǎn)
2、諧波的分析及危害成因
2．1諧波的產(chǎn)生
諧波產(chǎn)生的原因?yàn)榉蔷€性負(fù)載工作時(shí)，由于非線性負(fù)載輸入端的整流電路阻抗不是一個定值，其阻抗隨著外加電壓的變化發(fā)生變化，導(dǎo)致整流器從電網(wǎng)吸取的電流不是正弦波電流。三相整流器也會產(chǎn)生諧波電流，但是這時(shí)對應(yīng)每個波峰，不是一個脈沖電流，而是兩個脈沖電流。無論單相整流器還是三相整流器，其電流波形都發(fā)生畸變，不再是正弦波電流，因此包含諧波成分。
2．2諧波的國家標(biāo)準(zhǔn)
(1) 根據(jù)GB50052-2009《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》第5條“電壓選擇和電能質(zhì)量"中對電能質(zhì)量和諧波保護(hù)提出要求。第5.0.12中規(guī)定:配電系統(tǒng)中的諧波電壓和在公共連接點(diǎn)注入的諧波電流允許限值必須符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 14549一1993 能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》的規(guī)定4
(2) CB/T 14549-1993 《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》,對交流額定頻率為 50 Hz,標(biāo)稱電壓 110 kV及以下的公用電網(wǎng)諧波的允許值已給出明確限制要求。標(biāo)準(zhǔn)要求采用電能質(zhì)量治理，如諧波保護(hù)器、有源濾波器等。
(3)GB 51348-2019《民用電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》也對精密生產(chǎn)企業(yè)的諧波要求提出明確的要求。
在380V低壓配電系統(tǒng)中，很多情況下變壓器的容量小于10MVA。因此，根據(jù)國家規(guī)定的諧波換算公式中有在變壓器的容量不同于表中的基準(zhǔn)短路容量時(shí)，可按下式修正表中的諧波電流允許：
式中:SK1———變壓器容量；
SK2———基準(zhǔn)短路容量；
Ihp———第h次諧波電流允許值；
Ih———變壓器容量為SK1時(shí)第h次諧波電流允許值。
諧波治理效益分析
在加裝諧波保護(hù)柜后將會帶來以下效益：
(1)保障電動機(jī)等設(shè)備用電環(huán)境，降低由于諧波電流和電壓對變頻器驅(qū)動的電動機(jī)所造成的主要效應(yīng)為在諧波頻率下鐵損和銅損的增加所引起之額外溫升;提高電動機(jī)效率，減少轉(zhuǎn)知影響。
(2)直接降低系統(tǒng)中電流畸變率，減少電網(wǎng)中的諧波含量，保證諧波含量符合國家標(biāo)準(zhǔn)。
(3)降低諧波在企業(yè)電網(wǎng)中設(shè)備產(chǎn)生附加諧波損耗，降低電網(wǎng)線損。在三相四線制系統(tǒng)中,零線會由于流過大量的3次及其倍數(shù)次諧波電流,造成零線過熱，嚴(yán)重時(shí)造成電纜火災(zāi)，經(jīng)過諧波治理后消除此隱患。峰低諧波產(chǎn)生額外的集膚效應(yīng),消除諧波引起的用電設(shè)備發(fā)熱、使絕緣老化、降低設(shè)備的使用壽命、甚至關(guān)鍵部件的頻緊損壞的問題。
(4)消除諧波使電網(wǎng)與補(bǔ)償電容器之間發(fā)生諧振,避免諧波電流放大幾倍甚至數(shù)十倍、造成過電流、引起電容器和與之相連設(shè)備損壞的問題。
(5)消除諧波對附近系統(tǒng)的信號傳輸產(chǎn)生干擾。諧波對附近系統(tǒng)的信號傳輸產(chǎn)生干擾,輕者引入噪聲,重者導(dǎo)致信號丟失,使系統(tǒng)無法正常工作。計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)傳送和自動控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)丟失經(jīng)常會造成自動化產(chǎn)品線上廢品率的增加。
(6)消除電力系統(tǒng)繼電保護(hù)誤起動,誤動作跳聞,拒動和損壞，及經(jīng)常出現(xiàn)電機(jī)保護(hù)儀損壞和誤動作的問題。
(7)降低電網(wǎng)諧波污染而導(dǎo)致的輸電線路、變壓器和電機(jī)損耗增加，從而節(jié)約能源。
(8)消除諧波引起的變壓器、旋轉(zhuǎn)電機(jī)等鐵芯磁感應(yīng)環(huán)流的增加，減小電氣設(shè)備發(fā)熱的損耗,降低功耗及絕緣老化,延長設(shè)備壽命,防止燒毀旋轉(zhuǎn)電機(jī)。
(9)消除因諧波影響而使電能表等計(jì)量裝置誤差增大，不能正確計(jì)量電能的現(xiàn)象。
電動汽車充換電站中的充電樁、充能機(jī)是一種非線性設(shè)備，成片設(shè)置后會產(chǎn)生大量諧波，如不加以處理,將對用電計(jì)量表、變壓器、配電電纜、無功電容補(bǔ)償器等電力設(shè)備造成不良影響,對電網(wǎng)中的電能質(zhì)量造成嚴(yán)重的負(fù)面效應(yīng)。
4、安科瑞諧波治理產(chǎn)品選型
4.1功能介紹
ANAPF系列有源電力濾波器并聯(lián)在含諧波負(fù)載的低壓配電系統(tǒng)中，能夠?qū)討B(tài)變化的諧波電流進(jìn)行快速實(shí)時(shí)的跟蹤和補(bǔ)償。
ANAPF系列有源電力濾波器通過CT采集系統(tǒng)諧波電流，經(jīng)控制器快速計(jì)算并提取各次諧波電流的含量，產(chǎn)生諧波電流指令，通過功率執(zhí)行器件產(chǎn)生與諧波電流幅值相等方向相反的補(bǔ)償電流，并注入電力系統(tǒng)中，從而抵消非線性負(fù)載所產(chǎn)生的諧波電流。
4.2產(chǎn)品選型
立柜式 | 型號 | 補(bǔ)償電流 | 柜體尺寸 W*D*H(mm) | 進(jìn)出線方式 | ||
|
| ANAPF□-380/□G□ | 50~600A | 800*1000*2200 （其他尺寸可定制） | 穿銅排 下進(jìn)下出 （其他方式可定制） | |
壁掛式 | 型號 | 補(bǔ)償電流 | 柜體尺寸 W*D*H(mm) | 進(jìn)出線方式 | ||
|
| ANAPF□-380/□B□ | 30A | 480*130*440 | 上進(jìn)上出 | |
50A | 480*200*530 | |||||
75A | 450*201*622 | |||||
100A | 450*201*622 | |||||
抽屜式 | 型號 | 補(bǔ)償電流 | 柜體尺寸 W*D*H(mm) | 進(jìn)出線方式 | ||
|
| ANAPF□-380/□C□ | 30A | 480*440*130 | 后進(jìn)后出 | |
50A | 480*530*200 | |||||
75A | 460*622*201 | |||||
100A | 460*622*201 | |||||
4.3技術(shù)參數(shù)
接線方式 | 三相三線或三相四線 |
接入電壓 | 380V±15% |
接入頻率 | 50Hz±2% |
響應(yīng)時(shí)間 | 完*響應(yīng)時(shí)間≤5ms，瞬時(shí)響應(yīng)時(shí)間≤100μs |
開關(guān)頻率 | 20kHz |
功能設(shè)置 | 只補(bǔ)償諧波、只補(bǔ)償無功、既補(bǔ)償諧波又補(bǔ)償無功 |
諧波補(bǔ)償次數(shù) | 2-51次（全部補(bǔ)償或規(guī)定次數(shù)補(bǔ)償） |
損耗 | ≤2.5% |
效率 | ≥97.5% |
總諧波補(bǔ)償率 | ≥95% |
保護(hù)類型 | 直流過壓保護(hù)、IGBT過流保護(hù)、裝置過溫保護(hù)、輸出限幅保護(hù)等 |
冷卻方式 | 強(qiáng)制風(fēng)冷 |
噪音 | ≤65dB |
工作環(huán)境溫度 | -10℃～+45℃（環(huán)境溫度超過工作溫度范圍降容使用） |
工作環(huán)境濕度 | ＜85%RH不凝結(jié) |
安裝場合 | 室內(nèi)安裝 |
海拔高度 | ≤1000m（更高海拔需降容使用） |
防護(hù)等級 | IP20 |
智能通信接口 | 外加模塊 |
遠(yuǎn)程監(jiān)控 | 可選 |
安裝方式 | 立柜式、壁掛式、抽屜式 |
5、總結(jié)
結(jié)合實(shí)際工程案例,對現(xiàn)代醫(yī)院中出現(xiàn)的諧波及造成的危害性，提出一種諧波解決方案。雖需要投入一定的資金,但從數(shù)據(jù)安全、用電安全、綠色節(jié)能、設(shè)備保護(hù)等方面帶來的經(jīng)濟(jì)效益還是十分明顯的。
【參考文獻(xiàn)】
陳義清.醫(yī)院電氣設(shè)備諧波治理分析[J].現(xiàn)代建筑電氣，2022
李志東，龍燕，等.醫(yī)院供配電系統(tǒng)諧波測量和分析[J].后勤工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2014
安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊.2020.6版
安科瑞電能質(zhì)量監(jiān)測與治理選型手冊.2019.11版
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