淺談醫(yī)院配電系統(tǒng)諧波分析及治理研究

程瑜

江蘇安科瑞微電網(wǎng)研究院有限公司 江蘇江陰 214432

摘要：諧波主要出現(xiàn)在醫(yī)院配電系統(tǒng)中，如果醫(yī)院的配電系統(tǒng)質(zhì)量不夠高，往往會(huì)產(chǎn)生諧波。諧波不僅影響配電系統(tǒng)中電能的質(zhì)量，而且還會(huì)影響配電設(shè)備的使用壽命，大多數(shù)情況下，諧波的產(chǎn)生會(huì)使得配電設(shè)備的使用壽命減短。而醫(yī)院作為一個(gè)特殊的場(chǎng)所，需要重視醫(yī)院供電系統(tǒng)中諧波的出現(xiàn)，并采取相應(yīng)的諧波處理措施。本文就醫(yī)院配電系統(tǒng)中諧波的處理提出相應(yīng)的建議，希望為醫(yī)院配電系統(tǒng)后續(xù)正常運(yùn)行提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：醫(yī)院配電設(shè)備；諧波產(chǎn)生的原因；治理諧波

0引言

隨著電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)院引入大量電子化醫(yī)療設(shè)備和高精度醫(yī)療儀器，而這些醫(yī)療設(shè)備與醫(yī)療儀器在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)往往是依靠供電系統(tǒng)的，供電系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生諧波，諧波的危害嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致醫(yī)生對(duì)患者情況的誤診，更有部分諧波產(chǎn)生后，會(huì)通過(guò)那些直接接觸人體的醫(yī)療設(shè)備對(duì)人體的健康造成較為嚴(yán)重的影響，如產(chǎn)生微電擊，更有嚴(yán)重的甚至?xí)：θ说纳?。諧波的產(chǎn)生不僅會(huì)對(duì)患者的治療造成影響，而且還消耗大量電能，在一定程度上增加了醫(yī)院的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，但是諧波問(wèn)題目前還沒(méi)有得到充分的重視，因此要重視諧波問(wèn)題，并找到諧波產(chǎn)生的原因和解決這些問(wèn)題的措施，營(yíng)造一個(gè)良好的治療環(huán)境。

1諧波概述

諧波是一種對(duì)人體有害的電磁波。諧波的來(lái)源主要有以下幾個(gè)方面：一是由于發(fā)電源的質(zhì)量不高從而產(chǎn)生的諧波，因?yàn)獒t(yī)院中所用的醫(yī)療設(shè)備、發(fā)電機(jī)和電源都在制作上無(wú)法做到均勻一致，所以導(dǎo)致發(fā)電源的質(zhì)量不過(guò)關(guān)，進(jìn)而會(huì)產(chǎn)生諧波，不過(guò)一般情況下，這種情況產(chǎn)生的諧波數(shù)量較少；二是輸配電系統(tǒng)中產(chǎn)生諧波，輸配電系統(tǒng)中產(chǎn)生諧波的主要設(shè)備一般是電力變壓器，電力變壓器中如果鐵心飽和的話，就會(huì)使得電力變壓器的工作點(diǎn)偏離正確的曲線，通常情況下，電力變壓器工作點(diǎn)偏離曲線的距離與諧波電流產(chǎn)生的數(shù)量成正比。而電力系統(tǒng)中的諧波主要來(lái)源于電氣設(shè)備，因此諧波對(duì)電氣設(shè)備的危害很大。諧波不僅僅會(huì)降低電能的傳輸產(chǎn)生利用的效率，而且還會(huì)使電器設(shè)備老化，更嚴(yán)重的有可能會(huì)使電器設(shè)備燒毀，進(jìn)而造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

2諧波的危害

2.1增加設(shè)備損耗

諧波會(huì)增加設(shè)備損耗程度，是因?yàn)樵谳斉潆娤到y(tǒng)中，一般都是電力變壓器產(chǎn)生諧波，所以諧波對(duì)于電力變壓器的影響較大。除此之外，諧波的產(chǎn)生還會(huì)影響電機(jī)的正常運(yùn)行，從而使得絕緣材料的電力供應(yīng)增加，進(jìn)而增加電力變壓器運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的渦流損耗。當(dāng)電力變壓器運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的渦流損耗超過(guò)額定標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候,就會(huì)對(duì)電力變壓器中的金屬繞線組產(chǎn)生一定的影響，金屬繞線組摩擦增加，從而導(dǎo)致設(shè)備發(fā)熱、設(shè)備老化等一系列問(wèn)題。

2.2增加線損及其他設(shè)備損耗

諧波是一種對(duì)人體有害的電磁波，諧波在產(chǎn)生的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生電壓，這些電壓往往是連續(xù)性的產(chǎn)生。而當(dāng)這些連續(xù)性的電壓積累到一定程度時(shí)，就會(huì)對(duì)醫(yī)療電氣設(shè)備中的線路及相關(guān)器件造成一定的損耗，從而影響電路變壓器的正常運(yùn)行，降低電路變壓器運(yùn)行質(zhì)量。

2.3造成設(shè)備運(yùn)行異常

通常情況下，電氣設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中往往會(huì)遵循一定的電氣系統(tǒng)配置運(yùn)行規(guī)律，但是諧波的產(chǎn)生會(huì)干擾這種電氣設(shè)備正常運(yùn)行的邏輯，進(jìn)而導(dǎo)致電氣系統(tǒng)異常運(yùn)行，比如，我們生活中比較常見(jiàn)的跳閘現(xiàn)象就是一種典型的電器設(shè)備運(yùn)行異常的代表。

2.4影響通信質(zhì)量

通信已經(jīng)成為我們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚囊徊糠郑覀兊娜粘Ｍㄐ烹x不開(kāi)長(zhǎng)短波的傳輸，但是諧波這種電磁波廢料，由于其本身的波長(zhǎng)不固定，因此會(huì)對(duì)我們的日常通信造成干擾，常常表現(xiàn)為增加通信過(guò)程中的噪音。除此之外，我們?cè)谟梦⑿胚M(jìn)行視頻語(yǔ)音聊天的過(guò)程中，信號(hào)也會(huì)因?yàn)橹C波的干擾而減弱。

2.5諧波對(duì)醫(yī)院的危害

由于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我們的醫(yī)療診斷也越來(lái)越多地依賴醫(yī)療設(shè)備，可一旦醫(yī)療設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中被諧波干擾，醫(yī)療設(shè)備會(huì)出現(xiàn)讀數(shù)異?；蛘哌\(yùn)行異常，就會(huì)對(duì)醫(yī)生的診斷過(guò)程造成影響，比如造成醫(yī)生對(duì)患者的誤診就是一個(gè)典型的例子。更有甚者，當(dāng)醫(yī)生正在對(duì)患者進(jìn)行手術(shù)時(shí)，如果醫(yī)療設(shè)備在此時(shí)出現(xiàn)故障，就會(huì)對(duì)病人的生命造成嚴(yán)重的危害，進(jìn)而造成醫(yī)療事故，并會(huì)引起不必要的經(jīng)濟(jì)損失以及激發(fā)醫(yī)患矛盾。這不僅僅是一種經(jīng)濟(jì)上的損失，對(duì)于醫(yī)護(hù)工作人員的精神上也是一種傷害。

3醫(yī)院供電系統(tǒng)中諧波的主要來(lái)源

3.1放射類醫(yī)療設(shè)備

CT機(jī)在其工作周期內(nèi)，如果工作時(shí)就會(huì)產(chǎn)生諧波，經(jīng)過(guò)調(diào)查CT機(jī)在工作時(shí)產(chǎn)生的諧波率會(huì)高達(dá)百分之30。核磁共振儀也是醫(yī)院供電系統(tǒng)中產(chǎn)生諧波的主要設(shè)備之一，經(jīng)過(guò)相關(guān)專業(yè)人員的測(cè)量，發(fā)現(xiàn)核磁共振儀在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的諧波畸變率高達(dá)百分之25。除此之外，x光機(jī)、數(shù)字減影血管造影、三光子直射加速器等此類放射性醫(yī)療設(shè)備都會(huì)產(chǎn)生諧波。如果諧波問(wèn)題還沒(méi)有引起部分醫(yī)院的重視，不僅僅會(huì)對(duì)該設(shè)備本身造成影響，還會(huì)對(duì)醫(yī)院的其他設(shè)備造成影響，因此，醫(yī)院要加強(qiáng)對(duì)諧波問(wèn)題的重視。

3.2開(kāi)關(guān)電源

許多大型醫(yī)院都是要求醫(yī)院一天24h全天供電，除此之外，醫(yī)院中一些高精度醫(yī)療設(shè)備對(duì)供電的質(zhì)量要求也比較高。因此，開(kāi)關(guān)電源的出現(xiàn)解決了醫(yī)院供電需求以及醫(yī)院大型醫(yī)療設(shè)備對(duì)電能質(zhì)量的需求這一問(wèn)題。但是，經(jīng)過(guò)測(cè)量發(fā)現(xiàn)，開(kāi)關(guān)電源在運(yùn)行過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生諧波，并且開(kāi)關(guān)電源在運(yùn)行中產(chǎn)生的諧波畸變率為百分之20，僅次于核磁共振儀產(chǎn)生的諧波畸變率，所以開(kāi)關(guān)電源的運(yùn)用過(guò)程中產(chǎn)生的諧波也要引起我們的重視。

3.3醫(yī)院中的升降電梯

醫(yī)院作為一個(gè)公共場(chǎng)所，人流量較多，所以醫(yī)院中升降電梯隨處可見(jiàn)，而升降電梯在啟動(dòng)與停止時(shí)產(chǎn)生的變速，通常都是由變頻器來(lái)完成的，但變頻器會(huì)導(dǎo)致電流發(fā)生嚴(yán)重的畸變。通常情況下，畸變的的概率為百分之40～百分之70。電梯作為一種大功率耗電設(shè)備，產(chǎn)生的諧波電流也較大，因此我們?cè)谡{(diào)查諧波來(lái)源時(shí)不能忽略電梯。

3.4其他設(shè)備中的諧波

除了上述三類設(shè)備，醫(yī)院中可以產(chǎn)生諧波的設(shè)備還有空調(diào)、鍋爐、以及部分小型醫(yī)療設(shè)備、計(jì)算機(jī)、還有醫(yī)院中比較常見(jiàn)的照明燈等。雖然這些設(shè)備所產(chǎn)生的諧波危害性并不是很大，但還是會(huì)有一定的影響。比如，醫(yī)院中的計(jì)算機(jī)，諧波的存在會(huì)使得機(jī)房中部分電腦在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)邏輯性的錯(cuò)誤以及數(shù)據(jù)丟失，導(dǎo)致計(jì)算機(jī)運(yùn)行故障等問(wèn)題，所以這些設(shè)備中所產(chǎn)生的諧波也應(yīng)該引起我們的重視。

4諧波治理措施

由于醫(yī)院供電設(shè)備中諧波來(lái)源較為穩(wěn)定，相較其他場(chǎng)所的諧波處理具有一定的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)前對(duì)醫(yī)院供電設(shè)備中所產(chǎn)生的諧波處理主要有三種方法：有源濾波處理法，無(wú)源濾波處理法以及有源濾波和無(wú)源濾波處理相結(jié)合的方法。有源濾波處理方法比無(wú)源濾波處理方法更為優(yōu)越，首先有源濾波處理方法具有動(dòng)態(tài)補(bǔ)償作用，且系統(tǒng)的阻抗對(duì)于有源濾波器的影響較小，可以實(shí)現(xiàn)規(guī)?；牟僮鳎M(jìn)而提高諧波治理的效率。無(wú)源濾波處理法處理諧波的效能較高，但在使用無(wú)源濾波處理器前，需要使用諧波測(cè)量?jī)x提前測(cè)量出線路中所含有的諧波的含量，只有對(duì)于線路中所含有的諧波含量有一定的認(rèn)識(shí)后，才能相應(yīng)地選擇合適的無(wú)源濾波處理器。因?yàn)榫€路中所含有的諧波含量不同，所選用的無(wú)源濾波處理器也不同。如果選擇的無(wú)源濾波處理器與諧波含量不對(duì)應(yīng)，會(huì)降低無(wú)源濾波處理器的工作效率，不能有效地處理線路中所含有的諧波。因此在選擇無(wú)源濾波處理器之前，對(duì)于線路中諧波含量的測(cè)量十分重要。

運(yùn)用有源濾波處理和無(wú)源濾波處理相結(jié)合的方法，可以有效地改善輸電的品質(zhì)，提高電能在產(chǎn)生、運(yùn)輸以及使用過(guò)程中的效率。除此之外，對(duì)于諧波的處理還可以改善通信的質(zhì)量，使得電能的綜合利用率提高，也會(huì)降低電能設(shè)備的損耗程度，從而達(dá)到我們預(yù)期的治理效果。只有將醫(yī)院中供電系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波控制在合理的范圍內(nèi)，醫(yī)院的用電質(zhì)量才能得到保證，醫(yī)院中所使用的高精度醫(yī)療設(shè)備才能準(zhǔn)確運(yùn)行，設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)概率也會(huì)隨之降低。除此之外，還能避免一定的經(jīng)濟(jì)損失，在一定程度上鼓勵(lì)了醫(yī)護(hù)人員的信心，提升醫(yī)護(hù)人員工作態(tài)度。

5安科瑞醫(yī)院EMS能效管理系統(tǒng)

5.1平臺(tái)拓?fù)鋱D

5.2醫(yī)院有源諧波治理系統(tǒng)解決方案

都是諧波源，比如X光機(jī)、CT機(jī)等都會(huì)產(chǎn)生大量諧波，諧波使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低，使電氣設(shè)備過(guò)熱、產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀。諧波可引起電力系統(tǒng)局部并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設(shè)備燒毀。諧波還會(huì)引起繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置誤動(dòng)作，使電能計(jì)量出現(xiàn)混亂。對(duì)于醫(yī)院的化驗(yàn)設(shè)備可能會(huì)產(chǎn)生干擾。

為了消除配電系統(tǒng)諧波對(duì)醫(yī)院設(shè)備的影響，方案配置AnSinI有源濾波器，濾除電網(wǎng)2~31次諧波干擾。

AnSinI系列有源電力濾波裝置，以并聯(lián)方式接入電網(wǎng)，通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)負(fù)載的諧波和無(wú)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(wú)功分量對(duì)應(yīng)的反向分量并實(shí)時(shí)注入電力系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)諧波治理和無(wú)功補(bǔ)償。

有源諧波治理系統(tǒng)硬件配置方案

6結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)醫(yī)院供電系統(tǒng)中產(chǎn)生諧波的來(lái)源，諧波產(chǎn)生的危害以及如何治理諧波進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹，希望為以后解決醫(yī)院供電系統(tǒng)中諧波治理提供一定的參考意見(jiàn)。也希望日后有更多更好處理醫(yī)院供電系統(tǒng)中諧波的方法，以此營(yíng)造一個(gè)安全的供電環(huán)境，使醫(yī)院的工作更加科學(xué)化，更具安全性，并提高人們的生活質(zhì)量。

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醫(yī)院配電系統(tǒng)諧波分析及治理研究 程杰

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[4]安科瑞用戶變電站變配電監(jiān)控解決方案2021.10

作者簡(jiǎn)介：

程瑜，男，現(xiàn)任職于江蘇安科瑞微電網(wǎng)研究院有限公司，主要從事醫(yī)院能效管理系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用。

審核編輯 黃宇