電能質(zhì)量在線(xiàn)監測與治理系統

1　諧波的危害
　　由于該醫院大量非線(xiàn)性負載設備 (變頻空調、電梯、X光機、CT機、核磁共振機、節能燈、EPS整流設備)的使用，導致醫院供電系統的諧波污染普遍比較嚴重。諧波污染會(huì )對用電設備和供電系統造成嚴重危害和隱患，主要有：
　　干擾電子設備的正常工作；
　　影響核磁共振等設備的工作性能,造成噪聲干擾和圖像紊亂；
　　引起電氣自動(dòng)裝置誤動(dòng)作，導致停電事故；
　　使化驗設備振動(dòng)和噪聲加大，使用壽命縮短；
　　導致供電系統功率損耗增加，引起電網(wǎng)諧振，加速絕緣老化，系統功率因數降低，增加系統隱患。

2　國家標準對電能質(zhì)量的規定
　　國家標準對諧波的要求也有詳細的規定?！禞GJ16-2008民用建筑電氣設計規范》22.3.2 “省級及以上政府辦公建筑，銀行總行、分行及金融機構的辦公大樓，三級甲等醫院的醫技樓，大型計算機中心等建筑物，宜在敏感醫療設備、重要計算機網(wǎng)絡(luò )設備等配電干線(xiàn)上設置有源濾波裝置；"，并且對諧波的參數進(jìn)行了規定：“22.3.1公共電網(wǎng)的電能質(zhì)量應符合下列規定："

3　解決方案
　　醫院的諧波源比較多，而且分布比較分散，不同設備產(chǎn)生的諧波畸變不同，諧波次數也不同，諧波電流和諧波電壓分量也比較大，所以要對醫院的諧波進(jìn)行的治理需要對供電一次、二次系統進(jìn)行合理的設計。
3.1　一次系統合理設計
　　首先對一次系統進(jìn)行合理的設計，比如選用D,yn11接線(xiàn)的K系數變壓器、諧波源設備采用專(zhuān)變專(zhuān)線(xiàn)供電、改善三相負載平衡等。
3.2 　諧波測量和諧波治理
　　對系統諧波進(jìn)行實(shí)時(shí)的監測，諧波的測量和分析是對諧波進(jìn)行二次治理的前提條件。
　　變壓器低壓側開(kāi)關(guān)均配置諧波監測分析儀表，實(shí)時(shí)監測供電系統電流電壓諧波畸變數據，并可以設置諧波畸變越限報警，可配置APF有源濾波裝置進(jìn)行集中補償；
　　對醫技樓等諧波源比較多的供電回路諧波畸變率進(jìn)行監控并且配置APF有源電力濾波裝置進(jìn)行局部或就地補償；
　　對2類(lèi)場(chǎng)所比如手術(shù)室和ICU病房用電回路進(jìn)行諧波監控，若諧波超標配置小容量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)濾除供電系統中的非線(xiàn)性負載產(chǎn)生的諧波電流，降低電壓諧波畸變率，消除諧波對變壓器、電容器和設備的影響。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(guò)實(shí)時(shí)檢測負載的諧波和無(wú)功分量，采用PWM變流技術(shù)，從變流器中產(chǎn)生一個(gè)和當前諧波分量和無(wú)功分量對應的反向分量并實(shí)時(shí)注入供電系統，從而實(shí)現諧波濾除和無(wú)功補償。

5　補償方式
　　在醫院供電系統中，APF有源電力濾波裝置可以采用三種濾波補償方式。
5.1 　變壓器出線(xiàn)側進(jìn)行集中補償
　　當非線(xiàn)性負荷數量較多，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(xiàn)側集中裝設APF有源電力濾波裝置進(jìn)行集中補償，比如節能燈較多的照明負載變壓器。這種補償方式可以的改善變壓器的運行性能，提高系統整體的電能質(zhì)量。

5.2　 特定支路局部補償
　　當非線(xiàn)性設備集中在某些特定支路時(shí)，可以在支路上裝設APF有源濾波裝置進(jìn)行局部補償。

5.3 　特定設備就地補償
　　單臺容量較大的穩定運行的非線(xiàn)性醫療設備、頻譜特征明顯，自然功率因數又較低的非線(xiàn)性負載，以及諧波源產(chǎn)生的諧波比較集中于連續三種或以下(如3次、5次、7次)的諧波治理，可以對諧波源進(jìn)行就地補償，比如核磁共振成像、X光機，ECT、*空調等，這種方式能達到非常好的補償和節能效果，不會(huì )對支路和整個(gè)系統造成影響。

　　在設計諧波治理方案的時(shí)候，可以根據配電網(wǎng)絡(luò )的諧波監測數據，靈活采取以上三種諧波治理方式，能對醫院的諧波污染進(jìn)行較好的治理，消除供電系統隱患，使諧波污染對醫院整個(gè)系統和設備的影響降到小，避免影響重要醫療設備的正常運行，保證2類(lèi)場(chǎng)所供電安全。

6　 諧波治理設備選型計算
6.1 　有源濾波設備選型計算
　　有源濾波器選型時(shí)按照安裝所處的位置和需要補償的對象，可以進(jìn)行需要補償電流的估算和計算。計算時(shí)候主要是根據客戶(hù)負載類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)，由該類(lèi)型負載的典型數據和用戶(hù)負荷電流計算值來(lái)進(jìn)行計算。
各行業(yè)由于使用設備不同，諧波負載也存在差異，根據經(jīng)驗值，各行業(yè)電流諧波畸變率推薦值如下表：

　　所需補償電流估算的本質(zhì)就是要計算出負載運行時(shí)的實(shí)際諧波電流是多少。

6.1.1　集中補償容量計算
　　集中補償方式需要補償的諧波電流可由變壓器容量來(lái)估算，需要考慮變壓器的負載率，具體可以根據下面的公式來(lái)進(jìn)行估算：

　　K1為負荷率：即負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，集中補償場(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為低壓系統電壓，一般取0.4。
　　根據上式計算，一臺容量為2000kVA的變壓器，出線(xiàn)側諧波電流ITHD=206A，可以選擇諧波補償容量為200A的有源電力濾波柜進(jìn)行補償。

6.1.2支路局部補償容量計算
　　對于諧波源負載比較集中的特定支路進(jìn)行局部補償，計算公式可以根據集中補償的計算公式進(jìn)行計算，比如醫技樓一路容量250kVA的支路，大部分設備為醫技設備，電流諧波畸變率按照20%選擇，負載率0.8，ITHD=56A，可以選擇一臺7的有源電力濾波柜進(jìn)行局部補償。
6.1.3 特定設備就地補償容量計算
　　單臺大容量諧波源設備進(jìn)行就地補償能取得好的補償效果，各種典型諧波源設備諧波含量如下表：

　　根據經(jīng)驗，補償容量可以按照ITHD=SL*K2計算。中SL為設備負載，單位kW，K2為諧波系數，取值見(jiàn)上表。上式只涉及數字的計算，不計算單位。

6.2　 APF有源電力濾波裝置補償效果

　　上圖是工程實(shí)測的數據波形，在使用APF有源電力濾波裝置之前，回路的諧波污染比較嚴重，波形嚴重失真，三相電流也嚴重不平衡。在使用APF裝置對諧波源設備進(jìn)行就地補償之后，測得的波形數據得到較好的補償。