動態諧波抑制及無功補償組合在醫療設備配電中的應用

李永郁

（廣東省建筑設計研究院，廣東 廣州 510010）

隨著現代負載與配電環境的不斷發展和變化，醫院的用電設備也越來越多，越來越精密，對用電的要求也越來越高。諧波嚴重的X 射線設備、CT 機（計算機斷層掃描機）、MRI機（核磁共振機）、DSA 機（新血管造影機）、ECT(同位素斷層掃描機)、磁共振成像等大型診療設備，應進行諧波防治。

供電部門要求用戶的月平均功率因數達到0.9 以上，醫療機構消耗的無功功率中，醫療設備等約占70%、變壓器占20%、線路占10%，所以設計中應正確選擇變壓器的容量，減少線路感抗，以提高用電單位自然功率因數。采用SVG 技術的平滑補償全新設計理念，可補償容性和感性負載，補償后的功率因數能達到0.99，有效地避免了過補和欠補的情況，且對電網無沖擊，補償容量受系統電壓影響很小，在系統電壓變低時，也能輸出與額定工況相近的無功電流，可動態雙向連續調節無功功率，從額定感性工況到額定容性工況連續輸出無功。

諧波超標會產生以下危害：設備過熱、中心線電流大、斷路器誤動作，導致醫療設備可靠性降低；功率因數下降，損耗增加，電費增加；供電波形產生畸變，醫療精密設備工作異常；可能導致并聯補償電容器鼓肚、爆裂；測試計量器具顯示不準確；干擾通信等弱電信號。

功率因數是衡量電氣設備效率高低的系數，功率因數低有功功率越小，同時無功功率越大，供電設備的容量越不能得到充分利用，功率因數低就意味著負荷電流大于系統只提供有功功率時的電流值，用戶不僅要承擔增加輸電線路、配電變壓器和電纜容量的成本，還要支付由此增加的損耗費用。

有源電力濾波應用于醫療設備諧波的治理，針對精密設備的高頻用戶側諧波進行保護，能起到保障供電可靠性、降低干擾、提高產品質量、增長設備壽命減少設備損壞等作用。

當用戶的自然總平均功率因數較低，單靠提高用電設備的自然功率因數達不到要求時，應裝設無功功率補償設備，以提高用戶的功率因數。

隨著現代負載與配電環境的發展與變化，無功補償及有源濾波諧波電路可有機組合，最大限度地利用各自的優點，大幅提高應用效率，不僅可補償無功，還可以同時治理50次及以下諧波，系統可同時工作在無功補償及諧波治理兩種工作狀態下，不會產生諧振，也不存在過載問題。當系統無功與諧波電流超過裝置的補償能力時，裝置仍然可發揮最大的補償作用，并聯的結構設于同一柜體中不僅節省了電房空間，而且使現場施工和操作更加靈活、安全、可靠，更節約了投資成本。

無功補償及諧波治理采用無功補償（SVG）及有源電力濾波（APF）一體化技術，要求能在3、5、7、9 次諧波下實現無功補償和2 ～65 次的諧波補償，響應速度必須小于5ms，補償精度小于0.1KVAR，補償目標功率因數大于0.95，可達到0.99。有源濾波要求進線用于采樣的電流互感器二次側電流5A，保護受3,5,7 至65 次諧波危害的醫療等設備，實現實時監測電網中由非線性負載產生的電流波形，分理處諧波部分，將其反向，再通過逆變器的處理將反相電流同步注入電網中，實現濾除諧波的功能，吸收各種頻率各種能量的諧波干擾，隨時跟蹤電源波形，瞬時濾除電源中的諧波及尖峰雜波，改善電源波形，是電網電源波形變的光滑清潔，自動清除醫療用電設備產生的隨機高次諧波和高頻噪聲等干擾。采用諧波保護減少了醫療設備等精密儀器設備的故障率和設備誤操作，全面克服了由于諧波污染導致用電裝置的控制系統故障率高的問題，利用效率提高，保障了醫療設備的安全運行。低壓配電系統采用有源濾波用于動態抑制諧波、補償無功的新型電力電子裝置，它能夠對大小和頻率都變化的諧波以及變化的無功進行補償，效率達97.2%，節約了電能。

以德慶中醫院為例，德慶縣中醫院是德慶縣衛生與人口計劃生育局主管的二級甲等中醫院，位于德慶縣德城鎮康城大道4 號。總建筑面積17379.46m2，其中地上面積15200.76m2，地下2178.70m2，建筑高度為39.3m，為二類高層民用醫療建筑，主要包括門診樓、住院樓、后勤保障樓等。本醫療機構存在諧波嚴重的X 射線設備、CT 機（計算機斷層掃描機）、MRI 機（核磁共振機），需進行諧波治理，醫療設備供電采用動態抑制諧波、補償無功的新型一體化電力電子裝置，它能夠對大小和頻率都變化的諧波以及變化的無功進行補償，效率達97.2%，節約電能，且補償后功率因數不小于0.9。動態抑制諧波及補償無功組合一體化裝置既節省了空間，又提高了經濟效益。德慶中醫院低壓配電房低壓柜布置平面詳見圖1。

圖1 低壓配電房低壓柜布置平面圖

圖1 中AA14 柜為動態抑制諧波及無功補償組合柜，在低壓配電房空間比較緊張的情況下，兩種功能合二為一，節省了空間。

動態抑制諧波安培數及無功補償功率如圖2。

圖2 諧波抑制及無功補償系統圖

動態抑制諧波及補償無功在一體化裝置內實現，使設計簡單化，安裝和操作容易，進出線方式靈活，占地面積小，節省了空間，增加了經濟效益。適合國內電網波動的用電環境，采用三相動態補償，達到與系統無功完全平衡，對電網無沖擊。有效濾除2 ～65 次諧波，高效完善的濾波保護，確保了醫療設備長期安全穩定運行。