动态谐波抑制及无功补偿组合在医疗设备配电中的应用

2019-08-05李永郁

中国设备工程 2019年12期

李永郁

（广东省建筑设计研究院，广东广州 510010）

随着现代负载与配电环境的不断发展和变化，医院的用电设备也越来越多，越来越精密，对用电的要求也越来越高。谐波严重的X 射线设备、CT 机（计算机断层扫描机）、MRI机（核磁共振机）、DSA 机（新血管造影机）、ECT(同位素断层扫描机)、磁共振成像等大型诊疗设备，应进行谐波防治。

供电部门要求用户的月平均功率因数达到0.9 以上，医疗机构消耗的无功功率中，医疗设备等约占70%、变压器占20%、线路占10%，所以设计中应正确选择变压器的容量，减少线路感抗，以提高用电单位自然功率因数。采用SVG 技术的平滑补偿全新设计理念，可补偿容性和感性负载，补偿后的功率因数能达到0.99，有效地避免了过补和欠补的情况，且对电网无冲击，补偿容量受系统电压影响很小，在系统电压变低时，也能输出与额定工况相近的无功电流，可动态双向连续调节无功功率，从额定感性工况到额定容性工况连续输出无功。

谐波超标会产生以下危害：设备过热、中心线电流大、断路器误动作，导致医疗设备可靠性降低；功率因数下降，损耗增加，电费增加；供电波形产生畸变，医疗精密设备工作异常；可能导致并联补偿电容器鼓肚、爆裂；测试计量器具显示不准确；干扰通信等弱电信号。

功率因数是衡量电气设备效率高低的系数，功率因数低有功功率越小，同时无功功率越大，供电设备的容量越不能得到充分利用，功率因数低就意味着负荷电流大于系统只提供有功功率时的电流值，用户不仅要承担增加输电线路、配电变压器和电缆容量的成本，还要支付由此增加的损耗费用。

有源电力滤波应用于医疗设备谐波的治理，针对精密设备的高频用户侧谐波进行保护，能起到保障供电可靠性、降低干扰、提高产品质量、增长设备寿命减少设备损坏等作用。

当用户的自然总平均功率因数较低，单靠提高用电设备的自然功率因数达不到要求时，应装设无功功率补偿设备，以提高用户的功率因数。

随着现代负载与配电环境的发展与变化，无功补偿及有源滤波谐波电路可有机组合，最大限度地利用各自的优点，大幅提高应用效率，不仅可补偿无功，还可以同时治理50次及以下谐波，系统可同时工作在无功补偿及谐波治理两种工作状态下，不会产生谐振，也不存在过载问题。当系统无功与谐波电流超过装置的补偿能力时，装置仍然可发挥最大的补偿作用，并联的结构设于同一柜体中不仅节省了电房空间，而且使现场施工和操作更加灵活、安全、可靠，更节约了投资成本。

无功补偿及谐波治理采用无功补偿（SVG）及有源电力滤波（APF）一体化技术，要求能在3、5、7、9 次谐波下实现无功补偿和2 ～65 次的谐波补偿，响应速度必须小于5ms，补偿精度小于0.1KVAR，补偿目标功率因数大于0.95，可达到0.99。有源滤波要求进线用于采样的电流互感器二次侧电流5A，保护受3,5,7 至65 次谐波危害的医疗等设备，实现实时监测电网中由非线性负载产生的电流波形，分理处谐波部分，将其反向，再通过逆变器的处理将反相电流同步注入电网中，实现滤除谐波的功能，吸收各种频率各种能量的谐波干扰，随时跟踪电源波形，瞬时滤除电源中的谐波及尖峰杂波，改善电源波形，是电网电源波形变的光滑清洁，自动清除医疗用电设备产生的随机高次谐波和高频噪声等干扰。采用谐波保护减少了医疗设备等精密仪器设备的故障率和设备误操作，全面克服了由于谐波污染导致用电装置的控制系统故障率高的问题，利用效率提高，保障了医疗设备的安全运行。低压配电系统采用有源滤波用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能够对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿，效率达97.2%，节约了电能。

以德庆中医院为例，德庆县中医院是德庆县卫生与人口计划生育局主管的二级甲等中医院，位于德庆县德城镇康城大道4 号。总建筑面积17379.46m2，其中地上面积15200.76m2，地下2178.70m2，建筑高度为39.3m，为二类高层民用医疗建筑，主要包括门诊楼、住院楼、后勤保障楼等。本医疗机构存在谐波严重的X 射线设备、CT 机（计算机断层扫描机）、MRI 机（核磁共振机），需进行谐波治理，医疗设备供电采用动态抑制谐波、补偿无功的新型一体化电力电子装置，它能够对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿，效率达97.2%，节约电能，且补偿后功率因数不小于0.9。动态抑制谐波及补偿无功组合一体化装置既节省了空间，又提高了经济效益。德庆中医院低压配电房低压柜布置平面详见图1。