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0、引言
隨著各種電氣設備在醫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。某醫院變電所有電源進線柜3個，現場的配電系統存在以下問題：出現配電線路損耗增大、發熱、縮短絕緣壽命；出現電容器等設備燒毀現象；出現部分醫療設備(如核磁共振、CT)數據失真、損壞，瞬時掉電等現象。經初步判斷，系統中電力側諧波和用戶側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
電能質量分析儀如圖1所示。
圖1 電能質量分析儀
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
對各電源進線柜點緩解溫室效應、優化空氣質量,做到節能減排、環保出行。
表1 各電源進線柜測量數據
測試點 | 諧波含量(THDA) | 功率因數 |
1# 變壓器電源進線柜 | 14．1% | 0.88 |
4# 變壓器電源進線柜 | 17．2% | 0.85 |
5# 變壓器電源進線柜 | 9．2% | 0.66 |
1#變壓器電源進線柜監測得到數據如圖3所示。
圖3 1#變壓器電源進線柜監測得到數據
對測試數據進行分析可以得出以下結論:測量時系統電流為 698 A,三相電流相對平衡;負載在無電容柜運行時功率因數為 0.88;電流波形畸變非常明顯,出現馬鞍形,畸變嚴重;總電流畸變率在測試過程中最高達 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公式 = lxTHD%，電流、畸變率以測量時計,諧波電流為98 A,考慮到諧波治理的必要性及負載的變化等因素,根據經驗可知,治理容量需要相對放大余量進行,建議本段母線的可選治理容量為 100 A。同理,4*進線柜諧波電流為 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變壓器電源進線柜，安裝 100 A 諧波保護柜;4"變壓器電源進線柜，安裝 125 A 諧波保護柜;5變壓器電源進線柜,安裝75 A諧波保護柜。諧波保護柜安裝點如圖4 所示。
圖4 諧波保護柜安裝點
2、諧波的分析及危害成因
2．1諧波的產生
諧波產生的原因為非線性負載工作時，由于非線性負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生變化，導致整流器從電網吸取的電流不是正弦波電流。三相整流器也會產生諧波電流，但是這時對應每個波峰，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諧波的國家標準
(1) 根據GB50052-2009《供配電系統設計規范》第5條“電壓選擇和電能質量"中對電能質量和諧波保護提出要求。第5.0.12中規定:配電系統中的諧波電壓和在公共連接點注入的諧波電流允許限值必須符合現行國家標準 GB/T 14549一1993 能質量公用電網諧波》的規定4
(2) CB/T 14549-1993 《電能質量公用電網諧波》,對交流額定頻率為 50 Hz,標稱電壓 110 kV及以下的公用電網諧波的允許值已給出明確限制要求。標準要求采用電能質量治理，如諧波保護器、有源濾波器等。
(3)GB 51348-2019《民用電氣設計標準》也對精密生產企業的諧波要求提出明確的要求。
在380V低壓配電系統中，很多情況下變壓器的容量小于10MVA。因此，根據國家規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短路容量時，可按下式修正表中的諧波電流允許：
式中:SK1———變壓器容量；
SK2———基準短路容量；
Ihp———第h次諧波電流允許值；
Ih———變壓器容量為SK1時第h次諧波電流允許值。
諧波治理效益分析
在加裝諧波保護柜后將會帶來以下效益：
(1)保障電動機等設備用電環境，降低由于諧波電流和電壓對變頻器驅動的電動機所造成的主要效應為在諧波頻率下鐵損和銅損的增加所引起之額外溫升;提高電動機效率，減少轉知影響。
(2)直接降低系統中電流畸變率，減少電網中的諧波含量，保證諧波含量符合國家標準。
(3)降低諧波在企業電網中設備產生附加諧波損耗，降低電網線損。在三相四線制系統中,零線會由于流過大量的3次及其倍數次諧波電流,造成零線過熱，嚴重時造成電纜火災，經過諧波治理后消除此隱患。峰低諧波產生額外的集膚效應,消除諧波引起的用電設備發熱、使絕緣老化、降低設備的使用壽命、甚至關鍵部件的頻緊損壞的問題。
(4)消除諧波使電網與補償電容器之間發生諧振,避免諧波電流放大幾倍甚至數十倍、造成過電流、引起電容器和與之相連設備損壞的問題。
(5)消除諧波對附近系統的信號傳輸產生干擾。諧波對附近系統的信號傳輸產生干擾,輕者引入噪聲,重者導致信號丟失,使系統無法正常工作。計算機、數據傳送和自動控制系統數據丟失經常會造成自動化產品線上廢品率的增加。
(6)消除電力系統繼電保護誤起動,誤動作跳聞,拒動和損壞，及經常出現電機保護儀損壞和誤動作的問題。
(7)降低電網諧波污染而導致的輸電線路、變壓器和電機損耗增加，從而節約能源。
(8)消除諧波引起的變壓器、旋轉電機等鐵芯磁感應環流的增加，減小電氣設備發熱的損耗,降低功耗及絕緣老化,延長設備壽命,防止燒毀旋轉電機。
(9)消除因諧波影響而使電能表等計量裝置誤差增大，不能正確計量電能的現象。
電動汽車充換電站中的充電樁、充能機是一種非線性設備，成片設置后會產生大量諧波，如不加以處理,將對用電計量表、變壓器、配電電纜、無功電容補償器等電力設備造成不良影響,對電網中的電能質量造成嚴重的負面效應。
4、安科瑞諧波治理產品選型
4.1功能介紹
ANAPF系列有源電力濾波器并聯在含諧波負載的低壓配電系統中，能夠對動態變化的諧波電流進行快速實時的跟蹤和補償。
ANAPF系列有源電力濾波器通過CT采集系統諧波電流，經控制器快速計算并提取各次諧波電流的含量，產生諧波電流指令，通過功率執行器件產生與諧波電流幅值相等方向相反的補償電流，并注入電力系統中，從而抵消非線性負載所產生的諧波電流。
4.2產品選型
立柜式 | 型號 | 補償電流 | 柜體尺寸 W*D*H(mm) | 進出線方式 | ||
|
| ANAPF□-380/□G□ | 50~600A | 800*1000*2200 （其他尺寸可定制） | 穿銅排 下進下出 （其他方式可定制） | |
壁掛式 | 型號 | 補償電流 | 柜體尺寸 W*D*H(mm) | 進出線方式 | ||
|
| ANAPF□-380/□B□ | 30A | 480*130*440 | 上進上出 | |
50A | 480*200*530 | |||||
75A | 450*201*622 | |||||
100A | 450*201*622 | |||||
抽屜式 | 型號 | 補償電流 | 柜體尺寸 W*D*H(mm) | 進出線方式 | ||
|
| ANAPF□-380/□C□ | 30A | 480*440*130 | 后進后出 | |
50A | 480*530*200 | |||||
75A | 460*622*201 | |||||
100A | 460*622*201 | |||||
4.3技術參數
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% |
響應時間 | 完*響應時間≤5ms，瞬時響應時間≤100μs |
開關頻率 | 20kHz |
功能設置 | 只補償諧波、只補償無功、既補償諧波又補償無功 |
諧波補償次數 | 2-51次（全部補償或規定次數補償） |
損耗 | ≤2.5% |
效率 | ≥97.5% |
總諧波補償率 | ≥95% |
保護類型 | 直流過壓保護、IGBT過流保護、裝置過溫保護、輸出限幅保護等 |
冷卻方式 | 強制風冷 |
噪音 | ≤65dB |
工作環境溫度 | -10℃～+45℃（環境溫度超過工作溫度范圍降容使用） |
工作環境濕度 | ＜85%RH不凝結 |
安裝場合 | 室內安裝 |
海拔高度 | ≤1000m（更高海拔需降容使用） |
防護等級 | IP20 |
智能通信接口 | 外加模塊 |
遠程監控 | 可選 |
安裝方式 | 立柜式、壁掛式、抽屜式 |
5、總結
結合實際工程案例,對現代醫院中出現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,但從數據安全、用電安全、綠色節能、設備保護等方面帶來的經濟效益還是十分明顯的。
【參考文獻】
陳義清.醫院電氣設備諧波治理分析[J].現代建筑電氣，2022
李志東，龍燕，等.醫院供配電系統諧波測量和分析[J].后勤工程學院學報，2014
安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.6版
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