安科瑞 陳聰

摘要：隨著各種電氣設(shè)備在醫(yī)院診療中的使用，諧波源越來越多，通過分析諧波的產(chǎn)生以及形成危害的原因，減少對線路及電源處造成的諧波污染，通過提出一種諧波治理方案，加裝諧波保護柜，實現(xiàn)保障電動機設(shè)備用電環(huán)境等多方面的治理效益，以期達到諧波治理的效果。

關(guān)鍵詞：諧波；諧波治理；ANAPF系列有源電力濾波器

0、引言

隨著各種電氣設(shè)備在醫(yī)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(yī)院變電所有電源進線柜3個，現(xiàn)場的配電系統(tǒng)存在以下問題：出現(xiàn)配電線路損耗增大、發(fā)熱、縮短絕緣壽命；出現(xiàn)電容器等設(shè)備燒毀現(xiàn)象；出現(xiàn)部分醫(yī)療設(shè)備(如核磁共振、CT)數(shù)據(jù)失真、損壞，瞬時掉電等現(xiàn)象。經(jīng)初步判斷，系統(tǒng)中電力側(cè)諧波和用戶側(cè)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(zhì)量分析儀如圖1所示。

圖1 電能質(zhì)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(yīng)、優(yōu)化空氣質(zhì)量,做到節(jié)能減排、環(huán)保出行。

表1 各電源進線柜測量數(shù)據(jù)

1#變壓器電源進線柜監(jiān)測得到數(shù)據(jù)如圖3所示。

圖3 1#變壓器電源進線柜監(jiān)測得到數(shù)據(jù)

對測試數(shù)據(jù)進行分析可以得出以下結(jié)論:測量時系統(tǒng)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(shù)為 0.88;電流波形畸變非常明顯,出現(xiàn)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(jù)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(jù)經(jīng)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(chǎn)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(chǎn)生

諧波產(chǎn)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(fā)生變化，導致整流器從電網(wǎng)吸取的電流不是正弦波電流。三相整流器也會產(chǎn)生諧波電流，但是這時對應(yīng)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(fā)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(jù)GB50052-2009《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》第5條“電壓選擇和電能質(zhì)量”中對電能質(zhì)量和諧波保護提出要求。第5.0.12中規(guī)定:配電系統(tǒng)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(xiàn)行國家標準 GB/T 14549一1993 能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》的規(guī)定4(2) CB/T 14549-1993 《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)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(wǎng)諧波的允許值已給出明確限制要求。標準要求采用電能質(zhì)量治理，如諧波保護器、有源濾波器等。

(3)GB 51348-2019《民用電氣設(shè)計標準》也對精密生產(chǎn)企業(yè)的諧波要求提出明確的要求。

在380V低壓配電系統(tǒng)中，很多情況下變壓器的容量小于10MVA。因此，根據(jù)國家規(guī)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。

1. 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(shè)備用電環(huán)境，降低由于諧波電流和電壓對變頻器驅(qū)動的電動機所造成的主要效應(yīng)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(zhuǎn)知影響。

(2)直接降低系統(tǒng)中電流畸變率，減少電網(wǎng)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(yè)電網(wǎng)中設(shè)備產(chǎn)生附加諧波損耗，降低電網(wǎng)線損。在三相四線制系統(tǒng)中,零線會由于流過大量的3次及其倍數(shù)次諧波電流,造成零線過熱，嚴重時造成電纜火災，經(jīng)過諧波治理后消除此隱患。峰低諧波產(chǎn)生額外的集膚效應(yīng),消除諧波引起的用電設(shè)備發(fā)熱、使絕緣老化、降低設(shè)備的使用壽命、甚至關(guān)鍵部件的頻緊損壞的問題。

(4)消除諧波使電網(wǎng)與補償電容器之間發(fā)生諧振,避免諧波電流放大幾倍甚至數(shù)十倍、造成過電流、引起電容器和與之相連設(shè)備損壞的問題。

(5)消除諧波對附近系統(tǒng)的信號傳輸產(chǎn)生干擾。諧波對附近系統(tǒng)的信號傳輸產(chǎn)生干擾,輕者引入噪聲,重者導致信號丟失,使系統(tǒng)無法正常工作。計算機、數(shù)據(jù)傳送和自動控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)丟失經(jīng)常會造成自動化產(chǎn)品線上廢品率的增加。

(6)消除電力系統(tǒng)繼電保護誤起動,誤動作跳聞,拒動和損壞，及經(jīng)常出現(xiàn)電機保護儀損壞和誤動作的問題。

(7)降低電網(wǎng)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(jié)約能源。

(8)消除諧波引起的變壓器、旋轉(zhuǎn)電機等鐵芯磁感應(yīng)環(huán)流的增加，減小電氣設(shè)備發(fā)熱的損耗,降低功耗及絕緣老化,延長設(shè)備壽命,防止燒毀旋轉(zhuǎn)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(xiàn)象。

電動汽車充換電站中的充電樁、充能機是一種非線性設(shè)備，成片設(shè)置后會產(chǎn)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(shè)備造成不良影響,對電網(wǎng)中的電能質(zhì)量造成嚴重的負面效應(yīng)。

4、安科瑞諧波治理產(chǎn)品選型

4.1功能介紹

ANAPF系列有源電力濾波器并聯(lián)在含諧波負載的低壓配電系統(tǒng)中，能夠?qū)討B(tài)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(tǒng)諧波電流，經(jīng)控制器快速計算并提取各次諧波電流的含量，產(chǎn)生諧波電流指令，通過功率執(zhí)行器件產(chǎn)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(tǒng)中，從而抵消非線性負載所產(chǎn)生的諧波電流。

4.2產(chǎn)品選型

4.3技術(shù)參數(shù)

5、總結(jié)

結(jié)合實際工程案例,對現(xiàn)代醫(yī)院中出現(xiàn)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(shù)據(jù)安全、用電安全、綠色節(jié)能、設(shè)備保護等方面帶來的經(jīng)濟效益還是十分明顯的。

【參考文獻】

1. 陳義清.醫(yī)院電氣設(shè)備諧波治理分析[J].現(xiàn)代建筑電氣，2022

2. 李志東，龍燕，等.醫(yī)院供配電系統(tǒng)諧波測量和分析[J].后勤工程學院學報，2014

3. 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2020.6版

4. 安科瑞電能質(zhì)量監(jiān)測與治理選型手冊.2019.11版