低压有源滤波器在医院建筑中的应用
1 引言
现代化医疗机构为提高医疗服务水平，不断引入新型、复杂的各种先进医疗设备如核磁共振、CT机、X光机、
血透机等，同时各种节能照明设备、变频空调、电梯设备等大量投入使用。这些设备均为非线性设备，在运行过程中会产生大量的高次谐波，对配电系统和医疗设备造成一定的干扰。同时这些先进的医疗设备都具有高档的计算机部件和大量的高灵敏微电子器件，对供电
电源的电能质量要求很高，对电压波动和电力谐波非常敏感，严重的电力谐波问题会导致医疗设备的损坏甚至导致医疗事故的发生。
2 医院建筑供电系统谐波源、谐波特性及谐波危害分析
2.1 谐波的来源
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主要分类 |
设施设备名称 |
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建筑设施 |
电梯设备 |
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中央空调系统 |
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消防水泵 |
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照明设备 |
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医疗设施 |
手术室、层流室系统 |
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ICU、分娩室、新生儿监护室、血透中心等 |
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制剂、样本、血液保存与冷冻设施 |
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医院办公自动化设施 |
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医疗诊断设备 |
主要诊断设备，如螺旋CT机、彩色多普勒、核磁共振仪、腹腔镜、脑电图机、色谱仪、各种功能检测仪器等 |
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主要治疗设备，如呼吸机、高压氧仓、各类监护仪、激光治疗仪等 |
2.2 谐波的特性
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谐波源负载种类 |
谐波电流次数 |
谐波电流畸变率 |
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照明灯具、电脑等 |
3、5、7、9等（2n+1）次 |
（7~10）% |
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电子检测设备、手术室、伽玛刀等 |
3、5、7、9等（2n+1）次 |
（10~15）% |
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CT、磁共振、DSA等 |
3、5、7、9等（2n+1）次 |
（30~40）% |
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加速器、X光机、胃肠机等 |
3、5、7、9等（2n+1）次 |
（50~60）% |
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UPS、变频通风设备、电梯等 |
5、7、9、11等（6n+1）次 |
（25~35）% |
2.3 谐波危害分析
2.3.1 谐波对配电系统的危害
使电力元件附加损耗加大，易引发火灾；影响电气设备的正常运行；引起电网谐振；使继电保护误动作，电气测量误差过大；使工控系统崩溃。
2.3.2 谐波对医疗设备的危害
导致依赖微处理器技术的设备的同步失调和数据错误；直接危害设备内部电子线路安全，导致击穿或放电；影响精密医疗设备的使用性能和精度。
3 电网谐波国家标准要求
目前采用的电能质量（谐波）评定标准，主要为中国国家标准《电能质量：公用电网谐波》（GB/T14549-1993），标准中对电网中电流电压的畸变率有明确规定，也是作为谐波评价、治理的重要依据。
表1：电网谐波电压国家标准：引用于（GB/T14549-1993）
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电网标称电压（kV） |
电压总谐波畸变率（%） |
各次谐波电压含有率（%） |
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奇 次 |
偶 次 |
|
0.38 |
5.0 |
4.0 |
2.0 |
|
6 |
4.0 |
3.2 |
1.6 |
|
10 |
|
35 |
3.0 |
2.4 |
1.2 |
|
66 |
|
110 |
2.0 |
1.6 |
0.8 |
表2：注入电网公共连接点的谐波电流允许值：引用于（GB/T14549-1993）
标称电
压（kV） |
基准短路
容量（MV.A） |
谐波次数及谐波电流允许值（A） |
|
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
|
0.38 |
10 |
78 |
62 |
39 |
62 |
26 |
44 |
19 |
21 |
16 |
28 |
13 |
24 |
|
10 |
100 |
26 |
20 |
13 |
20 |
8.5 |
15 |
6.4 |
6.8 |
5.1 |
9.3 |
4.3 |
7.9 |
|
|
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
21 |
22 |
23 |
24 |
25 |
|
0.38 |
10 |
11 |
12 |
9.7 |
18 |
8.6 |
16 |
7.8 |
8.9 |
7.1 |
14 |
6.5 |
12 |
|
10 |
100 |
3.7 |
4.1 |
3.2 |
6 |
2.8 |
5.4 |
2.6 |
2.9 |
2.3 |
4.5 |
2.1 |
4.1 |
4 STS-APF低压
有源滤波器在医院建筑中的应用案例
4.1
有源滤波器应用简介
某大型三甲医院新建的门诊住院综合楼共有4台2000kVA和1台1600kVA的变压器以及1台800kW的柴油发电机，根据该医院各变压器非线性负荷设备的负载率大小和相应的谐波畸变率以及各非线性设备的同时使用率来计算谐波电流的大小，配置了5台不同容量规格的STS-APF
有源滤波器。
下面以1#STS-APF
有源滤波器投入运行前、后配电系统电能质量测试情况的对比分析为例来具体描述，其中1#变压器负载主要为灯光照明、电梯、潜污泵、计算机中心等。
4.1.1
有源滤波器投运前后的数据
（1）
有源滤波器投入前电流波形畸变比较严重，三相电流谐波含量分别为19.7%、27.8%、26.6%，三相电流分别为45A、40A、64A，中性线电流为37A。
（2）
有源滤波器投入后电流波形畸变情况明显改善，三相电流谐波含量明显降低，分别为2.9%，2.8%，3.4%，三相电流分别为47A、48A、47A，中性线电流为5A。
（3）电流波形明显改善，使用滤波器后电流波形近似呈正弦波形态，谐波治理的工作达到了预期的目标和效果。
4.1.2
有源滤波器投运前后测试记录数据
4.2
有源滤波器在医院建筑中应用的意义
保护医疗用电设备安全，净化电源，保护功率因数补偿设备，防止保护装置的误动作，降低电能损耗，扩大变压器和发电机供电容量。
4.3
有源滤波器主要技术指标
|
接线方式 |
三相三线或三相四线 |
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接入电压 |
3×380V ±10% |
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接入频率 |
50Hz ±2% |
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动态补偿响应时间 |
动态响应＜4ms，全响应时间＜20ms； |
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开关频率 |
10kHz |
|
功能设置 |
只补偿谐波、只补偿无功、既补偿谐波又补偿无功；手动、自动切换。 |
|
谐波补偿次数 |
2-21次 |
|
保护类型 |
直流过压 IGBT过流 装置温度保护 |
|
过载保护 |
自动限流在设定值，不发生过载 |
|
冷却方式 |
智能风冷 |
|
噪音 |
＜ 65db(处于柜内并运作于额定状态) |
|
工作环境温度 |
-10℃～+45℃ |
|
工作环境湿度 |
＜85%RH 不凝结 |
|
安装场合 |
室内安装 |
|
海拔高度 |
≤1000m（更高海拔需降容使用） |
|
进出线方式 |
下进下出 |
|
防护等级 |
IP21 |
|
智能通信接口 |
RS485/MODBUS-RTU |
|
远程监控 |
可选 |
外形尺寸(mm)
(W×D×H) |
30A |
50A |
75A |
100A |
|
600×500×1500 |
600×500×1500 |
600×500×1800 |
800×600×2200 |
|
重量(kg) |
三相四线 |
三相三线 |
|
30A、50A |
75A、100A |
30A、50A |
75A、100A |
|
280 |
360 |
240 |
290 |
4.4
有源滤波器报价及元件清单
|
型号：STS-APF100-400/B |
|
参考价格：12万元/台 |
|
主要产品明细： |
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序号 |
名 称 |
型 号 |
数量 |
|
1 |
APF电气柜 |
800X600X2200 |
1 |
|
2 |
变流器 |
APFCOV-CVT100 |
1 |
|
3 |
控制器 |
APFMC-C100 |
1 |
|
4 |
电抗器 |
APF-RE.(S)DG-100 |
1 |
|
5 |
有源电流互感器 |
LT208-S7 |
3 |
|
6 |
滤波器 |
STS-WF001 |
2 |
|
7 |
断路器 |
CVS160FTM160D4P3D |
1 |
|
8 |
接触器 |
LC1D150M7C |
1 |
|
9 |
微型断路器 |
NDM1-63C32 |
1 |
|
10 |
中间继电器 |
MY4NAC |
2 |
|
11 |
R型变压器 |
R320-0.38/0.22 |
1 |
|
12 |
谐波检测仪 |
ACR350EGH |
1 |
|
13 |
电线 |
16mm2 |
若干 |
|
14 |
电线 |
4mm2 |
若干 |
5 结论
本文分析了医院建筑的谐波源、谐波特性和危害，并通过某大型医院低压配电系统中
有源滤波器的应用案例，对比分析了
有源滤波器投入前后的情况，说明了
有源滤波器的谐波治理技术是改善供电电能质量的有效手段之一，可将产生的谐波控制在最小范围内，达到科学合理用电，抑制电网污染，提高电能质量，保证医疗设备安全的作用。
