吳春紅

江蘇安科瑞微電網研究院有限公司 江蘇江陰 214432

摘要：經濟的發展和科學技術的進步，非線性設備被廣泛用于大部分建筑中，非線性設備憑借其獨特的優勢，為人們的生活生產帶來了很多便利。將非線性用電設備接入醫院配電系統，會產生一定的諧波電流，從而對醫院的配電系統造成一定的影響。通過分析諧波的產生和危害，以及醫院配電系統的特點和諧波設備的主要分布，能夠更加深刻地認識和了解醫院配電系統諧波設備的治理方案和效果。

關鍵詞：醫院配電系統；諧波設備效果；治理方案

0引言

現代科學技術的進步帶動了醫學技術的發展，越來越多先進的醫學技術和醫療設備應運而生，大大提高了醫療衛生事業的發展水平。在醫學技術進步的同時，非線性設備在醫院配電系統中得到了一定的運用，在運用的過程中，容易產生一些諧波電流危害配電系統的正常運行。諧波電流的積累，容易增加配電系統中線路的損耗，加劇線路的老化，從而威脅整個配電系統的安全正常運行，降低了醫院配電系統的可靠性。因此，對醫院配電系統的諧波設備進行有效治理，凈化配電系統，保證其安全性。

1醫院配電系統常見問題分析

（一）產生諧波

諧波是電流中含有的基波頻率整數倍的電量，配電系統中產生諧波的根本原因是非線性負載導致的。在非線性設備的使用過程中，由于非線性負載，會導致電壓、電流正弦波出現畸變。在平衡的三相系統中，偶次諧波被消除，只剩下奇次諧波。

（二）諧波危害

1.加速絕緣老化，縮短設備使用壽命

諧波電壓會增加電容器和變壓器的渦流損耗，增加絕緣材料的電應力。諧波電流會導致變壓器的銅損加劇，從而增加噪音，局部產生過熱的情況，加速絕緣老化，造成設備損壞，縮短變壓器、電動力等設備的使用壽命。

2.增加線路損耗，加大設備成本支出

諧波借助外界的治理才能夠減少和消除。諧波電壓和電流在配電系統中的積累，會增加線路的損耗，降低變壓器的帶載能力，從而增加設備成本支出和電費支出[1]。

3.干擾通訊系統，降低通訊工作質量

由于配電系統空間的限制，輸電線路和通訊線路的距離一般不遠，諧波的產生通過傳導耦合和電磁感應，會引入噪音對通訊系統產生干擾，從而降低通訊的質量，嚴重的甚至會導致通訊信息丟失。

4.開關動作失誤，造成嚴重電力事故

諧波的產生，會改變地電流繼電器的時間延長特點，無法區分零序電流和三次諧波，導致開關誤動作，出現跳閘的情況。此外，配電系統的保護裝置和自動裝置會產生誤動，造成區域電網的瓦解，出現大面積停電的情況。

2醫院配電系統的特點和諧波設備的主要分布

醫院配電系統的特點

醫院是救死扶傷的重要場地，需要運用大量的醫療設備，醫療用電保持持續，因此，醫院的配電系統具備高的可靠性、安全性以及穩定性。病人使用的呼吸機、心電圖機以及輸液泵等醫療設備，一旦出現斷電的情況，會造成無法估量的后果。醫院的配電系統主要是10/0.4Kv的主變壓器，通風設備、照明設備、電子醫療設備以及計算機和UPS是主要的負載，而且大部分都是單相的非線性負載。

（二）醫院諧波設備的主要分布

1.通風設備

大部分醫院使用的通風設備都以變頻風機和空調為主，能夠有效地節約資源。然而，變頻器是產生諧波的重要來源之一，變頻器導致電流發生畸變的概率高達百分之三十三及以上，產生大量的五次、七次諧波，對電網造成破壞。

2.照明設備

在醫院的照明系統中，使用了大量的熒光照明設備，熒光燈具回產生較多的諧波電流，在好幾個熒光燈組成三相四線負載的情況下，中線上就會出現大量的三次諧波電流。

3.電子醫療設備

醫院大部分電子醫療設備都是通過開關電源實現供電，開關電源設備會產生一定的三次、五次、七次諧波，流入電網。

4.計算機及UPS

目前大部分醫院都是通過計算機實現運營和管理工作，計算機數量眾多，計算機服務器配有UPS等備用電源，加之個人電腦的開關電源，都是產生諧波的電源。

3醫院配電系統諧波設備的治理方案及效果

（一）醫院配電系統諧波設備的治理方案

設計濾波器是常用的治理諧波設備的方法，主要包括有緣濾波器、無緣濾波器以及有緣濾波器和無緣濾波器的組合式濾波器。有緣濾波器的治理效果好，價格也高；無緣濾波器的治理效果欠佳，但經濟實惠；組合式濾波器的治理效果和效率都比較好。依據濾波器的安裝位置不同，包括集中式安裝治理和單臺設備就地治理兩種形式。在具體的治理過程中，要結合實際情況設計科學合理的治理方案。針對照明等諧波含量較少的普通醫療設備，可以采用無源濾波器集中治理的方式，既保證了治理的有效性，又提高了治理效率，降低了治理成本；針對利用變頻裝置的空調、熱水器等，可以利用無緣濾波器和有緣濾波器相結合的組合式濾波器進行集中治理。此外，安裝有源濾波器是治理醫院配電系統諧波設備主要的方案。有源濾波器在醫院配電系統諧波設備的治理工作中的效果為顯著，有源濾波器能夠實現對諧波的動態抑制和無功補償。

（二）醫院配電系統諧波設備的治理效果

1.提升配電系統品質

安裝有源濾波器，能夠對負載電流中的諧波量進行實時檢測，實現對諧波的濾除和功率因素的提高等。對變化的諧波進行自動跟蹤和補償，可控性和響應性高，降低了與配電系統阻抗發生諧振危險的概率，從而吸收線路中一定程度的諧波，實現對配電系統品質的優化和提升。

2.保障設備穩定運行

安裝有緣濾波器，能夠降低諧波的指標和損耗，有效減少諧波對設備造成的破壞，緩解了絕緣老化的程度，延長了設備的使用壽命。同時諧波的減少還降低了對設備通訊的干擾，提高了設備電能的質量，提升了設備運行的效率和電力能源的使用率，增強了配電系統的安全性、穩定性以及可靠性，保障了設備的穩定運行。

3.降低配電系統能耗

安裝有緣濾波器，能夠讓醫院配電系統的諧波設備產生的諧波達到或者低于國家規定的標準，在提高諧波的消除率的同時降低了醫院配電系統對能源的消耗。此外，醫院配電系統的諧波流入有源濾波器，不會對變壓器和配電系統的其他用電設備造成威脅，從而在降低醫院配電系統能源消耗的同時，對配電系統中的用電設備起到了有效的保護作用，進一步確保了醫療工作的正常開展和運行，提升了醫療工作的效率和質量。

4安科瑞醫院EMS能效管理系統

4.1平臺拓撲圖

4.2醫院電力監控解決方案

電力監控系統實現對變壓器、柴油發電機、斷路器以及其它重要設備進行監視、測量、記錄、報警等功能，并與保護設備和遠方控制及其他設備通信，實時掌握供電系統運行狀況和可能存在的隱患，快速排除故障，提高醫院供電可靠性。

電力監控系統主要針對開閉所和10/0.4kV變電所，對高壓回路配置微機保護裝置及多功能儀表進行保護和監控，對0.4kV出線配置多功能計量儀表，用于測控出線回路電氣參數和用能情況。同時對醫院重要設備如柴油發電機、無功補償裝置、有源濾波裝置、UPS、隔離電源系統狀態進行監測。

電力監控系統硬件配置

應用場合	名稱	系列型號	圖片	功能
系統后臺	電力監控軟件	Acrel-2000/Z		數據的實時采集、數字通信、遠程操作與程序拉制、權限管理、車件記錄與告營、故障分析、各類報表
通訊層	智能網關	Anet系列		8個RS485串口2kV隔離，2個以太網接口，支持ModbusRTU、IEC-60870-5-101/103/104、CJ/T188、DL/T645等通訊協議設備的接入，支持ModbusRTU、ModbusTCP、IEC-60870-5-104等上傳協議、支持多不同數據服務要求，支持斷點續傳，裝置電源:220VAC/DC。
35KV、10KV	微機保護裝置	AM6-x		相間電流速斷保護，相間限時電流速斷保護（可帶低壓閉鎖），相間過電流保護（可帶低壓閉鎖），兩段式零序過流保護，反時限相間過流保護（可帶低壓閉鎖），零序反時限過流保護，過負荷保護，控制回路異常告警。
35KV10KV進線側	電能質量在線監測裝置	APView500		相電壓電流＋零序電壓零序電流，電壓電流不平衡度，有功無功功率及電能、事件告警及故障錄波，諧波（電壓/電流63次諧波、63組間諧波、諧波相角、諧波含有率、諧波功率、諧波畸變率、K因子）、波動/閃變、電壓暫升、電壓暫降、電壓瞬態、電壓中斷、1024點波形采樣、觸發及定時錄波，波形實時顯示及故障波形查看，PQDIF格式文件存儲，內存32G，16D0＋22D1，通訊2RS485＋1RS232＋1GPS，3以太網接口（＋1維護網口）＋1USB接口支持U盤讀取數據，支持61850協議。
35KV/10KV測量	多功能網絡電力儀表	APM-520		具有三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ）、電能統計、電能質 量分析（包括諧波、間諧波、閃變）、故障錄波功能(包括電壓暫升暫降中斷、沖擊電流等記錄)、事件記錄功 能及網絡通訊等功能，主要用于電網供電質量的綜合監控。該系列儀表配有功能豐富的DI/DO模塊、AO模 塊、無線通訊模塊、漏電測溫模塊，可以靈活實現電氣回路全電量測量及開關狀態監控
35KV10KV帶電顯示裝置	智能操控裝置	ASD500		5寸大液晶彩屏動態顯示一次模擬圖及彈簧儲能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗電、核相、3路溫溫度控制及顯示、遠方/就地、分合閘、儲能旋鈕預分預合閃光指示、分合閘完好指示、分合閘回路電壓測量、人體感應、柜內照明控制、1路以太網、2路RS485、1路USB接口、GPS對時、高壓柜內電氣接點無線測溫、全電參量測溫、脈沖輸出、4～20mA輸出；
35KV10KV弧光保護	弧光保護裝置	ARB5-x		主控單元，可接20路弧光信號或4個擴展單元，配置弧光保護（8組）、失靈保護（4組）、TA斷線監測（4組）、11個跳閘出口； 擴展單元，多可以插接6塊擴展插件，每個擴展插件可以采集5路弧光信號： 弧光探頭，可安裝于中壓開關柜的母線室、斷路器室或電纜室，也可于低壓柜。弧光探頭的檢測范圍為180°，半徑0.5m的扇形區域；
35KV10KV配電柜	無線測溫	ATE400（PT柜選用ATE200）		監測母線、線纜接頭、斷路器觸臂、觸頭溫度，可通過無線傳輸至ASD320就地顯示，也可以上傳至監控系統。電源分為內置電池式和感應取電式，固定方式有螺栓固定，表帶式捆綁，測溫范圍-50℃-125℃，精度±1℃
0.4KV進線	多功能網絡電力儀表	APM-520(96外型)		具有三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ）、電能統計、電能質 量分析（包括諧波、間諧波、閃變）、故障錄波功能(包括電壓暫升暫降中斷、沖擊電流等記錄)、事件記錄功 能及網絡通訊等功能，主要用于電網供電質量的綜合監控。該系列儀表配有功能豐富的DI/DO模塊、AO模 塊、無線通訊模塊、漏電測溫模塊，可以靈活實現電氣回路全電量測量及開關狀態監控
	電能質量在線監測裝置	APView500		相電壓電流＋零序電壓零序電流，電壓電流不平衡度，有功無功功率及電能、事件告警及故障錄波，諧波（電壓/電流63次諧波、63組間諧波、諧波相角、諧波含有率、諧波功率、諧波畸變率、K因子）、波動/閃變、電壓暫升、電壓暫降、電壓瞬態、電壓中斷、1024點波形采樣、觸發及定時錄波，波形實時顯示及故障波形查看，PQDIF格式文件存儲，內存32G，16D0＋22D1，通訊2RS485＋1RS232＋1GPS，3以太網接口（＋1維護網口）＋1USB接口支持U盤讀取數據，支持61850協議。
	測溫監控裝置	ARTM-Pn-E		無線測溫采集可接入60個無線測溫傳感器；U、I、P、Q等全電參量測量；2路告警輸出；1路RS485通訊；
	無線測溫傳感器	ATE400		監測母線、線纜接頭、斷路器觸臂、觸頭溫度，可通過無線傳輸至ASD320就地顯示，也可以上傳至監控系統。電源分為內置電池式和感應取電式，固定方式有螺栓固定，表帶式捆綁，測溫范圍-50℃-125℃，精度±1℃
0.4KV濾波柜	有源諧波治理系統	AnSin-xxx		有源電力濾波器井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，
0.4KV補償柜	有源無功補償系統	AnCos-xxx		低壓無功功率補償裝置并聯在整個供電系統中，能根據電網中負載功率因數的變化通過控制器控制電力電容器投切進行補償,無功功率補償裝置采用散件組成方案，主要以電容電抗、投切開關、控制器等組成。 補償方式:線性補償，全響應時間<5ms，瞬時響應時間≤100us;補償效果:≥0.99，可補償容性無功和感性無功，濾除5、7、9、11、13次以內的諧波;自身損耗:≤百分之2，效率:>百分之98;監控以及顯示具備遠程通訊接口，可以通過PC機實時監控;具有人性化的人機交互界面，可通過該界面看到系統和本體的實時電能質量信息，操作簡單，可以遠控，也可以本控;標準模塊化設計，縮短交付周期，同時提高了使用的可靠性和可維護性。
0.4KV饋線	多功能網絡電力儀表	APM-510(72外型)		具有三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ）、電能統計、電能質 量分析（包括諧波、間諧波、閃變）、故障錄波功能(包括電壓暫升暫降中斷、沖擊電流等記錄)、事件記錄功 能及網絡通訊等功能，主要用于電網供電質量的綜合監控。該系列儀表配有功能豐富的DI/DO模塊、AO模 塊、無線通訊模塊、漏電測溫模塊，可以靈活實現電氣回路全電量測量及開關狀態監控
	電氣火災監測模塊	ARCM200系列		三相(I、U、kW、Kvar、kWh、Kvarh、Hz、cos中)，視在電能、四象限電能計量，單回路剩余電流監測，4路溫度監測，2路繼電器輸出，4路開關量輸入，事件記錄，內置時鐘，點陣式LCD顯示，2路獨立RS485/Modbus通訊
	測溫監控裝置	ARTM-Pn-E		無線測溫采集可接入60個無線測溫傳感器；U、I、P、Q等全電參量測量；2路告警輸出；1路RS485通訊；
	無線測溫傳感器	ATE400		合金片固定，CT感應取電，啟動電流大于5安培，測溫范圍-50-125C，測量精度±1℃；無線傳輸距離空曠150米；
低壓回路	電流互感器	AKH-0.66系列		測量型互感器，采集交流電流信號

4結束語

總而言之，醫院作為與民生息息相關的基礎設施建設，配電系統的正常運行和醫療設備的正常運作與人民群眾的生命財產安全有著直接的聯系。諧波的產生對醫院配電系統會造成一定的危害，必要對諧波設備進行有效地治理。有緣濾波器是治理醫院配電系統諧波設備的有效方案，利用有緣濾波器能夠減少諧波的產生，降低諧波的危害，有效地保護醫院用電設備，從而優化醫院的配電系統，確保醫院配電系統的正常運行。

參考文獻：

[1]醫院配電系統諧波設備效果及治理方案黎清林

[2]程杰.醫院配電系統諧波分析及治理研究[J].中國設備工程,2020(01):214-216.

[3]安科瑞企業微電網設計與應用手冊2020.06版．

[4]安科瑞用戶變電站變配電監控解決方案2021.10

作者簡介：

吳春紅，現任職于江蘇安科瑞微電網研究院有限公司，主要從事醫院能效管理系統研發與應用。

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審核編輯 黃宇