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摘要:醫(yī)療行業(yè)的發(fā)展與建設(shè)離不開電。醫(yī)療行業(yè)的配電系統(tǒng)是保證醫(yī)院供電的一項重要因素規模設備。隨著我國現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的逐漸發(fā)展與進步,醫(yī)院的供電設(shè)施也得到了很大的改良以及提高的方法。在發(fā)展的過程中,各種技術(shù)使得我國醫(yī)院的配電系統(tǒng)得到了逐漸的完善工具。一些大型醫(yī)院裝備了許多電子醫(yī)技設(shè)備.這些設(shè)備共同的特點是:設(shè)備運行會產(chǎn)生大量的諧波;對電源質(zhì)量要求很高喜愛。醫(yī)療設(shè)備所在配電系統(tǒng)中重要的角色,如果存在大量的諧波,會使電壓向好態勢、電流波形發(fā)生畸變優勢領先,影響系統(tǒng)供電質(zhì)量。同時還對其它供電及用電設(shè)備造成危害:縮短設(shè)備使用壽命共創美好,干擾重要醫(yī)療設(shè)備的正常工作。醫(yī)院配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量治理已成為醫(yī)院和設(shè)計部門須考慮薄弱點。
關(guān)鍵詞:醫(yī)療行業(yè)供配電系統(tǒng)覆蓋範圍;醫(yī)療設(shè)備;電能質(zhì)量積極性;諧波危害及治理奮勇向前;系統(tǒng)解決方案
1引言
在醫(yī)院的發(fā)展以及運行中,需要采用高科技等技術(shù)手段來滿足醫(yī)院供電設(shè)施的要求實施體系,從而逐漸實現(xiàn)醫(yī)院的科學(xué)用電以及節(jié)能用電等組建,這樣能夠合理地減少醫(yī)院的成本。醫(yī)院供配電系統(tǒng)是醫(yī)院工作的基礎(chǔ)平臺效果較好,包含各類非線性重要的意義、時變性電器設(shè)備和醫(yī)療設(shè)備。它們產(chǎn)生的諧波相互作用等多個領域,若不治理再獲,不僅會影響設(shè)備的正常運行,嚴(yán)重時甚至?xí){患者的生命安全應用擴展,因此對醫(yī)院供配電系統(tǒng)電能質(zhì)量治理的深入分析研究勢在必行體驗區。
醫(yī)療行業(yè)供配電系統(tǒng)中的諧波源主要可分為醫(yī)療設(shè)備、信息通信設(shè)備和電器設(shè)備三大類發揮效力,具有頻譜寬新格局、畸變率高、種類雜和數(shù)量多等特點安全鏈。
醫(yī)院的95%醫(yī)療設(shè)備含有大量的電力電子器件顯示,工作時不可避免的產(chǎn)生諧波污染。常見的醫(yī)療設(shè)備有CT機處理方法、核磁共振儀MRI重要作用、直線加速器、X線機習慣、心血管造影機DSA和數(shù)字造影儀DSI等充足。
作為當(dāng)前醫(yī)學(xué)診斷的主要檢查設(shè)備進展情況,CT機臨床運用十分廣泛,且價格十分昂貴綠色化發展。工作時至關重要,高頻高壓發(fā)生器先將三相交流電整流成直流,再經(jīng)并聯(lián)逆變器逆變?yōu)轭l率高達1×104Hz的交流用上了,通過倍壓整流產(chǎn)生大于30KV的穩(wěn)定高壓給球管兩端供電提升行動。整個工作過程既進行整流又進行逆變,會產(chǎn)生大量諧波關註,嚴(yán)重時總諧波畸變率可達30%研究進展。
醫(yī)學(xué)上的核磁共振儀(MRI)依據(jù)“核磁共振"原理,產(chǎn)生核磁共振所需交變磁場和無線電射頻脈沖都將帶來諧波污染連日來,正常工作時MRI的諧波畸變率在20%左右快速融入。
直線加速器是指用微波電磁場加速電子的直線型加速器,在醫(yī)院腫瘤放射治療領(lǐng)域運用較為廣泛系統。系統(tǒng)所需高頻電源增強、直流高壓電源的產(chǎn)生和脈沖調(diào)制器及脈沖電壓穩(wěn)定裝置都將造成諧波污染,電流總諧波畸變率可達40%~50%交流等。
X光機為典型的瞬時性負(fù)荷更加廣闊,工作時電壓可達幾十甚至上百千伏,變壓器原邊將增加60~70kW的瞬時負(fù)荷提高。X光機的主要部件為光球管和高壓整流器可以使用。由于高壓整流器的整流橋工作時將產(chǎn)生較大諧波,加上X光機的瞬時工作特性深刻內涵,使得其諧波畸變率可達30%~50%傳遞。
為了存儲海量信息和方便辦公,現(xiàn)在大型醫(yī)院基本建立了醫(yī)院信息系統(tǒng)深入闡釋。系統(tǒng)本身功能強大相關性,通常包括醫(yī)療信息系統(tǒng)、臨床信息系統(tǒng)物聯與互聯、視頻視教和遠(yuǎn)程醫(yī)療等系統(tǒng)穩定。信息系統(tǒng)一般由成千上萬臺計算機和不計其數(shù)的網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備構(gòu)成,與醫(yī)院的視頻監(jiān)控系統(tǒng)和音頻系統(tǒng)一樣供給,運行過程必將產(chǎn)生諧波電流優勢與挑戰。
以UPS典型負(fù)載為例,UPS先將市電整流變換成直流電解決方案,一路給電池充電趨勢,另一路給逆變器供電,將直流電變換成穩(wěn)壓、穩(wěn)頻一站式服務、純凈的50Hz交流電廣度和深度,向負(fù)載供電。當(dāng)市電異骋I作用;蚬╇娭袛鄷r加強宣傳,逆變器改由電池提供能量繼續(xù)工作,保證無間斷地給用電設(shè)備供電用的舒心。EPS在市電正常時由市電輸出供電技術發展,同時對電池充電,當(dāng)市電停電或電壓過低時則由電池經(jīng)逆變器向負(fù)載供電集成。EPS和UPS均采用了IGBT技術(shù)和PWM技術(shù)重要手段,進行整流和逆變時都會帶來諧波污染,是不可忽視的諧波源穩定性。對大功率UPS來說研究與應用,如果整流裝置為三相全控橋6脈沖整流器,總諧波畸變率將近30%~40%更高效。
醫(yī)院內(nèi)電梯、空調(diào)重要部署、變頻水泵具體而言、通風(fēng)、照明設(shè)備等都將產(chǎn)生畸變諧波線上線下。如大量使用的熒光燈發揮重要作用,會引起較大的諧波電流,其中3次諧波為較高數據顯示。當(dāng)多個熒光燈接成三相四線負(fù)載時高質量,由于3次諧波電流屬于零序諧波電流,三相矢量角度一致記得牢,3次諧波電流向零線疊加註入了新的力量,造成中性線電流過大。大部分醫(yī)院均采用變頻空調(diào)及風(fēng)機更多可能性,而變頻器是典型的諧波源去創新,會產(chǎn)生大量5次、7次諧波污染電網(wǎng)緊迫性。
醫(yī)院配電系統(tǒng)主要諧波源結構、諧波次數(shù)和畸變率情況如表1所示,可見醫(yī)院典型設(shè)備產(chǎn)生的諧波主要為3次高效、5次溝通協調、7次。正是這些設(shè)備在運行過程中產(chǎn)生諧波,使醫(yī)院的電能質(zhì)量受到影響保障性,而受到影響的電能又反過來影響設(shè)備的正常使用帶動產業發展。
正常的供電網(wǎng)絡(luò)所提供的電壓應(yīng)該是單一的固定頻率和規(guī)定的電壓幅值。諧波電流和諧波電壓的出現(xiàn)持續發展,對供電電網(wǎng)是一種污染必然趨勢,它對用電設(shè)備正常運行造成危害。醫(yī)療設(shè)備對配電系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波的危害主要體現(xiàn)在如下方面:
電網(wǎng)中的諧波會增加系統(tǒng)損耗擴大,使設(shè)備發(fā)熱多樣性,影響設(shè)備使用壽命。此外當(dāng)并 聯(lián)的無功補償電容器容抗Xcn與系統(tǒng)感抗Xsn匹配時即Xcn=Xsn新格局,將發(fā)生n次并聯(lián)諧振明顯,造成電容器組的過電壓和過電流。當(dāng)基波頻率為f1時顯示,諧振頻率fr可由下式計算得出創新為先。其中,Sc為電源短路容量科普活動;Qc為電容器容量創新延展。
表1醫(yī)院配電系統(tǒng)主要諧波源和諧波畸變率情況
諧波會增加變壓器的銅耗、鐵耗和雜散磁通損耗(線圈渦流損耗)狀況,可能在變壓器繞阻和線電容之間產(chǎn)生諧振機製性梗阻,增加變壓器發(fā)熱,甚至引起局部嚴(yán)重過熱全過程,同時使變壓器噪聲增加集成應用,減少變壓器的實際使用容量,降低變壓器的使用壽命不負眾望。諧波電流引起的變壓器總的渦流損耗可由下列公式求出:
式中高效流通,為總諧波渦流損耗;
為額定基波電流的渦流損耗精準調控;
為n次諧波電流功能;
為額定基波電流。
諧波對電機的主要影響是引起附加損耗解決,此外還將產(chǎn)生機械振動廣泛關註、噪聲和諧波過電壓,降低其工作效率集成技術。三相感應(yīng)電動機的n次諧波電流大小可通過式(
為n次諧波電壓就能壓製;
為基波頻率)計算得到。由于電壓畸變引起的附加鐵心損耗很小適應能力,可以忽略不計更優美。所以感應(yīng)電動機整個諧波損耗即銅耗。
在諧波的作用下電容器將過熱,導(dǎo)致絕緣部分老化成效與經驗,縮短使用壽命適應性。當(dāng)諧波次數(shù)較高時,電容器呈現(xiàn)低阻抗特性稍有不慎,流過電容器的電流將變大重要作用,使得電容器處在過載的工作情況,縮短使用壽命最為顯著。諧波往往還會使電容器介質(zhì)損耗增加尤為突出,其直接后果是額外的發(fā)熱和壽命縮短。電容器和電源電感結(jié)合也會構(gòu)成并聯(lián)或串聯(lián)諧振電路環境,在諧振情況下諧波電流會被放大數(shù)倍甚至數(shù)十倍空間載體,終會導(dǎo)致電壓會大大高于電容器的額定電壓值,使電容器損壞炸裂或保護熔斷器熔絲熔斷應用情況。
諧波對通信系統(tǒng)干擾的大小由三個因素綜合決定:電力線路諧波電壓和諧波電流大小保護好,電力線路和通信線路之間的耦合強度,通信線路對諧波干擾的敏銳程度表現。電網(wǎng)中不平衡諧波電流對通信系統(tǒng)特點,輕則產(chǎn)生噪聲干擾,降低通信質(zhì)量結論,重則導(dǎo)致信息丟失慢體驗,使系統(tǒng)無法正常工作。在多個中性點接地電網(wǎng)中智能化,如有較大零序分量諧波電流通過中性點流入大地,將嚴(yán)重干擾附近通信系統(tǒng)處理。通常音頻通道的頻率為200~3500Hz建設,而很多諧波也在這個范圍,易對臨近的電話線路產(chǎn)生靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)助力各行,輕則引起可以察覺的雜音甚至觸發(fā)電話響鈴前來體驗,重則危及設(shè)備和操作人員安全。
只要通入諧波有效值和基波相同確定性,就可引起電磁式繼電器誤動作更加廣闊,導(dǎo)致感應(yīng)型繼電器運動過程來回擺動,機電型繼電器時間延時特性改變講故事,零序電流繼電器不能區(qū)分零序電流和次諧波電流非常完善,導(dǎo)致誤跳閘。由于大多數(shù)電氣測量儀表全面革新,如電流表作用、電壓表、功率表都是按工頻正弦波來設(shè)計,對非正弦信號呈現(xiàn)出不同響應(yīng)特性技術特點,當(dāng)有諧波時會產(chǎn)生測量誤差提高鍛煉。
醫(yī)療設(shè)備的進步,體現(xiàn)著現(xiàn)代醫(yī)院診療水平凝聚力量,醫(yī)院的電磁環(huán)境因此發(fā)生了較大變化∮兴嵘?,F(xiàn)代化醫(yī)院通過不斷引入新型、復(fù)雜的電子醫(yī)療系統(tǒng)來提高醫(yī)療服務(wù)水平新的力量。諧波干擾問題必將成為醫(yī)院現(xiàn)代化進程中須重視的問題先進水平。醫(yī)院建設(shè)、管理新趨勢,電氣工程設(shè)計是以后發(fā)展過程中須考慮的問題反應能力。
其原因有二:一是因為當(dāng)前電子技術(shù)正朝著高頻、高速學習、高靈敏度結構重塑、高可靠性、多功能應用優勢、小型化方向發(fā)展高質量發展,導(dǎo)致了現(xiàn)代電子設(shè)備產(chǎn)生和接受電磁干擾的幾率大大增加;二是隨著電力電子裝置本身功率容量和功率密度的不斷增加高效節能,電網(wǎng)的諧波干擾和反串也日益嚴(yán)重影響力範圍。諧波不僅降低電網(wǎng)的供電品質(zhì),還會嚴(yán)重危及醫(yī)療設(shè)備供配電系統(tǒng)的電力器件的運行新創新即將到來,容易產(chǎn)生誤動作邁出了重要的一步,擊穿電容補償柜,對小型儀表類醫(yī)療設(shè)備產(chǎn)生電源干擾設施。所以電力諧波是個不容忽視的問題需求,應(yīng)以重視。
1)對電能質(zhì)量要求高組合運用;
2)負(fù)載中含有多種諧波源更讓我明白了,配電諧波含量較高;
3)治理方案:根據(jù)負(fù)載特征積極,需通過配電房集中治理和針對性的就地治理共同實現(xiàn)探索。
隨著各種先進醫(yī)療設(shè)備(磁共振成像(MRI)、二維圖像彩色B超儀產業、全身螺旋CT掃描儀滿意度、單(雙)光子發(fā)射計算機斷層掃描機、全自動生化儀可持續、采用電磁波技術(shù)的碎石機機製性梗阻、胃腸斷層掃描機機製、高頻電刀、多功能微波治療儀等)的引進與使用集成應用,各種電子電路和電力電子技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)院的應(yīng)用探討,生物醫(yī)學(xué)工程在現(xiàn)代化醫(yī)院中所起的作用越來越重要。這些儀器在保證醫(yī)療質(zhì)量的同時高效流通,也因為儀器的高負(fù)載等特性明確相關要求,造成了大量的諧波污染,大量的諧波必然會產(chǎn)生嚴(yán)重危害統籌發展,特別是諧波造成的電壓波動會影響醫(yī)療設(shè)備深化涉外,使其受到諧波信號的干擾而影響儀器的性能。特別值得關(guān)注的是生產製造,醫(yī)院是對電能質(zhì)量要求很高的場合開展試點,意外斷電和電網(wǎng)干擾對醫(yī)療儀器的影響不容忽視。特別是對于部分進口儀器共同,對使用的電網(wǎng)環(huán)境要求很高推進一步,因為國外已經(jīng)很早就重視了電能質(zhì)量問題而進行了嚴(yán)格限制,很多儀器不能保證在諧波環(huán)境下正常檢測簡單化,甚至?xí)绊懫涫褂脡勖?/span>
安科瑞電氣提出的電能質(zhì)量監(jiān)測與治理系統(tǒng)解決方案可滿足電力監(jiān)控管理力度、運維與電能質(zhì)量治理等方面的需求,致力于為醫(yī)療行業(yè)用戶提供一站式的整體解決方案系統性,從產(chǎn)品勇探新路、系統(tǒng)、服務(wù)等不同方面來滿足用戶的需要傳遞,為用戶創(chuàng)造價值試驗。
電能質(zhì)量監(jiān)測與治理系統(tǒng)除作為本地終端為用戶提供電能質(zhì)量監(jiān)測、治理與設(shè)備運維等功能外開展攻關合作,亦可通過接入AcrelEMS-MED醫(yī)療建筑綜合能效管理平臺製度保障,為用戶提供遠(yuǎn)程在線服務(wù);
全控技術(shù)實現(xiàn)電能質(zhì)量自行開發;
電能質(zhì)量監(jiān)測:電能質(zhì)量實時在線監(jiān)測,測量精度高責任、測得準(zhǔn)應用情況,符合IEC61000-4-30標(biāo)準(zhǔn);
電能質(zhì)量監(jiān)測與治理裝置整體設(shè)計組建,通過上位平臺實現(xiàn)統(tǒng)一管理和閉環(huán)控制表現;
高品質(zhì)電能質(zhì)量治理:配套電力電子裝置技術(shù)過關(guān)、質(zhì)量過硬深刻變革,具備網(wǎng)絡(luò)化結論、可調(diào)控和諧共生、快速響應(yīng)的性能;
電能管理務(wù)業(yè)務(wù)綜合協(xié)同:配電監(jiān)控管理與運維適應性強、電能分析與電能質(zhì)量數(shù)據(jù)共享融通推廣開來,為企業(yè)電能供給與消費提供控制手段。
全方面監(jiān)測電能質(zhì)量相對較高,保障供電可靠性
對供電回路的電氣參數(shù)進行全方面監(jiān)測資源配置,確保設(shè)備用電符合標(biāo)準(zhǔn)要求。微秒級故障錄波與SOE告警能夠及時記錄故障發(fā)生時全部數(shù)據(jù)信息相關,支持開展故障追蹤與問題定位大力發展。
完整電能質(zhì)量治理
通過集中+就地整體電能質(zhì)量治理模式,更大程度滿足無功和諧波治理的要求生產效率,提高整個醫(yī)療供配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量產能提升,減少對其它供電及醫(yī)療設(shè)備造成危害。
數(shù)據(jù)應(yīng)用及增值服務(wù)
系統(tǒng)提供多維度的用電指標(biāo)統(tǒng)計與電能數(shù)據(jù)分析工具節點,為配電系統(tǒng)運行管理優(yōu)化和節(jié)能降耗提供指導(dǎo)通過活化。
針對醫(yī)療行業(yè)配電系統(tǒng)中涉及到的電梯、空調(diào)支撐作用、風(fēng)機研學體驗、大型水泵等電器設(shè)備及數(shù)量較多的計算機和音頻等網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備,為減少諧波對電網(wǎng)側(cè)的危害和影響最為突出,同時確保無功功率因數(shù)達到國標(biāo)要求值落實落細,避免罰款,可采用配電房集中治理的方式高效化,同時也可對整個低壓供配電系統(tǒng)進行電能質(zhì)量在線監(jiān)測製高點項目,其中包含諧波分析、波形采樣範圍和領域、電壓暫降/暫升/中斷有所增加、閃變監(jiān)測等,其集中治理的產(chǎn)品選型見表2更高要求。
表2電能質(zhì)量監(jiān)測及集中治理產(chǎn)品選型表
核磁共振器MRI越來越重要的位置、CT機、X光機及UPS作為醫(yī)療行業(yè)中重要的末端設(shè)備共同學習,運行過程中不可避免的對整個醫(yī)療供配電系統(tǒng)中產(chǎn)生諧波污染順滑地配合,電流畸變率一般會達到40%~50%。同時醫(yī)院照明普遍采用LED熒光燈效高、金鹵燈前沿技術、調(diào)光器等,此類照明裝置主要負(fù)荷類型為開關(guān)電源型性能,諧波電流以3次諧波電流為主拓展基地,3次諧波電流作為零序電流集中展示,三相矢量角度一致,因此向N線進行疊加體系流動性,導(dǎo)致N線電流過大探索創新。針對以上負(fù)載情況,建議在各重要設(shè)備的配電箱增加電能質(zhì)量補償設(shè)備進行就地治理積極拓展新的領域,達到終端治理諧波的目的配套設備,避免諧波影響到整個配電系統(tǒng)和其他用電設(shè)備。
就地治理的產(chǎn)品選型見表3
以上海某中心人民醫(yī)院諧波治理和無功補償項目為例相對開放,考慮到醫(yī)院復(fù)雜的各種先進醫(yī)療設(shè)備如核磁共振推進高水平、 CT機、 血透機等拓展應用,同時各種LED節(jié)能照明設(shè)備生產創效、變頻空調(diào)、電梯設(shè)備等大量投入使用管理,使用過程中會產(chǎn)生大量的諧波優化上下,對醫(yī)院中1-4號變壓器進線柜和4號變壓器無功柜進行測量,并根據(jù)具體測量數(shù)據(jù)給出相應(yīng)的治理方案模樣。
以1號變壓器為例生產體系,變壓器負(fù)載側(cè)和進線側(cè)測量數(shù)據(jù)分別如下:
負(fù)載側(cè)
進線側(cè)
由上述兩組數(shù)據(jù)可看出,一號變壓器無功補償前功率因數(shù)0.95很重要,現(xiàn)場只投入兩組能力和水平,補償后功率達到0.97,諧波的主要次數(shù)為3次異常狀況,5次和7次研究,對于5次和7次諧波可通過在配電房集中治理,消滅諧波對整個供配電系統(tǒng)應用創新、變壓器提高、無功柜和其它用電設(shè)備的影響;通過數(shù)據(jù)得到由于3次諧波在N線線性疊加的特性,N線電流約140A交流,對其進行末端就地治理,防止諧波對N線造成損害提供堅實支撐,保護線路還不大,同時阻止火災(zāi)的發(fā)生。
由于系統(tǒng)中無功柜均為純?nèi)菪猿浞职l揮,較易與諧波電流產(chǎn)生諧振現(xiàn)象選擇適用,放大諧波電流管理,使無功柜受到損害設計,在諧波較大的場合建議改造業務指導,具體方案如下:
方案一:集中治理:建議配電房無功柜改造,并串接14%電抗就此掀開,結(jié)合AnSin-G Ⅰ型有源諧波治理系統(tǒng)裝置進行集中諧波治理長足發展;無功柜未投入時功率因數(shù)較好,若不改造穩步前行,在不影響功率因數(shù)的基礎(chǔ)上可先暫停結構不合理,直接裝設(shè)有源諧波治理系統(tǒng)裝置進行諧波治理。
方案二:就地治理:建議在樓層配電間或負(fù)載末端加裝ANSNP中線安防保護器逐步改善,治理3N次諧波和三相不平衡導(dǎo)致N線電流過大問題意見征詢,達到終端治理諧波的目的,避免諧波影響到整個配電系統(tǒng)和其他用電設(shè)備大大提高。
現(xiàn)代醫(yī)療行業(yè)中的設(shè)備普遍采用電力電子變流和控制器件的必然要求,使醫(yī)院非線性醫(yī)療設(shè)備負(fù)荷的種類和數(shù)量迅速增加,諧波污染日趨嚴(yán)重取得了一定進展,給配電系統(tǒng)和醫(yī)療設(shè)備帶來巨大危害完善好。但醫(yī)院供配電系統(tǒng)諧波問題一直沒得到足夠重視,諧波造成的電能消耗增加積極參與、設(shè)備故障問題分析、使用壽命縮短等直接和間接經(jīng)濟損失相當(dāng)巨大。通過對醫(yī)院供配電系統(tǒng)電能質(zhì)量進行研究交流研討,結(jié)合系統(tǒng)平臺提出合理的整體解決方案更加完善,對改良供電質(zhì)量,提高電網(wǎng)的安全和經(jīng)濟運行相對較高,保障設(shè)備的性能以及降低能耗均有重要意義資源配置。