低压有源滤波器在医院建筑中的应用
王长幸 江苏安科瑞电器制造有限公司
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
主要分类
设施设备名称
建筑设施
电梯设备
中央空调系统
消防水泵
照明设备
医疗设施
手术室、层流室系统
ICU、分娩室、新生儿监护室、血透中心等
制剂、样本、血液保存与冷冻设施
医院办公自动化设施
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
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
谐波源负载种类
谐波电流次数
谐波电流畸变率
照明灯具、电脑等
3、5、7、9等（2n+1）次
（7~10）%
电子检测设备、手术室、伽玛刀等
3、5、7、9等（2n+1）次
（10~15）%
CT、磁共振、DSA等
3、5、7、9等（2n+1）次
（30~40）%
加速器、X光机、胃肠机等
3、5、7、9等（2n+1）次
（50~60）%
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*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）
电网标称电压（kV）
电压总谐波畸变率（%）
各次谐波电压含有率（%）
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
4ANAPF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ANAPF有源滤波器。
下面以1#ANAPF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
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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
接入电压
3×380V±10%
接入频率
50Hz±2%
动态补偿响应时间
动态响应＜4ms，全响应时间＜20ms；
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：ANAPF100-400/B
参考价格：12万元/台
主要产品明细：
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
DL-1TH1
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*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。
【参考文献】
1、GB/T14549-1993《电能质量：公用电网谐波》
2、安科瑞电气股份有限公司产品手册.2013.01.版
3、doc88.com《”医院行业”配电系统谐波治理案例》
技术支持：王长幸（1985-），女，江苏安科瑞电器制造有限公司 ,汉族，本科，工程师，主要研究方向为智能建筑供配电监控系统 邮箱：[email protected]； 0510-86179961 QQ:2880263323 网址：http://www.jyacrel.cn/ http://ipd.acrel.cn/
《ANAPF有源电力滤波装置设计与应用图集》（图集号：ACR13CDX701）由安科瑞电气股份有限公司主编，本图集结合ANAPF有源电力滤波装置产品的特点，依据电气设计规范，研究消除供配电系统中的高次谐波问题，达到改善供电质量和确保电力系统安全运行的目的。图集适用于新建、改建、扩建和技改项目中工业与民用及公共建筑内电气设备的谐波抑制及综合治理的设计与改造。凡需要图集的请提供贵单位名称、部门、地址、邮编、联系人、联系电话、邮箱等信息，传真:0510-86179975、邮件:[email protected]或QQ:2880263323至安科瑞王长幸工程师收，安科瑞电气免费赠送。
