摘要：医院建筑中的医技、电子检测等设备能产生大量的高次谐波， 成为医院配电系统的主要污染源。实测比较了医院中照明、电子检测设备、医技设备配电干线上的谐波电流， 对此类建筑谐波治理的方法和计算方式做了简要的分析。
关键词 医院 谐波治理 电子检测设备 医技设备
随着医疗行业的发展， 一些大型医院装备了许多电子医技设备， 这些设备共同的特点是： 设备运行会产生大量的高次谐波; 对电源质量要求很高。
医疗设备所在配电系统中， 如果存在大量的谐波， 会使电压、电流波形发生畸变， 影响系统供电质量。同时还对其它供电及用电设备造成危害：缩短设备使用寿命， 干扰重要医疗设备的正常工作。医院配电系统的谐波治理已成为医院和设计部门必须考虑的问题。那么究竟哪些设备会产生高次谐波， 高次谐波含量有多大， 怎么治理呢? 笔者从以下几个方面进行分析、探讨。
1 医院配电系统谐波的产生
1. 1 普通照明
照明配电干线电流波形有畸变， 产生的谐波电流不是非常明显， 电流总谐波畸变率在7 % 左右。
1. 2 电子检测设备
电子设备产生了一定的谐波电流， 电流总谐波畸变率THDI在10% 左右。
通过对上述配电干线L 3相进行实时频谱测试、分析， 发现： 谐波频谱很复杂， 典型的频谱集中在3次、5 次、7 次， 频谱相对较宽， 谐波频谱范围大约在： 3 ～ 33 次， 有间谐波成分。电子设备的自然功率因数很高， 达到了0. 92。 1. 3 医技设备(重点谐波源设备)
1. 3. 1 核磁共振设备
核磁共振设备配电线路谐波电流测试数据见表3。由表3 可见， 核磁共振设备的电流波形发生了明显的畸变， 电流总谐波畸变率THDI
高达23 . 4%， 是系统中主要的谐波源。
通过对上述配电干线L1相进行实时频谱测试、分析， 发现： 谐波频谱很复杂， 典型的频谱集中在3 次、5 次、7 次、9 次， 频谱相对较宽， 谐波频谱范围大约在3 ~ 43 次， 有很多间谐波成分。
1. 3. 2 加速器
加速器配电线路谐波电流测试数据见表4。可以看到， 加速器设备电流波形发生了明显的畸变， 产生了更大的谐波电流，电流总谐波畸变率THDI高达48 . 7%， 是系统中主要的谐波源。通过对上述配电干线L 2相进行实时频谱测试、分析， 发现：典型的频谱集中在3 次、5 次、7 次、9 次、11 次、13 次， 频谱宽， 谐波频谱范围大约在： 3 ～49 次， 有间谐波成分。
2 医院配电系统谐波分析
医院中核磁共振设备和加速器等医技设备产生大量的谐波电流， 是主要的谐波源; 电子检测设备也是典型的谐波源， 电流畸变率THDI达10 % 左右， 如果此类设备数量很多， 对电网也会产生很大的污染。
以上数据， 只是大量测试数据中几个典型的测试数据， 由于各医院选用的医技设备型号、厂家不同， 测试时运行状态不同， 测得的结果也不尽相同， 由于文章篇幅的关系， 测试数据不再一一列出。
通过大量测试数据分析发现： 加速器、X 光机、胃肠机等设备产生的THDI大约在50 % ～ 60 %; CT(计算机断层扫描)、磁共振、DSA (数字减影血管造影机) 等在30 % 左右; 电子检测设备、手术室、伽玛刀等在10 % ～ 15 % 之间; 变频设备在35 % 左右等。医院配电系统中的谐波电流具有如下特点：
a . 谐波源设备产生的谐波电流的频谱很宽。医院中大部分是电子设备， 在不同的负载率下， 典型的频谱有所不同， 但是共同点是频谱范围很宽， 很多设备还有偶次谐波分量。
b . 谐波电流畸变率很高， 设备的自然功率因数也很高。
c . 医院内电子设备、医技设备很多， 这些设备对谐波很敏感。如果大量的谐波电流注入系统， 会干扰设备的正常工作， 影响配电系统的供电质量。
d . 大量的谐波电流和谐波电压， 会影响配电系统中继电保护设备的正常工作， 影响配电系统的供电连续性。
3 谐波治理方案及谐波治理设备选择
可以看到， 医院配电系统中存在大量的谐波电流， 给配电系统的安全运行带来隐患， 必须进行治理。为了有效地滤除谐波， 考虑配电系统中谐波频谱很宽和设备自然功率因数高的特点， 可选用有源滤波器， 采用就地与集中相结合的谐波治理方式。
3. 1 谐波治理方案的选择
a . 大型医技设备均配备专用隔离变压器， 可以抑制3 或5 次谐波， 但对其它高次谐波不起作用，所以， 不能依赖隔离变压器进行谐波治理。
b . 无源滤波装置只能针对某一频率的谐波进行治理， 对于医院配电系统中频谱范围较宽的谐波的治理不适合， 医技设备、电子检测设备功率因数较高，不需要补偿。
c . 并联有源滤波器能够检测、分析系统电流中的谐波分量; 自动补偿， 不受频谱范围的制约; 可以单独治理谐波， 不提高功率因数。
d . 针对谐波源分散， 单个设备产生谐波量小的电子检测设备， 采用集中滤波的方式， 在主母线上或配电干线上进行谐波治理。
e . 在重点的谐波源设备(大型医技设备) 处，进行就地谐波治理。避免设备运行产生的谐波注入到电网， 可明显降低主要谐波源对供电系统和设备的影响。
3. 2 谐波治理设备的选择
对于已经投入运行的医院可以实测数据为依据，选择滤波设备的容量。对于在建医院建筑， 可以通过如下方式预估谐波电流， 选取相应的滤波设备：
a . 就地补偿： 按设备工作电流乘以谐波畸变率， 即可得出谐波电流有效值， 可选择相应电流的三线滤波器。
b . 集中补偿： 考虑到主母线或配电干线上可能含有照明、动力、空调等负载， 应选用相应容量的四线滤波器。集中补偿滤波设备的谐波电流有效值可按计算电流乘以谐波畸变率， 畸变率按15% 考虑。
c . 如果不采用就地补偿， 只采用集中补偿， 医技设备与其它电气设备混合供电， 可以将畸变率提高到20% 进行估算。
有源滤波器输出的补偿电流是根据系统的谐波量动态变化的， 因此不会出现过补偿的问题; 另外， 有源滤波器内部有过负荷保护功能， 当系统的谐波量大于滤波器容量时， 滤波器可以自动限制在100% 额定容量输出， 不用担心会发生过负荷的问题。
4 结语
在医院设计中， 对医院建筑的谐波量到底有多大， 应该怎么计算， 怎样选择谐波治理设备， 很少有设计者在设计阶段就考虑到。大部分医院都是在投入运营后， 发现电源质量问题才想到解决谐波问题， 改善电源质量。针对这一现象， 本文提供了医院建筑谐波治理的具体方式， 同时提供了一种简单有效的谐波治理设备计算、选择的方法， 供广大设计者参考。 信
