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      應用案例

      低壓有源濾波器在醫院建筑中的應用

      1 引言
           現代化醫療機構為提高醫療服務水平,不斷引入新型、復雜的各種先進醫療設備如核磁共振、CT機、X光機、血透機等,同時各種節能照明設備、變頻空調、電梯設備等大量投入使用。這些設備均為非線性設備,在運行過程中會產生大量的高次諧波,對配電系統和醫療設備造成一定的干擾。同時這些先進的醫療設備都具有高檔的計算機部件和大量的高靈敏微電子器件,對供電電源的電能質量要求很高,對電壓波動和電力諧波非常敏感,嚴重的電力諧波問題會導致醫療設備的損壞甚至導致醫療事故的發生。
       
      2 醫院建筑供電系統諧波源、諧波特性及諧波危害分析
      2.1 諧波的來源
      主要分類 設施設備名稱
      建筑設施 電梯設備
      中央空調系統
      消防水泵
      照明設備
      醫療設施 手術室、層流室系統
      ICU、分娩室、新生兒監護室、血透中心等
      制劑、樣本、血液保存與冷凍設施
      醫院辦公自動化設施
      醫療診斷設備 主要診斷設備,如螺旋CT機、彩色多普勒、核磁共振儀、腹腔鏡、腦電圖機、色譜儀、各種功能檢測儀器等
      主要治療設備,如呼吸機、高壓氧倉、各類監護儀、激光治療儀等
       
      2.2 諧波的特性
      諧波源負載種類 諧波電流次數 諧波電流畸變率
      照明燈具、電腦等 3、5、7、9等(2n+1)次 (7~10)%
      電子檢測設備、手術室、伽瑪刀等 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光機、胃腸機等 3、5、7、9等(2n+1)次 (50~60)%
      UPS、變頻通風設備、電梯等 5、7、9、11等(6n+1)次 (25~35)%
       
      2.3 諧波危害分析
      2.3.1 諧波對配電系統的危害
          使電力元件附加損耗加大,易引發火災;影響電氣設備的正常運行;引起電網諧振;使繼電保護誤動作,電氣測量誤差過大;使工控系統崩潰。
      2.3.2 諧波對醫療設備的危害
         導致依賴微處理器技術的設備的同步失調和數據錯誤;直接危害設備內部電子線路安全,導致擊穿或放電;影響精密醫療設備的使用性能和精度。
       
      3 電網諧波國家標準要求
          目前采用的電能質量(諧波)評定標準,主要為中國國家標準《電能質量:公用電網諧波》(GB/T14549-1993),標準中對電網中電流電壓的畸變率有明確規定,也是作為諧波評價、治理的重要依據。
      表1:電網諧波電壓國家標準:引用于(GB/T14549-1993)
      電網標稱電壓(kV) 電壓總諧波畸變率(%) 各次諧波電壓含有率(%)
      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:注入電網公共連接點的諧波電流允許值:引用于(GB/T14549-1993)
      標稱電
      壓(kV)
      基準短路
      容量(MV.A)
      諧波次數及諧波電流允許值(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低壓有源濾波器在醫院建筑中的應用案例
      4.1 有源濾波器應用簡介
          某大型三甲醫院新建的門診住院綜合樓共有4臺2000kVA和1臺1600kVA的變壓器以及1臺800kW的柴油發電機,根據該醫院各變壓器非線性負荷設備的負載率大小和相應的諧波畸變率以及各非線性設備的同時使用率來計算諧波電流的大小,配置了5臺不同容量規格的STS-APF有源濾波器。
          下面以1#STS-APF有源濾波器投入運行前、后配電系統電能質量測試情況的對比分析為例來具體描述,其中1#變壓器負載主要為燈光照明、電梯、潛污泵、計算機中心等。
      4.1.1 有源濾波器投運前后的數據
      (1)有源濾波器投入前電流波形畸變比較嚴重,三相電流諧波含量分別為19.7%、27.8%、26.6%,三相電流分別為45A、40A、64A,中性線電流為37A。
      (2)有源濾波器投入后電流波形畸變情況明顯改善,三相電流諧波含量明顯降低,分別為2.9%,2.8%,3.4%,三相電流分別為47A、48A、47A,中性線電流為5A。
      (3)電流波形明顯改善,使用濾波器后電流波形近似呈正弦波形態,諧波治理的工作達到了預期的目標和效果。
      4.1.2 有源濾波器投運前后測試記錄數據
       
      4.2 有源濾波器在醫院建筑中應用的意義
           保護醫療用電設備安全,凈化電源,保護功率因數補償設備,防止保護裝置的誤動作,降低電能損耗,擴大變壓器和發電機供電容量。
       
      4.3 有源濾波器主要技術指標
      接線方式 三相三線或三相四線
      接入電壓 3×380V ±10%
      接入頻率 50Hz ±2%
      動態補償響應時間 動態響應<4ms,全響應時間<20ms;
      開關頻率 10kHz
      功能設置 只補償諧波、只補償無功、既補償諧波又補償無功;手動、自動切換。
      諧波補償次數 2-21次
      保護類型 直流過壓 IGBT過流 裝置溫度保護
      過載保護 自動限流在設定值,不發生過載
      冷卻方式 智能風冷
      噪音 < 65db(處于柜內并運作于額定狀態)
      工作環境溫度 -10℃~+45℃
      工作環境濕度 <85%RH 不凝結
      安裝場合 室內安裝
      海拔高度 ≤1000m(更高海拔需降容使用)
      進出線方式 下進下出
      防護等級 IP21
      智能通信接口 RS485/MODBUS-RTU
      遠程監控 可選
      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) 三相四線 三相三線
      30A、50A 75A、100A 30A、50A 75A、100A
      280 360 240 290
       
      4.4 有源濾波器報價及元件清單
      型號:STS-APF100-400/B
      參考價格:12萬元/臺
      主要產品明細:
      序號 名    稱 型    號 數量
      1 APF電氣柜 800X600X2200 1
      2 變流器 APFCOV-CVT100 1
      3 控制器 APFMC-C100 1
      4 電抗器 APF-RE.(S)DG-100 1
      5 有源電流互感器 LT208-S7 3
      6 濾波器 STS-WF001 2
      7 斷路器 CVS160FTM160D4P3D 1
      8 接觸器 LC1D150M7C 1
      9 微型斷路器 NDM1-63C32 1
      10 中間繼電器 MY4NAC 2
      11 R型變壓器 R320-0.38/0.22 1
      12 諧波檢測儀 ACR350EGH 1
      13 電線 16mm2 若干
      14 電線 4mm2 若干
       
      5 結論
          本文分析了醫院建筑的諧波源、諧波特性和危害,并通過某大型醫院低壓配電系統中有源濾波器的應用案例,對比分析了有源濾波器投入前后的情況,說明了有源濾波器的諧波治理技術是改善供電電能質量的有效手段之一,可將產生的諧波控制在最小范圍內,達到科學合理用電,抑制電網污染,提高電能質量,保證醫療設備安全的作用。
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