安科瑞 陳聰

摘要：隨著(zhù)各種電氣設備在醫院診療中的使用，諧波源越來(lái)越多，通過(guò)分析諧波的產(chǎn)生以及形成危害的原因，減少對線(xiàn)路及電源處造成的諧波污染，通過(guò)提出一種諧波治理方案，加裝諧波保護柜，實(shí)現保障電動(dòng)機設備用電環(huán)境等多方面的治理效益，以期達到諧波治理的效果。

關(guān)鍵詞：諧波；諧波治理；ANAPF系列有源電力濾波器

0、引言

隨著(zhù)各種電氣設備在醫院診療中的使用越來(lái)越廣泛，諧波源越來(lái)越多，造成線(xiàn)路及電源處的諧波污染也越來(lái)越大。某醫院變電所有電源進(jìn)線(xiàn)柜3個(gè)，現場(chǎng)的配電系統存在以下問(wèn)題：出現配電線(xiàn)路損耗增大、發(fā)熱、縮短絕緣壽命；出現電容器等設備燒毀現象；出現部分醫療設備(如核磁共振、CT)數據失真、損壞，瞬時(shí)掉電等現象。經(jīng)初步判斷，系統中電力側諧波和用戶(hù)側諧波的含量都比較大，需要做一個(gè)的諧波檢測。

1、諧波的檢測、分析及建議治理方案

電能質(zhì)量分析儀如圖1所示。

圖1 電能質(zhì)量分析儀

諧波檢測位置如圖2所示，橢圓處表示為測試示意位置

圖2 諧波檢測位置

對各電源進(jìn)線(xiàn)柜點(diǎn)緩解溫室效應、優(yōu)化空氣質(zhì)量,做到節能減排、環(huán)保出行。

表1 各電源進(jìn)線(xiàn)柜測量數據

1#變壓器電源進(jìn)線(xiàn)柜監測得到數據如圖3所示。

圖3 1#變壓器電源進(jìn)線(xiàn)柜監測得到數據

對測試數據進(jìn)行分析可以得出以下結論:測量時(shí)系統電流為 698 A,三相電流相對平衡;負載在無(wú)電容柜運行時(shí)功率因數為 0.88;電流波形畸變非常明顯,出現馬鞍形,畸變嚴重;總電流畸變率在測試過(guò)程中最高達 14.1% ;3、5、7、9 次諧波都非常高，諧波相對基波比例分別為 11.0%6.6%,0.4%、4.8%。

此階段諧波電流大小可根據公式 = lxTHD%，電流、畸變率以測量時(shí)計,諧波電流為98 A,考慮到諧波治理的必要性及負載的變化等因素,根據經(jīng)驗可知,治理容量需要相對放大余量進(jìn)行,建議本段母線(xiàn)的可選治理容量為 100 A。同理,4*進(jìn)線(xiàn)柜諧波電流為 117 A,建議本段母線(xiàn)的可選治理容量為 125 A;5*變壓器電源進(jìn)線(xiàn)柜諧波電流為 36 A,建議本段母線(xiàn)的可選治理容量為 75 A。

產(chǎn)生的問(wèn)題因諧波引起，因此提出了針對電流諧波治理的建議方案:1變壓器電源進(jìn)線(xiàn)柜，安裝 100 A 諧波保護柜;4"變壓器電源進(jìn)線(xiàn)柜，安裝 125 A 諧波保護柜;5變壓器電源進(jìn)線(xiàn)柜,安裝75 A諧波保護柜。諧波保護柜安裝點(diǎn)如圖4 所示。

圖4 諧波保護柜安裝點(diǎn)

2、諧波的分析及危害成因

2．1諧波的產(chǎn)生

諧波產(chǎn)生的原因為非線(xiàn)性負載工作時(shí)，由于非線(xiàn)性負載輸入端的整流電路阻抗不是一個(gè)定值，其阻抗隨著(zhù)外加電壓的變化發(fā)生變化，導致整流器從電網(wǎng)吸取的電流不是正弦波電流。三相整流器也會(huì )產(chǎn)生諧波電流，但是這時(shí)對應每個(gè)波峰，不是一個(gè)脈沖電流，而是兩個(gè)脈沖電流。無(wú)論單相整流器還是三相整流器，其電流波形都發(fā)生畸變，不再是正弦波電流，因此包含諧波成分。

2．2諧波的國家標準

(1)根據GB50052-2009《供配電系統設計規范》第5條“電壓選擇和電能質(zhì)量”中對電能質(zhì)量和諧波保護提出要求。第5.0.12中規定:配電系統中的諧波電壓和在公共連接點(diǎn)注入的諧波電流允許限值必須符合現行國家標準 GB/T 14549一1993 能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》的規定4(2) CB/T 14549-1993 《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》,對交流額定頻率為 50 Hz,標稱(chēng)電壓 110 kV及以下的公用電網(wǎng)諧波的允許值已給出明確限制要求。標準要求采用電能質(zhì)量治理，如諧波保護器、有源濾波器等。

(3)GB 51348-2019《民用電氣設計標準》也對精密生產(chǎn)企業(yè)的諧波要求提出明確的要求。

在380V低壓配電系統中，很多情況下變壓器的容量小于10MVA。因此，根據國家規定的諧波換算公式中有在變壓器的容量不同于表中的基準短路容量時(shí)，可按下式修正表中的諧波電流允許：

式中:SK1———變壓器容量；

SK2———基準短路容量；

Ihp———第h次諧波電流允許值；

Ih———變壓器容量為SK1時(shí)第h次諧波電流允許值。

1. 諧波治理效益分析

在加裝諧波保護柜后將會(huì )帶來(lái)以下效益：

(1)保障電動(dòng)機等設備用電環(huán)境，降低由于諧波電流和電壓對變頻器驅動(dòng)的電動(dòng)機所造成的主要效應為在諧波頻率下鐵損和銅損的增加所引起之額外溫升;提高電動(dòng)機效率，減少轉知影響。

(2)直接降低系統中電流畸變率，減少電網(wǎng)中的諧波含量，保證諧波含量符合國家標準。

(3)降低諧波在企業(yè)電網(wǎng)中設備產(chǎn)生附加諧波損耗，降低電網(wǎng)線(xiàn)損。在三相四線(xiàn)制系統中,零線(xiàn)會(huì )由于流過(guò)大量的3次及其倍數次諧波電流,造成零線(xiàn)過(guò)熱，嚴重時(shí)造成電纜火災，經(jīng)過(guò)諧波治理后消除此隱患。峰低諧波產(chǎn)生額外的集膚效應,消除諧波引起的用電設備發(fā)熱、使絕緣老化、降低設備的使用壽命、甚至關(guān)鍵部件的頻緊損壞的問(wèn)題。

(4)消除諧波使電網(wǎng)與補償電容器之間發(fā)生諧振,避免諧波電流放大幾倍甚至數十倍、造成過(guò)電流、引起電容器和與之相連設備損壞的問(wèn)題。

(5)消除諧波對附近系統的信號傳輸產(chǎn)生干擾。諧波對附近系統的信號傳輸產(chǎn)生干擾,輕者引入噪聲,重者導致信號丟失,使系統無(wú)法正常工作。計算機、數據傳送和自動(dòng)控制系統數據丟失經(jīng)常會(huì )造成自動(dòng)化產(chǎn)品線(xiàn)上廢品率的增加。

(6)消除電力系統繼電保護誤起動(dòng),誤動(dòng)作跳聞,拒動(dòng)和損壞，及經(jīng)常出現電機保護儀損壞和誤動(dòng)作的問(wèn)題。

(7)降低電網(wǎng)諧波污染而導致的輸電線(xiàn)路、變壓器和電機損耗增加，從而節約能源。

(8)消除諧波引起的變壓器、旋轉電機等鐵芯磁感應環(huán)流的增加，減小電氣設備發(fā)熱的損耗,降低功耗及絕緣老化,延長(cháng)設備壽命,防止燒毀旋轉電機。

(9)消除因諧波影響而使電能表等計量裝置誤差增大，不能正確計量電能的現象。

電動(dòng)汽車(chē)充換電站中的充電樁、充能機是一種非線(xiàn)性設備，成片設置后會(huì )產(chǎn)生大量諧波，如不加以處理,將對用電計量表、變壓器、配電電纜、無(wú)功電容補償器等電力設備造成不良影響,對電網(wǎng)中的電能質(zhì)量造成嚴重的負面效應。

4、安科瑞諧波治理產(chǎn)品選型

4.1功能介紹

ANAPF系列有源電力濾波器并聯(lián)在含諧波負載的低壓配電系統中，能夠對動(dòng)態(tài)變化的諧波電流進(jìn)行快速實(shí)時(shí)的跟蹤和補償。

ANAPF系列有源電力濾波器通過(guò)CT采集系統諧波電流，經(jīng)控制器快速計算并提取各次諧波電流的含量，產(chǎn)生諧波電流指令，通過(guò)功率執行器件產(chǎn)生與諧波電流幅值相等方向相反的補償電流，并注入電力系統中，從而抵消非線(xiàn)性負載所產(chǎn)生的諧波電流。

4.2產(chǎn)品選型

4.3技術(shù)參數

5、總結

結合實(shí)際工程案例,對現代醫院中出現的諧波及造成的危害性，提出一種諧波解決方案。雖需要投入一定的資金,但從數據安全、用電安全、綠色節能、設備保護等方面帶來(lái)的經(jīng)濟效益還是十分明顯的。

【參考文獻】

1. 陳義清.醫院電氣設備諧波治理分析[J].現代建筑電氣，2022

2. 李志東，龍燕，等.醫院供配電系統諧波測量和分析[J].后勤工程學(xué)院學(xué)報，2014

3. 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.6版

4. 安科瑞電能質(zhì)量監測與治理選型手冊.2019.11版