醫(yī)療行業(yè)電能質量監(jiān)測與治理系統(tǒng)解決方案

安科瑞虞佳豪

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。隨著我國現(xiàn)代科學技術的逐漸發(fā)展與進步，醫(yī)院的供電設施也得到了很大的改善以及提高。在發(fā)展的過程中，各種技術使得我國醫(yī)院的配電系統(tǒng)得到了逐漸的完善。一些大型醫(yī)院裝備了許多電子醫(yī)技設備．這些設備共同的特點是：設備運行會產(chǎn)生大量的諧波；對電源質量要求很高。醫(yī)療設備所在配電系統(tǒng)中，如果存在大量的諧波，會使電壓、電流波形發(fā)生畸變，影響系統(tǒng)供電質量。同時還對其它供電及用電設備造成危害：縮短設備使用壽命，干擾重要醫(yī)療設備的正常工作。醫(yī)院配電系統(tǒng)的電能質量治理已成為醫(yī)院和設計部門需要考慮。

在醫(yī)院的發(fā)展以及運行中，需要采用高科技等技術手段來滿足醫(yī)院供電設施的要求，從而逐漸實現(xiàn)醫(yī)院的科學用電以及節(jié)能用電等，這樣能夠有效地減少醫(yī)院的成本。醫(yī)院供配電系統(tǒng)是醫(yī)院工作的基礎平臺，包含各類非線性、時變性電器設備和醫(yī)療設備。它們產(chǎn)生的諧波相互作用，若不治理，不僅會影響設備的正常運行，嚴重時甚至會威脅患者的生命安全，因此對醫(yī)院供配電系統(tǒng)電能質量治理的深入分析研究勢在必行。

醫(yī)療設備的進步，體現(xiàn)著現(xiàn)代醫(yī)院診療水平，醫(yī)院的電磁環(huán)境因此發(fā)生了很大變化?，F(xiàn)代化醫(yī)院通過不斷引入新型、復雜的電子醫(yī)療系統(tǒng)來提高醫(yī)療服務水平。諧波干擾問題必將成為醫(yī)院現(xiàn)代化進程中需要重視的問題。醫(yī)院建設、管理，電氣工程設計是以后發(fā)展過程中需要考慮的問題。

其原因有二：一是因為當前電子技術正朝著高頻、高速、高靈敏度、高可靠性、多功能、小型化方向發(fā)展，導致了現(xiàn)代電子設備產(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變大，電網(wǎng)的諧波干擾和反串也日益嚴重。諧波不僅降低電網(wǎng)的供電品質，還會嚴重危及醫(yī)療設備供配電系統(tǒng)的電力器件的運行，容易產(chǎn)生誤動作，擊穿電容補償柜，對小型儀表類醫(yī)療設備產(chǎn)生電源干擾。所以電力諧波是個不容忽視的問題，應以重視。

醫(yī)療行業(yè)電能質量主要特征：

1）對電能質量要求高；

2）負載中含有多種諧波源，配電諧波含量較高；

3）治理方案：根據(jù)負載特征，需通過配電房集中治理和針對性的就地治理共同實現(xiàn)。

醫(yī)療行業(yè)電能質量監(jiān)測與治理系統(tǒng)解決方案

解決方案

隨著各種先進醫(yī)療設備(磁共振成像(MRI)、二維圖像彩色B超儀、全身螺旋CT掃描儀、單(雙)光子****計算機斷層掃描機、全自動生化儀、采用電磁波技術的碎石機、胃腸斷層掃描機、高頻電刀、多功能微波治療儀等)的引進與使用，各種電子電路和電力電子技術在現(xiàn)代醫(yī)院的應用，生物醫(yī)學工程在現(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)療質量的同時，也因為儀器的高負載等特性，造成了大量的諧波污染，大量的諧波必然會產(chǎn)生嚴重危害，特別是諧波造成的電壓波動會影響醫(yī)療設備，使其受到諧波信號的干擾而影響儀器的性能。特別值得關注的是，醫(yī)院是對電能質量要求很高的場合，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，對使用的電網(wǎng)環(huán)境要求很高，因為國外已經(jīng)很早就重視了電能質量問題而進行了嚴格限制，很多儀器不能保證在諧波環(huán)境下正常檢測，甚至會影響其使用壽命。

安科瑞電氣提出的電能質量監(jiān)測與治理系統(tǒng)解決方案可滿足電力監(jiān)控管理、運維與電能質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，從產(chǎn)品、系統(tǒng)、服務等不同方面來滿足用戶的需要，為用戶創(chuàng)造價值。

方案特點

電能質量監(jiān)測與治理系統(tǒng)除作為本地終端為用戶提供電能質量監(jiān)測、治理與設備運維等功能外，亦可通過接入AcrelEMS-MED醫(yī)療建筑綜合能效管理平臺，為用戶提供遠程在線服務；

全控技術實現(xiàn)電能質量；

專業(yè)化的電能質量監(jiān)測：電能質量實時在線監(jiān)測，測量精度高、測得準，符合IEC61000-4-30標準；

電能質量監(jiān)測與治理裝置整體設計，通過上位平臺實現(xiàn)統(tǒng)一管理和閉環(huán)控制；

高品質電能質量治理：配套電力電子裝置技術過關、質量過硬，具備網(wǎng)絡化、可調控、快速響應的性能；

電能管理務業(yè)務綜合協(xié)同：配電監(jiān)控管理與運維、電能分析與電能質量數(shù)據(jù)共享融通，為企業(yè)電能供給與消費提供控制手段。

方案價值

監(jiān)測電能質量，保障供電可靠性

對供電回路的電氣參數(shù)進行監(jiān)測，確保設備用電符合標準要求。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，支持開展故障追蹤與問題定位。

完整電能質量治理

通過集中+就地整體電能質量治理模式，更大程度滿足無功和諧波治理的要求，提高整個醫(yī)療供配電系統(tǒng)的電能質量，減少對其它供電及醫(yī)療設備造成危害。

數(shù)據(jù)應用及增值服務

系統(tǒng)提供多維度的用電指標統(tǒng)計與電能數(shù)據(jù)分析工具，為配電系統(tǒng)運行管理優(yōu)化和節(jié)能降耗提供指導。

安科瑞電能質量監(jiān)測與治理產(chǎn)品選型

集中治理

針對醫(yī)療行業(yè)配電系統(tǒng)中涉及到的電梯、空調、風機、大型水泵等電器設備及數(shù)量較多的計算機和音頻等網(wǎng)絡通信設備，為減少諧波對電網(wǎng)側的危害和影響，同時確保無功功率因數(shù)達到國標要求值，避免罰款，可采用配電房集中治理的方式，同時也可對整個低壓供配電系統(tǒng)進行電能質量在線監(jiān)測，其中包含諧波分析、波形采樣、電壓暫降/暫升/中斷、閃變監(jiān)測等，其集中治理的產(chǎn)品選型見表2。

就地治理

核磁共振器MRI、CT機、X光機及UPS作為醫(yī)療行業(yè)中重要的末端設備，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，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、金鹵燈、調光器等，此類照明裝置主要負荷類型為開關電源型，諧波電流以3次諧波電流為主，3次諧波電流作為零序電流，三相矢量角度一致，因此向N線進行疊加，導致N線電流過大。針對以上負載情況，建議在各重要設備的配電箱增加電能質量補償設備進行就地治理，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)和其他用電設備。

上海某中心人民醫(yī)院電能質量治理項目案例

項目背景

以上海某中心人民醫(yī)院諧波治理和無功補償項目為例，考慮到醫(yī)院復雜的各種先進醫(yī)療設備如核磁共振、 CT機、 血透機等，同時各種LED節(jié)能照明設備、變頻空調、電梯設備等大量投入使用，使用過程中會產(chǎn)生大量的諧波，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)給出相應的治理方案。

測量結果

以1號變壓器為例，變壓器負載側和進線側測量數(shù)據(jù)分別如下：

負載側

進線側

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，現(xiàn)場只投入兩組，補償后功率達到0.97，諧波的主要次數(shù)為3次，5次和7次，對于5次和7次諧波可通過在配電房集中治理，消除諧波對整個供配電系統(tǒng)、變壓器、無功柜和其它用電設備的影響；通過數(shù)據(jù)得到由于3次諧波在N線線性疊加，N線電流約140A，對其進行末端就地治理，防止諧波對N線造成損害，保護線路，同時預防火災的發(fā)生。

治理方案

由于系統(tǒng)中無功柜均為純容性，易與諧波電流產(chǎn)生諧振現(xiàn)象，放大諧波電流，使無功柜受到損害，在諧波較大的場合建議改造，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，結合AnSin-G Ⅰ型有源諧波治理系統(tǒng)裝置進行集中諧波治理；無功柜未投入時功率因數(shù)較好，若不改造，在不影響功率因數(shù)的基礎上可先暫停，直接裝設有源諧波治理系統(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載末端加裝ANSNP中線安防保護器，治理3N次諧波和三相不平衡導致N線電流過大問題，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)和其他用電設備。

結論

現(xiàn)代醫(yī)療行業(yè)中的設備普遍采用電力電子變流和控制器件，使醫(yī)院非線性醫(yī)療設備負荷的種類和數(shù)量迅速增加，諧波污染日趨嚴重，給配電系統(tǒng)和醫(yī)療設備帶來巨大危害。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、設備故障、使用壽命縮短等直接和間接經(jīng)濟損失相當巨大。通過對醫(yī)院供配電系統(tǒng)電能質量進行研究，結合系統(tǒng)平臺提出合理的整體解決方案，對改善供電質量，提高電網(wǎng)的安全和經(jīng)濟運行，保障設備的性能以及降低能耗均有重要意義。