醫(yī)療行業(yè)電能質(zhì)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(xiàng)重要因素。隨著我國現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的逐漸發(fā)展與進(jìn)步，醫(yī)院的供電設(shè)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(shù)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(shè)備．這些設(shè)備共同的特點(diǎn)是：設(shè)備運(yùn)行會產(chǎn)生大量的諧波；對電源質(zhì)量要求很高。醫(yī)療設(shè)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(zhì)量。同時(shí)還對其它供電及用電設(shè)備造成危害：縮短設(shè)備使用壽命，干擾重要醫(yī)療設(shè)備的正常工作。醫(yī)院配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量治理已成為醫(yī)院和設(shè)計(jì)部門需要考慮。

在醫(yī)院的發(fā)展以及運(yùn)行中，需要采用高科技等技術(shù)手段來滿足醫(yī)院供電設(shè)施的要求，從而逐漸實(shí)現(xiàn)醫(yī)院的科學(xué)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(chǔ)平臺，包含各類非線性、時(shí)變性電器設(shè)備和醫(yī)療設(shè)備。它們產(chǎn)生的諧波相互作用，若不治理，不僅會影響設(shè)備的正常運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí){患者的生命安全，因此對醫(yī)院供配電系統(tǒng)電能質(zhì)量治理的深入分析研究勢在必行。

醫(yī)療設(shè)備的進(jìn)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(fù)雜的電子醫(yī)療系統(tǒng)來提高醫(yī)療服務(wù)水平。諧波干擾問題必將成為醫(yī)院現(xiàn)代化進(jìn)程中需要重視的問題。醫(yī)院建設(shè)、管理，電氣工程設(shè)計(jì)是以后發(fā)展過程中需要考慮的問題。

其原因有二：一是因?yàn)楫?dāng)前電子技術(shù)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(dǎo)致了現(xiàn)代電子設(shè)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(yán)重。諧波不僅降低電網(wǎng)的供電品質(zhì)，還會嚴(yán)重危及醫(yī)療設(shè)備供配電系統(tǒng)的電力器件的運(yùn)行，容易產(chǎn)生誤動作，擊穿電容補(bǔ)償柜，對小型儀表類醫(yī)療設(shè)備產(chǎn)生電源干擾。所以電力諧波是個(gè)不容忽視的問題，應(yīng)以重視。

醫(yī)療行業(yè)電能質(zhì)量主要特征：

1）對電能質(zhì)量要求高；

2）負(fù)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(fù)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(shí)現(xiàn)。

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

解決方案

隨著各種先進(jìn)醫(yī)療設(shè)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(jì)算機(jī)斷層掃描機(jī)、全自動生化儀、采用電磁波技術(shù)的碎石機(jī)、胃腸斷層掃描機(jī)、高頻電刀、多功能微波治療儀等)的引進(jìn)與使用，各種電子電路和電力電子技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)院的應(yīng)用，生物醫(yī)學(xué)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(zhì)量的同時(shí)，也因?yàn)閮x器的高負(fù)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(yán)重危害，特別是諧波造成的電壓波動會影響醫(yī)療設(shè)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(guān)注的是，醫(yī)院是對電能質(zhì)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(jìn)口儀器，對使用的電網(wǎng)環(huán)境要求很高，因?yàn)閲庖呀?jīng)很早就重視了電能質(zhì)量問題而進(jìn)行了嚴(yán)格限制，很多儀器不能保證在諧波環(huán)境下正常檢測，甚至?xí)绊懫涫褂脡勖?/p>

安科瑞電氣提出的電能質(zhì)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(yùn)維與電能質(zhì)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(wù)等不同方面來滿足用戶的需要，為用戶創(chuàng)造價(jià)值。

方案特點(diǎn)

電能質(zhì)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(zhì)量監(jiān)測、治理與設(shè)備運(yùn)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(yuǎn)程在線服務(wù)；

全控技術(shù)實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量；

專業(yè)化的電能質(zhì)量監(jiān)測：電能質(zhì)量實(shí)時(shí)在線監(jiān)測，測量精度高、測得準(zhǔn)，符合IEC61000-4-30標(biāo)準(zhǔn)；

電能質(zhì)量監(jiān)測與治理裝置整體設(shè)計(jì)，通過上位平臺實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理和閉環(huán)控制；

高品質(zhì)電能質(zhì)量治理：配套電力電子裝置技術(shù)過關(guān)、質(zhì)量過硬，具備網(wǎng)絡(luò)化、可調(diào)控、快速響應(yīng)的性能；

電能管理務(wù)業(yè)務(wù)綜合協(xié)同：配電監(jiān)控管理與運(yùn)維、電能分析與電能質(zhì)量數(shù)據(jù)共享融通，為企業(yè)電能供給與消費(fèi)提供控制手段。

方案價(jià)值

監(jiān)測電能質(zhì)量，保障供電可靠性

對供電回路的電氣參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，確保設(shè)備用電符合標(biāo)準(zhǔn)要求。微秒級故障錄波與SOE告警能夠及時(shí)記錄故障發(fā)生時(shí)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(zhì)量治理

通過集中+就地整體電能質(zhì)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(gè)醫(yī)療供配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量，減少對其它供電及醫(yī)療設(shè)備造成危害。

數(shù)據(jù)應(yīng)用及增值服務(wù)

系統(tǒng)提供多維度的用電指標(biāo)統(tǒng)計(jì)與電能數(shù)據(jù)分析工具，為配電系統(tǒng)運(yùn)行管理優(yōu)化和節(jié)能降耗提供指導(dǎo)。

安科瑞電能質(zhì)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(diào)、風(fēng)機(jī)、大型水泵等電器設(shè)備及數(shù)量較多的計(jì)算機(jī)和音頻等網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備，為減少諧波對電網(wǎng)側(cè)的危害和影響，同時(shí)確保無功功率因數(shù)達(dá)到國標(biāo)要求值，避免罰款，可采用配電房集中治理的方式，同時(shí)也可對整個(gè)低壓供配電系統(tǒng)進(jìn)行電能質(zhì)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(jī)、X光機(jī)及UPS作為醫(yī)療行業(yè)中重要的末端設(shè)備，運(yùn)行過程中不可避免的對整個(gè)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(dá)到40%~50%。同時(shí)醫(yī)院照明普遍采用LED熒光燈、金鹵燈、調(diào)光器等，此類照明裝置主要負(fù)荷類型為開關(guān)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(jìn)行疊加，導(dǎo)致N線電流過大。針對以上負(fù)載情況，建議在各重要設(shè)備的配電箱增加電能質(zhì)量補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行就地治理，達(dá)到終端治理諧波的目的，避免諧波影響到整個(gè)配電系統(tǒng)和其他用電設(shè)備。

上海某中心人民醫(yī)院電能質(zhì)量治理項(xiàng)目案例

項(xiàng)目背景

以上海某中心人民醫(yī)院諧波治理和無功補(bǔ)償項(xiàng)目為例，考慮到醫(yī)院復(fù)雜的各種先進(jìn)醫(yī)療設(shè)備如核磁共振、 CT機(jī)、 血透機(jī)等，同時(shí)各種LED節(jié)能照明設(shè)備、變頻空調(diào)、電梯設(shè)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(jìn)線柜和4號變壓器無功柜進(jìn)行測量，并根據(jù)具體測量數(shù)據(jù)給出相應(yīng)的治理方案。

測量結(jié)果

以1號變壓器為例，變壓器負(fù)載側(cè)和進(jìn)線側(cè)測量數(shù)據(jù)分別如下：

負(fù)載側(cè)

進(jìn)線側(cè)

由上述兩組數(shù)據(jù)可看出，一號變壓器無功補(bǔ)償前功率因數(shù)0.95，現(xiàn)場只投入兩組，補(bǔ)償后功率達(dá)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(gè)供配電系統(tǒng)、變壓器、無功柜和其它用電設(shè)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(jìn)行末端就地治理，防止諧波對N線造成損害，保護(hù)線路，同時(shí)預(yù)防火災(zāi)的發(fā)生。

治理方案

由于系統(tǒng)中無功柜均為純?nèi)菪?，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(jié)合AnSin-G Ⅰ型有源諧波治理系統(tǒng)裝置進(jìn)行集中諧波治理；無功柜未投入時(shí)功率因數(shù)較好，若不改造，在不影響功率因數(shù)的基礎(chǔ)上可先暫停，直接裝設(shè)有源諧波治理系統(tǒng)裝置進(jìn)行諧波治理。

方案二：就地治理：建議在樓層配電間或負(fù)載末端加裝ANSNP中線安防保護(hù)器，治理3N次諧波和三相不平衡導(dǎo)致N線電流過大問題，達(dá)到終端治理諧波的目的，避免諧波影響到整個(gè)配電系統(tǒng)和其他用電設(shè)備。

結(jié)論

現(xiàn)代醫(yī)療行業(yè)中的設(shè)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(shè)備負(fù)荷的種類和數(shù)量迅速增加，諧波污染日趨嚴(yán)重，給配電系統(tǒng)和醫(yī)療設(shè)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(shè)備故障、使用壽命縮短等直接和間接經(jīng)濟(jì)損失相當(dāng)巨大。通過對醫(yī)院供配電系統(tǒng)電能質(zhì)量進(jìn)行研究，結(jié)合系統(tǒng)平臺提出合理的整體解決方案，對改善供電質(zhì)量，提高電網(wǎng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，保障設(shè)備的性能以及降低能耗均有重要意義。