医疗行业电能质量监测与治理系统解决方案

摘要：医疗产业的发展、建设和电力是不可分割的。医疗行业的配电系统是保证医院供电的重要因素。随着我国现代科技的逐步发展和进步，医院的供电设施也得到了很大的改善。在发展过程中，各种技术逐渐改善了我国医院的配电系统。一些大型医院配备了大量的电子医疗技术设备。这些设备的共同特点是：设备运行会产生大量的谐波；电源质量要求很高。在医疗设备的配电系统中，如果有大量的谐波，电压和电流波形就会扭曲，影响系统的供电质量。同时，它还会损坏其他电源和电力设备：缩短设备的使用寿命，干扰重要医疗设备的正常运行。医院配电系统的电力质量管理已成为医院和设计部门需要考虑的问题13636483384。

关键词：医疗行业供配电系统；医疗设备；电能质量；谐波危害及处理；系统解决方案

1引言

在医院的发展和运营中，必须采用高科技等技术手段，满足医院供电设施的要求，逐步实现医院的科学节能有效降低医院成本。医院供配电系统是医院工作的基本平台，包括各种非线性、时变电气设备和医疗设备。谐波相互作用不仅会影响设备的正常运行，还会严重威胁患者的生命安全。因此，有必要对医院供配电系统的电能质量管理进行深入的分析和研究。

2.医疗行业供配电系统的谐波源及其特点

医疗行业供配电系统中的谐波源可分为医疗设备、信息通信设备和电气设备。具有光谱宽、畸变率高、种类多、数量多的特点。

医疗设备

医院的医疗设备含有大量的电力和电子设备，必然导致工作中的谐波污染。常见的医疗设备包括CT核磁共振仪MRI，直线加速器，X心血管造影机DSA数字造影仪DSI等。

作为目前医学诊断的主要检查设备，CT机器广泛应用于临床实践中，价格昂贵。高频高压发生器首先将三相交流电流转换为直流，然后通过并联逆变器将逆变频率高达1×104Ｈz然后通过双压整流产生30多个交流KV稳定的高压向球管两端供电。整个工作过程是整流和逆变的，会产生大量的谐波。严重者，总谐波失真率可达30%。

医用核磁共振器（MRI）依据“核磁共振”原理：核磁共振所需的交变磁场和无线电射频脉冲会带来谐波污染，正常工作会带来谐波污染MRI谐波畸变率约为20%。

线性加速器是指利用微波电磁场加速电子的线性加速器，广泛应用于医院肿瘤放射治疗领域。高频电源，DC脉冲调制器和脉冲电压稳定装置会对高压电源造成谐波污染，总谐波失真率可达40%~50%。

X光机是典型的瞬时负载，工作时电压可达几十甚至几百千伏，变压器原边缘增加60~70kW瞬时负荷。X光机的主要部件是光球管和高压整流器。由于高压整流器在整流桥上工作时会产生较大的谐波，再加上x光机的瞬时工作特性，谐波失真率可达30%~50%。

信息通信设备

为了方便办公室存储大量信息，大型医院基本建立了医院信息系统。该系统本身功能强大，通常包括医疗信息系统、临床信息系统、视频教育和远程医疗系统。信息系统通常由数千台计算机和无数的 络连接设备组成。就像医院的视频监控系统和音频系统一样，它肯定会产生谐波电流。

以UPS例如，典型负载，UPS首先，将市电整流转化为直流，一路给电池充电，另一路给逆变器供电，将直流转化为稳压、稳频、纯50Hz交流电源，交流电源。当市政用电异常或供电中断时，逆变器将通过电池提供能量，以确保电力设备不间断供电。EPS市电正常时，市电输出电源，电池充电。当市电停电或电压过低时，电池通过逆变器向负载供电。EPS和UPS均采用了IGBT技术和PWM技术、整流和逆变都会带来谐波污染，这是一个不容忽视的谐波源。UPS一般来说，如果整流装置为三相全控桥6脉冲整流器，则总谐波畸变率接近30%~40%。

电器设备

医院的电梯、空调、变频泵、通风和照明设备都会产生异常谐波。例如，大量的荧光灯会产生更大的谐波电流，其中三个更高。当多个荧光灯连接到三相四线负载时，由于三个谐波电流属于零序谐波电流，三相矢量角度相同，三个谐波电流叠加在零线上，导致中性线电流过大。大多数医院使用变频空调和风扇。变频器是典型的谐波源，会产生大量的谐波污染。

医院配电系统的主要谐波源、谐波次数和畸变率如表1所示。可见，典型医院设备产生的谐波主要为3次、5次、7次。正是这些设备在运行过程中产生了谐波，影响了医院能源质量和设备的正常使用。

3.医疗设备谐波对配电系统有害

正常电源 络提供的电压应为单个固定频率和规定的电压振幅。谐波电流和谐波电压的出现污染了电 ，有害于电力设备的正常运行。医疗设备对配电系统的危害主要体现在以下几个方面：

对电 的影响

电 中的谐波会增加系统损耗，加热设备，影响设备的使用寿命。此外，当电容器并联无功补偿时，电容器可以抵抗。Xcn与系统感抗Xsn匹配时即Xcn＝Xsn，基波频率为时。f1.谐振频率fr可从以下公式计算。Sc电源短路容量；Qc电容器容量。

医院配电系统主要是谐波源和谐波畸变

变压器的影响

谐波会增加变压器的铜消耗,铁消耗和杂散磁通量损失(线圈涡流损失),可能产生共振之间的变压器绕组电阻和线电容,导致变压器加热,甚至导致严重的局部过热,同时增加变压器噪声,降低变压器的实际使用能力，降低变压器的使用寿命。通过以下公式可以发现谐波电流引起的变压器总涡流损失:

额定基波电流涡流损失；N次谐波电流；

对电机的影响

谐波对电机的主要影响是额外的损失。此外，它还会产生机械振动、噪声和谐波过电压，从而降低其工作效率。通过公式计算三相感应电机的N谐波电流（N二次谐波电压；基波频率)。电压失真造成的额外芯损失很小，可以忽略不计。因此，感应电机的整个谐波损耗是铜的消耗。

对电容柜的影响

在谐波的作用下，电容器过热，导致绝缘部分老化，缩短使用寿命。当谐波频率较高时，电容器的阻抗特性较低，电容器的电流会增加，使电容器过载，缩短使用寿命。谐波通常会增加电容器介质的损失，其直接后果是额外的加热和缩短使用寿命。电容器和电源电感器的组合也会形成一个并联或串联的谐振电路。在谐振条件下，谐波电流放大几倍甚至几十倍，导致电压远高于额定电压，导致电容器断裂或保护丝断裂。

对 络通信系统的影响

谐波对通信系统的干扰取决于三个因素：电力线的谐波电压和谐波电流、电力线与通信线的耦合强度以及通信线对谐波干扰的敏感性。电 中的不平衡谐波电流会干扰通信系统，降低通信质量，导致信息丢失，使系统无法正常工作。在多个中性点接地电 中，如果大型零序谐波电流通过中性点流入地面，将严重干扰附近的通信系统。一般来说，音频通道的频率为200~3500Hz，许多谐波也在这个范围内。它们很容易对相邻的电话线路产生静电感应和电磁感应。至少，它们会引起可检测的噪音，甚至触发电话铃，危及设备和操作人员的安全。

影响继电保护和电气测量仪器

只要谐波的有效值与基波相同，就会导致电磁继电器的误操作，导致感应继电器在运动过程中来回摆动，从而改变机电继电器的时间延迟特性。零阶电流继电器不能区分零阶电流和次谐波电流，导致误跳闸。由于大多数电气测量仪器，如电流表、电压表和电源表，都是根据工作频率的正弦波设计的，当存在谐波时，对非正弦信号的响应特性是不同的。

4医疗行业电能质量管理需求分析及主要特点

需求分析

医疗设备的进步反映了现代医院的诊断和治疗水平，医院的电磁环境发生了很大的变化。为了提高医疗服务水平，现代医院不断引进新的、复杂的电子医疗系统。在医院现代化过程中，谐波干扰将成为一个值得关注的问题。医院建设、管理、电气工程设计是未来发展过程中需要考虑的问题。

原因有二：一是目前的电子技术正朝着高频、高速、高灵敏度、高可靠性、多功能、小型化的方向发展，导致现代电子设备产生和接受电磁干扰的可能性显著增加；其次，随着电力电子设备本身功率容量和功率密度的增加，谐波干扰和反向串越来越严重。谐波不仅降低了电 的供电质量，而且严重危及医疗设备供配电系统的运行。操作错误，突破电容补偿柜，对小型医疗设备造成电源干扰。因此，电谐波是一个不可忽视的问题，应予以重视。

医疗行业电能质量的主要特点：

1)电能质量要求高；

2)负荷中含有多种谐波源，配电谐波含量高；

3)治理方案：根据负荷特点，需要通过配电室集中治理和有针对性的局部治理来实现。

55医疗行业电能质量监控系统解决方案

解决方案

各种先进的医疗设备((MRI)，二维图像彩色B超仪，全身螺旋式CT扫描仪、单（双）光子发射计算机断层扫描仪、自动生化仪器、电磁波技术、胃肠道断层扫描仪、高频电动刀、多功能微波治疗仪、现代医院各种电子电路和电力电子技术的应用，现代医院生物医学工程的作用越来越重要。在保证医疗质量的同时，由于仪器的高负荷特性，这些仪器造成了大量的谐波污染，大量的谐波将不可避免地造成严重的损害，特别是由谐波引起的电压波会影响医疗设备，使其受到谐波信号的干扰，影响仪器的性能。特别值得注意的是，医院对电力质量的要求较高，不应忽视意外停电和电 干扰对医疗设备的影响。特别是对于一些进口仪器，对电 环境的要求非常高，因为国外长期以来一直关注电力质量问题和严格的限制，许多仪器不能保证其正常寿命检测，甚至影响其使用寿命。

电力质量监控管理系统的解决方案可以满足电力监控管理、运营和电力质量管理的需求，致力于为医疗行业用户提供产品、系统和服务的一站式整体解决方案，为用户创造价值。

方案特点

除了电能质量监控、电能质量监控、设备运行维护功能外，还可以访问电能质量监控管理系统AcrelEMS-MED为用户提供远程在线服务的综合能效管理平台；

全控技术实现电能质量；

专业电能质量监测:实时在线监测电能质量，测量精度高，测量准确，满足要求IEC61000-4-30标准；

实现电能质量监测处理装置的统一管理和闭环控制；

优质电能质量管理：配套电力电子设备技术过关，质量过硬， 络化，可调节，响应快；

综合协调电能管理业务，如配电监控、运维、电能分析、电能质量数据共享与整合等。

方案价值

监测电能质量，确保供电可靠性

监控电源电路的电气参数，确保设备满足标准要求。微秒故障记录波和SOE 警可及时记录所有数据信息，支持故障跟踪和问题定位。

完整的电能质量管理

通过集中+本地整体电能质量管理模式在很大程度上满足了无功和谐波管理的要求，提高了整个医疗供配电系统的电能质量，减少了对其他供电和医疗设备的危害。

数据应用和增值服务

优化配电系统指标统计和电能数据分析工具，优化配电系统运行管理，节能降耗。

6选择安科瑞电能质量监控产品

集中治理

对于电梯、空调、风电系统电梯、空调、风扇、大型水泵等电气设备，以及大量计算机、音频等 络通信设备，为了减少谐波对电 侧的危害和影响，确保无功功率因数符合国家标准要求，避免罚款，可采用配电室集中管理，在线监测整个低压供配电系统的电能质量，包括谐波分析、波形取样、电压暂降/暂升/中断

就地治理

核磁共振器MRI，CT机，X光机及UPS整个医疗供配电系统作为医疗行业的重要终端设备，在运行过程中必然会产生谐波污染，电流失真率一般达到40%~50%。同时，医院照明也得到了广泛的应用LED荧光灯、金卤素灯、调光器等。照明装置的主要负载类型为开关电源类型，谐波电流主要为3谐波电流，3谐波电流为零序电流，三相矢量角相同，因此叠加到N线，导致N线电流过大。鉴于上述负载，建议在重要设备配电箱中增加本地处理电源质量补偿设备，以达到终端处理谐波的目的，避免谐波对整个配电系统等电气设备的影响。

77上海某中心人民医院电能质量管理项目案例

项目背景

考虑到医院核磁共振等先进医疗设备的复杂性，以上海某中心人民医院的谐波治理和无功补偿项目为例，CT机器、血液透析机等。LED大量节能照明设备、变频空调、电梯设备投入使用，在使用过程中产生大量谐波，测量医院1-4变压器进口柜和4变压器无功率柜，并根据具体测量数据提供相应的处理方案。

测量结果

以1号变压器为例，变压器负数据如下：

负载侧

进线侧

从以上两组数据可以看出，1号变压器无功补偿前功率因数00.95.现场只有两组，补偿后功率达到0.97.谐波的主要次数是三次.5次和7次。对于5次和7次谐波，整个供配电系统的谐波可以通过配电室的集中处理消除.变压器.无功柜等电气设备的影响；N线性叠加的三次谐波通过数据获得，N线电流约140A，现场处理，防止谐波损坏N线，保护线路，防止火灾。

治理方案

由于系统中无功柜容量纯，容易与谐波电流谐振，放大谐波电流，损坏无功柜。建议在谐波较大的情况下进行改造。具体方案如下：

方案一:集中治理:建议改造配电室无功柜，串联14%电抗AnSin-GⅠ主动谐波处理系统装置集中谐波处理；无功率柜未投入时，功率因数良好。如果不进行改造，可以直接安装主动谐波处理系统装置，不影响功率因数。

方案二:就地管理:建议安装在楼层配电室或负荷端ANSNP中线安全保护器处理3NN线电流过大的问题是由二次谐波和三相不平衡引起的，从而达到终端控制谐波的目的，避免谐波影响整个配电系统等电气设备。

8结论

电力电子转换控制设备广泛应用于现代医疗行业，使医院非线性医疗设备的负荷类型和数量迅速增加，谐波污染越来越严重，对配电系统和医疗设备造成了极大的危害。然而，医院供配电系统的谐波问题并没有得到足够的重视。直接和间接的经济损失，如谐波造成的能耗增加.设备故障和使用寿命相当缩短。通过研究医院供配电系统的电能质量，结合系统平台提出合理的整体解决方案，提高供电质量.提高电 安全经济运行.确保设备性能.降低能耗具有重要意义。