医疗行业电能质量主要特征及其监测与治理的解决方案

安科瑞虞佳豪

在医院的发展以及运行中，需要采用高科技等技术手段来满足医院供电设施的要求，从而逐渐实现医院的科学用电以及节能用电等，这样能够有效地减少医院的成本。医院供配电系统是医院工作的基础平台，包含各类非线性、时变性电器设备和医疗设备。它们产生的谐波相互作用，若不治理，不仅会影响设备的正常运行，严重时甚至会威胁患者的生命安全，因此对医院供配电系统电能质量治理的深入分析研究势在必行。

医疗行业的配电系统是保证医院供电的一项重要因素。随着我国现代科学技术的逐渐发展与进步，医院的供电设施也得到了很大的改善以及提高。在发展的过程中，各种技术使得我国医院的配电系统得到了逐渐的完善。一些大型医院装备了许多电子医技设备．这些设备共同的特点是：设备运行会产生大量的谐波；对电源质量要求很高。医疗设备所在配电系统中，如果存在大量的谐波，会使电压、电流波形发生畸变，影响系统供电质量。同时还对其它供电及用电设备造成危害：缩短设备使用寿命，干扰重要医疗设备的正常工作。医院配电系统的电能质量治理已成为医院和设计部门需要考虑。

医疗设备的进步，体现着现代医院诊疗水平，医院的电磁环境因此发生了很大变化。现代化医院通过不断引入新型、复杂的电子医疗系统来提高医疗服务水平。谐波干扰问题必将成为医院现代化进程中需要重视的问题。医院建设、管理，电气工程设计是以后发展过程中需要考虑的问题。

医疗行业电能质量主要特征：

1）对电能质量要求高；

2）负载中含有多种谐波源，配电谐波含量较高；

3）治理方案：根据负载特征，需通过配电房集中治理和针对性的就地治理共同实现。

医疗行业电能质量监测与治理系统解决方案

解决方案

随着各种先进医疗设备(磁共振成像(MRI)、二维图像彩色B超仪、全身螺旋CT扫描仪、单(双)光子发射计算机断层扫描机、全自动生化仪、采用电磁波技术的碎石机、胃肠断层扫描机、高频电刀、多功能微波治疗仪等)的引进与使用，各种电子电路和电力电子技术在现代医院的应用，生物医学工程在现代化医院中所起的作用越来越重要。这些仪器在保证医疗质量的同时，也因为仪器的高负载等特性，造成了大量的谐波污染，大量的谐波必然会产生严重危害，特别是谐波造成的电压波动会影响医疗设备，使其受到谐波信号的干扰而影响仪器的性能。特别值得关注的是，医院是对电能质量要求很高的场合，意外断电和电网干扰对医疗仪器的影响不容忽视。特别是对于部分进口仪器，对使用的电网环境要求很高，因为国外已经很早就重视了电能质量问题而进行了严格限制，很多仪器不能保证在谐波环境下正常检测，甚至会影响其使用寿命。

安科瑞电气提出的电能质量监测与治理系统解决方案可满足电力监控管理、运维与电能质量治理等方面的需求，致力于为医疗行业用户提供一站式的整体解决方案，从产品、系统、服务等不同方面来满足用户的需要，为用户创造价值。

方案特点

电能质量监测与治理系统除作为本地终端为用户提供电能质量监测、治理与设备运维等功能外，亦可通过接入AcrelEMS-MED医疗建筑综合能效管理平台，为用户提供远程在线服务；

全控技术实现电能质量；

专业化的电能质量监测：电能质量实时在线监测，测量精度高、测得准，符合IEC61000-4-30标准；

电能质量监测与治理装置整体设计，通过上位平台实现统一管理和闭环控制；

高品质电能质量治理：配套电力电子装置技术过关、质量过硬，具备网络化、可调控、快速响应的性能；

电能管理务业务综合协同：配电监控管理与运维、电能分析与电能质量数据共享融通，为企业电能供给与消费提供控制手段。

方案价值

监测电能质量，保障供电可靠性

对供电回路的电气参数进行监测，确保设备用电符合标准要求。微秒级故障录波与SOE告警能够及时记录故障发生时全部数据信息，支持开展故障追踪与问题定位。

完整电能质量治理

通过集中+就地整体电能质量治理模式，更大程度满足无功和谐波治理的要求，提高整个医疗供配电系统的电能质量，减少对其它供电及医疗设备造成危害。

数据应用及增值服务

系统提供多维度的用电指标统计与电能数据分析工具，为配电系统运行管理优化和节能降耗提供指导。

安科瑞电能质量监测与治理产品选型

集中治理

针对医疗行业配电系统中涉及到的电梯、空调、风机、大型水泵等电器设备及数量较多的计算机和音频等网络通信设备，为减少谐波对电网侧的危害和影响，同时确保无功功率因数达到国标要求值，避免罚款，可采用配电房集中治理的方式，同时也可对整个低压供配电系统进行电能质量在线监测，其中包含谐波分析、波形采样、电压暂降/暂升/中断、闪变监测等，其集中治理的产品选型见表2。

就地治理

核磁共振器MRI、CT机、X光机及UPS作为医疗行业中重要的末端设备，运行过程中不可避免的对整个医疗供配电系统中产生谐波污染，电流畸变率一般会达到40%~50%。同时医院照明普遍采用LED荧光灯、金卤灯、调光器等，此类照明装置主要负荷类型为开关电源型，谐波电流以3次谐波电流为主，3次谐波电流作为零序电流，三相矢量角度一致，因此向N线进行叠加，导致N线电流过大。针对以上负载情况，建议在各重要设备的配电箱增加电能质量补偿设备进行就地治理，达到终端治理谐波的目的，避免谐波影响到整个配电系统和其他用电设备。

上海某中心人民医院电能质量治理项目案例

项目背景

以上海某中心人民医院谐波治理和无功补偿项目为例，考虑到医院复杂的各种先进医疗设备如核磁共振、 CT机、 血透机等，同时各种LED节能照明设备、变频空调、电梯设备等大量投入使用，使用过程中会产生大量的谐波，对医院中1-4号变压器进线柜和4号变压器无功柜进行测量，并根据具体测量数据给出相应的治理方案。

测量结果

以1号变压器为例，变压器负载侧和进线侧测量数据分别如下：

负载侧

进线侧

由上述两组数据可看出，一号变压器无功补偿前功率因数0.95，现场只投入两组，补偿后功率达到0.97，谐波的主要次数为3次，5次和7次，对于5次和7次谐波可通过在配电房集中治理，消除谐波对整个供配电系统、变压器、无功柜和其它用电设备的影响；通过数据得到由于3次谐波在N线线性叠加，N线电流约140A，对其进行末端就地治理，防止谐波对N线造成损害，保护线路，同时预防火灾的发生。

治理方案

由于系统中无功柜均为纯容性，易与谐波电流产生谐振现象，放大谐波电流，使无功柜受到损害，在谐波较大的场合建议改造，具体方案如下：

方案一：集中治理：建议配电房无功柜改造，并串接14%电抗，结合AnSin-G Ⅰ型有源谐波治理系统装置进行集中谐波治理；无功柜未投入时功率因数较好，若不改造，在不影响功率因数的基础上可先暂停，直接装设有源谐波治理系统装置进行谐波治理。

方案二：就地治理：建议在楼层配电间或负载末端加装ANSNP中线安防保护器，治理3N次谐波和三相不平衡导致N线电流过大问题，达到终端治理谐波的目的，避免谐波影响到整个配电系统和其他用电设备。

结论

现代医疗行业中的设备普遍采用电力电子变流和控制器件，使医院非线性医疗设备负荷的种类和数量迅速增加，谐波污染日趋严重，给配电系统和医疗设备带来巨大危害。但医院供配电系统谐波问题一直没得到足够重视，谐波造成的电能消耗增加、设备故障、使用寿命缩短等直接和间接经济损失相当巨大。通过对医院供配电系统电能质量进行研究，结合系统平台提出合理的整体解决方案，对改善供电质量，提高电网的安全和经济运行，保障设备的性能以及降低能耗均有重要意义。