谐波治理节能装置在医院配电系统中的应用

赵唯萍　 2013-06-12

一、谐波的产生

当正弦波电压施加在非线性电路上时，电流就变成非正弦波，非正弦电流在电网阻抗上产生压降，会使电压波形也变为非正弦波。非正弦波可用傅立叶级数分解，其中频率与工频相同的分量称为基波，频率大于基波的分量称为谐波。在电力系统方面，谐波是指多少倍于工频频率的交流电，简称“次”，一般是指从2次到30次范围。如5次谐波电压（电流）的频率是250赫兹，7次谐波电压（电流）的频率是350赫兹；超过13次的谐波称高次谐波。电力谐波对电力系统及设备危害是十分严重的，它是一种电力污染。
    由于正弦电压加压于非线性负载，基波电流发生畸变产生谐波。医院产生谐波的电气设备有：UPS、开关电源、整流器、变频器、逆变器等、变频设备、整流设备、产生电弧的设备、照明设备等，所产生的主要是3/5/7/9/11次谐波。

二、电力谐波的危害

正常的供电网络所提供的电压应该是单一的固定频率和规定的电压幅值。谐波电流和谐波电压的出现，对供电电网是一种污染，它对用电设备正常运行造成危害。谐波的危害主要体现在如下方面。

（一）电力谐波对输电线路的影响 

 谐波电流使输电线路的电能损耗增大。当输入电网的谐波频率位于电网谐振点附近的写真区内时，对输电线路和电力电缆会造成绝缘击穿。

（二）电力谐波对变压器的影响  

 谐波电压的存在增加了变压器的磁滞损耗、涡流损耗和绝缘的强度降低，谐波电流的存在增加铜损。对于非对称性负荷的变压器，会大大增加励磁电流的谐波分量。

（三）影响继电保护和自动装置的工作可靠性 

对电磁式继电器，电力谐波常会引起继电保护及自动装置误动或俱动，使其失去选择性，降低可靠性，造成系统故障，威胁电力系统的运行安全。

（四）对动力设备的影响 

谐波对异步电动机的影响，主要是增加电动机附加损耗，降低效率，降低使用寿命（影响的设备有供暖、供水，空调、电梯等）。

（五）大量的3 次谐波流过中性线时会使线路过热甚至发生火灾

三、医疗行业谐波治理需求分析

四、我院电力谐波治理前的状况

2007年医院配电系统增容改造，鉴于医院现有设备情况下，对配电系统进行了电力谐波量进行了测试。各分路测试（主要目标，3/5/7、次谐波）结果如下：

支路一，谐波测试点锅炉房配电，谐波源：变频器。测试期内只有蒸汽锅炉运行，（由于季节问题大部分设备未运行）。

5次谐波：频率 250.2HZ 38.4%；7次谐波：350.2HZ  13.8%

支路二，谐波测试点  深水井，谐波源：变频器

3次谐波：频率 150.2HZ 33.8%；5次谐波：250.2HZ  14%；7次谐波：350.2HZ  6.7%

支路三，谐波测试点  手术室，谐波源：空调、电梯、手术仪器等

3次谐波：频率 150.2HZ 21.8%；5次谐波：250.2HZ  28%；7次谐波：350.2HZ  14%

变压器 ，谐波测试位置   变压器输出侧互感器   互感器变比：1500：5

3次谐波：频率 150.2HZ  24%；5次谐波：250.2HZ  25.1%；7次谐波：350.2HZ  24.9%

测试结果显示，电力系统中的谐波还是很严重的。另外电力系统中由于设备的投入、退出，高峰与低谷的变化，谐波量是在不断变动的。

 谐波主要是由于三相不平衡和单相带整流的用电设备所产生的，如电脑、空调、节能灯等都有可能产生谐波。各次谐波均有可能引起绝缘老化、能耗升高、使线路发热过重等不良现象。谐波除了以上危害以外，还会造成中心线电压升高，这对用电安全产生了巨大的影响；严重时，还会造成触电事故。

五、电力谐波治理后的状况

治理后测试数据：总路滤波, 测试位置：1号变压器输出侧互感器   互感器变比：4000：5

3次谐波：频率 150.2HZ 0.4%；5次谐波：250.2HZ  0.42%；7次谐波：350.2HZ  3.2% 

9次谐波：频率 450.2HZ 0.41%；11次谐波：550.2HZ  0.4%；

2号变压器输出侧互感器   互感器变比：4000：5

3次谐波：频率 150.2HZ 1.2%；5次谐波：250.2HZ  0.6%；7次谐波：350.2HZ  0.4%

9次谐波：频率 450 HZ 4.8%；11次谐波：550.2HZ  5.1%；

测试依据：国标GB/T14549—1993《电能质量·公用电网谐波》低压系统母线电压畸变率规定的5%上限值。

六、谐波治理

（一）谐波治理设备设计原理

（二）设备特点

（三）运行机理

（四）谐波治理的标准
       （五）谐波治理的意义

第一、高次谐波得到明显抑制。投运前，谐波电压、谐波电流均超过国家标准要求。投运后，谐波电压、谐波电流得到有效抑制，均低于或接近国家标准。为医院供配电系统及用电设备的安全运行提供了可靠的保障。

第二、功率因数得到提高，变压器及配电系统损耗降低，有一定的节能经济效益回报。从自动消谐滤波柜运行的情况看，通过实际测试、数据和频谱分析可以看出，电压谐波和电流谐波得到了很好的抑制，从很大程度上改善电能质量，有效提高系统功率因数；消除谐波共振，减少无功功率对电力设备容量的占用，使电力设备的容量得到充分利用，降低了谐波造成的不必要的电能损耗，改造后功率因数长期运行在0.97以上。不仅使设备运行环境更安全，提高了动力设备的使用效率，而且也能起到5%左右的节能降耗的作用。