医疗配电网谐波危害及治理浅析

医疗配电网谐波危害及治理浅析
摘要：近年来，随着各种含有非线性和时变性电子装置的医疗设备在医疗电网
中的大量使用，使得医疗配电网中电流和电压严重畸变，给医疗配电网带来严重
的谐波污染。

本文主要介绍了医疗配电网谐波来源及危害并对不同治理方法进行
分析，最后指出利用有源滤波器采取集中和就地补偿治理方法，是抑制医疗谐波
的有效方法。

关键词：医疗配电网；谐波来源；谐波危害；谐波治理
0序言
电网中理想的电压应该是提供单一恒定的工频频率（50Hz或者60Hz），以及规定的电压水平向电力用户供电。

近年来，现代化医疗机构为提高医疗服务水平，大量引入具有精密计算机部件和高灵敏度微电子器件，医疗配电网存在谐波时将
影响医疗设备的正常运行，严重影响患者的生命安全。

因此对医疗配电网中谐波
来源、谐波危害及谐波治理方法的研究显得十分迫切。

1.医疗配电网谐波来源及产生机理
1.1医疗配电网谐波主要来源
医疗配电网的主要谐波源是非线性用电设备[1]，可分为两大类：一是含半导
体非线性元件的谐波源，如各种交直流换流设备，这类非线性元件大量运用于电
力系统的各个电压等级，它们有规律的控制电路的开闭状态，并将谐波电流注入
系统中，是医疗配电网中谐波的主要来源；二是含电弧和铁磁非线性设备的谐波源，比如旋转电机、变压器等。

医疗系统常见谐波源及谐波电流畸变率如下表
1.2医疗配电网谐波产生机理
一般情况下，医疗配电网中谐波主要是由于给带有精密计算机部件等具有非
线性阻抗特性的医疗设备供电的结果。

当电流流经这些非线性和时变性负载时，
与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流[2]，即电路中有谐波产生，谐波
分量可通过供配电网络到各个医疗用电设备并产生严重影响，降低设备的使用寿命，危害患者的生命安全。

2谐波危害
2.1 谐波对医疗设备的危害
当医疗配电网存在谐波时，将引起电流电压失真，使大量医疗设备出现故障，严重影响医疗设备的正常运行。

2.1.1谐波对手术室的影响
手术室电刀，除颤器、心电图机等易受谐波干扰。

如，当心电图机受谐波污
染后会改变其输出的数据。

2.1.2谐波对ICU（重症监护病房）的影响
ICU病房在为病人提供治疗时，常常在病人附近同时安放和使用许多精密医
疗设备，如心电监护仪等。

此时谐波污染显得尤为突出，因此更应采取有效谐波
保护措施否则将影响病人的生命安全。

2.1.3谐波对放射科和医学成像室的影响
放射科中的磁共振成像(MRI)、全身螺旋CT扫描仪、高频电刀若遭受高次谐
波干扰，它们内嵌的电子元件可能记录噪声并改变数据输出；医学成像室γ计数
仪等极易受高次谐波干扰而改变数据输出，都会影响医疗诊断结果。

2.2谐波对医院的信息网络系统的影响
谐波还可通过电磁感应、静电感应与传导等方式，对网络信息系统产生干扰。

谐波污染往往使得医疗服务计算机等设备产生误码、错码，产生误动作；导致程
序运行错误、数据错误、时间错误、死机、无故重新启动，最终使整个网络瘫痪，影响医院的正常工作。

3医疗配电网谐波源负载特点及治理方案选择
3.1医疗配电网谐波源负载特点
作为特殊服务性行业，部分医疗用电必须保证不间断供电，如果因谐波问题
而使大量医疗设备，如呼吸机、心电图机、血液透析仪器等断电停止工作，后果
将十分严重。

医疗配电系统中主要负载包括精密的医疗设备、照明及变频通风设备、计算机及UPS等，这些绝大部分是单相非线性负载，不可避免的会产生谐波，且具有其特点。

一是医疗配电网中谐波电流频谱范围很宽，甚至还有偶次谐波分量，因此不适宜采用无源滤波器（PF）进行固定频次滤波；二是谐波电流畸变率
很高，部分医疗设备自然功率因数也很高；三是部分医技设备对谐波很敏感；四
是医疗救治主要是白天进行，这样导致白昼医疗负荷相差很大，谐波电流和电压
畸变率在白昼间变化也很大，不适宜进行固定容量滤波。

3.2医疗配电网谐波治理方案选择
3.2.1现阶段谐波治理主要从技术手段和管理措施两方面着手，其中技术手段
主要包括，一是从电网中非线性和时变性负载自身入手，尽量减少该类负载注入
电网的谐波电流；二是改变电网中谐波电流的流向，消除或者抑制谐波对电网的
影响。

如，在供电系统方案设计过程中为变压器或者发电机留有足够的备用容量，防止因谐波污染降低变压器负载率和发电机出力[4]；将大型医技设备、控制装置
与其他照明负荷分开供电，减少彼此之间通过电源线的干扰；采用K系数变压器[5]，通过降低变压器出力和加大中性线导体规格等降低谐波对配电网的影响。

3.2.2无源滤波器（PF）是利用L、C、R的适当组合而构成的滤波装置，具有
结构简单，价格便宜等优点，但只能抑制固定次谐波，且其容量固定、参数易变化、容易谐振、消耗大量有色金属和滤波效果受配电网阻抗及电网频率变化影响
等诸多缺点，因此不适宜用于医疗配电网的谐波治理。

3.2.3根据医疗配电网谐波源负载特点，采用并联有源滤波器（APF）抑制谐波。

因为并联有源滤波器能够检测、分析系统电流中的谐波分量；自动补偿，不
受频谱范围的制约；可以单独治理谐波，不提高功率因数。

且APF单机可滤除
2~51次全频谐波电流，避免谐振危害。

3.2.4对重点谐波源设备就地治理，如在大型医技设备（MRI、CT、伽玛刀）
等装设专用隔离变压器，可以有效地抑制3次或5次谐波注入电网，降低主要谐
波源对医疗电网和其他医疗设备的影响。

3.2.5加强谐波监督和管理
为了减少谐波带来的不良影响，医院用电管理部门必须把谐波管理纳入日常
的管理中，建章立制，采取技术措施，强化谐波监督管理。

认真做好扩容、报装
接电及现有非线性负荷谐波的设计、审查、验算工作，确保其产生的谐波含量和
谐波畸变率在规定值以下，积极推广治理谐波的新技术，切实抓好医疗配电网谐
波管理。

4 结语
近年来，随着先进医疗设备的大量使用，其工作时产生的谐波不仅对医疗设
备本身带来严重影响，而且给供电系统造成严重污染，增大医疗能耗，影响医疗
检测设备精度和医疗诊断结果。

利用有源滤波器采取集中和就地治理方法，对现
有医疗配电网中的谐波进行治理，对提高医疗设备的安全运行和医疗救护能力具
有重要的社会意义和经济意义。

总之，治理谐波的最根本思想是从谐波的源头着手，哪里产生，哪里治理。

一方面要严格限制谐波的发射水平，另一方面设法提高设备自身的抗谐波干扰的能力，改善谐波保护性能，提高供电质量。

参考文献：
[1]吴竞昌.供电系统谐波[M].北京：中国电力出版社，1998.
[2]程浩忠，谐波的产生和危害.低压电器，2007年第8期
[3]冯高辉，赵锦成，杨润生，基于虚拟仪器的军用电站谐波测试研究，移动电源与车辆 2009年第4期
[4]林建钦.电力系统谐波危害及防止对策，电网与清洁能源第25卷第2期2009年2月
[5]陈杰甫，杨泓，马旻，雯陈众励.医院供配电系豌谐谴状况普查与K系数研究[J].建筑电气，2007年第7期
作者简介：
李灿良(1986～)，男．硕士研究生，工程师，研究方向为电力系统运行与控制；。