醫(yī)院配電系統(tǒng)諧波狀況和K系數(shù)的研究

1、醫(yī)院配電系統(tǒng)諧波狀況和K系數(shù)的研究1.前言諧波存在于建筑物配電系統(tǒng)已經(jīng)很多年了，但是，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，建筑物內(nèi)電力電子設(shè)備、開(kāi)關(guān)電源、變頻設(shè)備、電子鎮(zhèn)流器等非線性設(shè)備的大量使用，使得這個(gè)問(wèn)題日趨嚴(yán)重。半導(dǎo)體電子工業(yè)的迅猛發(fā)展，誕生了大量的精密設(shè)備，與過(guò)去的粗笨的設(shè)備比較，這些精密設(shè)備對(duì)電能質(zhì)量更加敏感，但同時(shí)這些設(shè)備又導(dǎo)致交流電流和電壓穩(wěn)態(tài)波形的畸變。而電流和電壓畸變的主要形式為諧波畸變。 1.前言醫(yī)院建筑除了其他公共建筑中常見(jiàn)的熒光燈、電梯、變頻水泵等非線性用電設(shè)備外，還存在大量的醫(yī)療用電設(shè)備，如：X光機(jī)、CT機(jī)、核磁共振機(jī)等，這些大型醫(yī)療器械給現(xiàn)代醫(yī)療提供巨大的幫助。但是，由于這些設(shè)備

2、內(nèi)配置有容量較大的開(kāi)關(guān)電源，使用工況也較復(fù)雜，給配電系統(tǒng)帶來(lái)了較嚴(yán)重的諧波污染。同時(shí)，這些設(shè)備對(duì)電源質(zhì)量的要求也很高。在某些醫(yī)院，靈敏儀器會(huì)經(jīng)歷計(jì)算機(jī)死機(jī)、元件故障、醫(yī)療設(shè)備監(jiān)視器產(chǎn)生圖像閃爍與抖動(dòng)等現(xiàn)象，影響了設(shè)備的正常運(yùn)行。1.前言為了減少諧波的危害，需要選用產(chǎn)生諧波較少的用電設(shè)備，或者在配電系統(tǒng)采取諧波抑制措施。常用的抑制措施包括使用K系數(shù)變壓器、電容器串接調(diào)諧電抗器、隔離變壓器、濾波器等。其中K系數(shù)變壓器是專門設(shè)計(jì)的可以承受諧波所致的額外溫升的變壓器，但其價(jià)格較高且目前國(guó)內(nèi)還不能生產(chǎn)，故工程中可以用降容使用普通變壓器的方式來(lái)代替K系數(shù)變壓器。K系數(shù)的確定一般需要在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試得出，在配電設(shè)

3、計(jì)階段難以得到確切的K系數(shù)。1.前言鑒于以上原因，我們對(duì)上海的九家醫(yī)院的變壓器出線側(cè)進(jìn)行諧波測(cè)試，得出它們的K系數(shù)隨著電流諧波畸變率變化曲線，根據(jù)曲線，通過(guò)回歸分析方法擬合出工程上實(shí)用的計(jì)算公式，這樣我們就可以通過(guò)估算得到的諧波畸變率，進(jìn)而計(jì)算出K系數(shù)和變壓器的降容系數(shù)D，為醫(yī)院建筑配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供技術(shù)參考。2.諧波測(cè)試方案2006年11月到2006年12月對(duì)上海9家醫(yī)院的配電系統(tǒng)變壓器出線側(cè)進(jìn)行諧波測(cè)試。采用FLUKE43B電能質(zhì)量分析儀進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試點(diǎn)在配電系統(tǒng)的位置見(jiàn) 下圖。分別測(cè)試三相電壓、電流，得到它們的頻譜分布和波形。通過(guò)相關(guān)軟件將測(cè)試數(shù)據(jù)錄入計(jì)算機(jī)，對(duì)數(shù)據(jù)整理分析。2.諧波測(cè)試方

4、案3測(cè)試結(jié)果其中一臺(tái)變壓器的A相電壓、電流波形見(jiàn)下圖。因?yàn)闇y(cè)試儀器的電流互感器變比為0.1，所以圖示電流是實(shí)際電流的0.1倍3測(cè)試結(jié)果其中一臺(tái)變壓器的A相電流諧波頻譜In/I1見(jiàn)下圖3測(cè)試結(jié)果其中另一臺(tái)變壓器的A相電壓、電流波形見(jiàn)下圖一。圖示電流為實(shí)際電流3測(cè)試結(jié)果其中另一臺(tái)變壓器的A相電流諧波頻譜In/I1見(jiàn)下圖3測(cè)試結(jié)果九家醫(yī)院A相電流畸變率和K系數(shù)的測(cè)試結(jié)果變壓器A相電流畸變率(%)K系數(shù)醫(yī)院一 1 #變壓器8.3%1.3醫(yī)院一 2 #變壓器12%1.4醫(yī)院一 3 #變壓器18.4%3.4醫(yī)院二 1#變壓器12.4%1.3醫(yī)院二 2#變壓器5.2%1.1醫(yī)院三 1#變壓器5.3%1.2醫(yī)

5、院四 1 #變壓器11%1.6醫(yī)院四 2 #變壓器21.6%3.7醫(yī)院四 3 #變壓器13.2%1.9醫(yī)院五 1#變壓器6.3%1.2醫(yī)院五 2#變壓器4.2%1.1醫(yī)院六 1 #變壓器3.8%1.1醫(yī)院六 2 #變壓器5.9%1.3醫(yī)院六 3 #變壓器7.4%1.3醫(yī)院六 4 #變壓器4.7%1.1醫(yī)院七 1 #變壓器7.7%1.3醫(yī)院七 2 #變壓器8.8%1.4醫(yī)院八 1 #變壓器2.8%1醫(yī)院八 2 #變壓器2.6%1醫(yī)院八 3 #變壓器4.9%1.2醫(yī)院八 4 #變壓器5.3%1.1醫(yī)院九 1 #變壓器5.3%1.1醫(yī)院九 2 #變壓器9.4%1.9醫(yī)院九 3 #變壓器6%1.9醫(yī)院

6、九 4 #變壓器9.8%1.5醫(yī)院九 5 #變壓器7.8%1.4醫(yī)院九 6 #變壓器10.5%1.4醫(yī)院九 7 #變壓器9.8%1.34數(shù)據(jù)分析K系數(shù)是描述供電給非線性負(fù)載變壓器額外發(fā)熱的參數(shù)，反映變壓器承受諧波時(shí)所致額外溫升的能力。它的定義為：用流過(guò)變壓器的電流有效值將上式規(guī)格化，規(guī)格化后的K系數(shù)為諧波電流畸變率是諧波畸變的度量方法之一，它的定義為：4數(shù)據(jù)分析下面我們討論的K系數(shù)，是指規(guī)格化后的K系數(shù)如果K系數(shù)超過(guò)4，就有必要使用K系數(shù)變壓器或降低標(biāo)準(zhǔn)變壓器的額定出力。變壓器降容系數(shù)與K系數(shù)之間的關(guān)系：K11.522.533.544.55D10.940.880.840.790.750.720

7、.690.664數(shù)據(jù)分析根據(jù)變壓器的K系數(shù)和電流畸變率的關(guān)系，擬合出工程上實(shí)用的估算方程式。首先對(duì)原始的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，刪除奇異點(diǎn)，再對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行不同函數(shù)的擬合，選擇相關(guān)系數(shù)最大的函數(shù)作為工程函數(shù)。因不確定醫(yī)院建筑配電變壓器K系數(shù)和電流畸變率的相關(guān)關(guān)系，所以不能確定它們屬于何種類型的函數(shù)關(guān)系。通過(guò)觀察散點(diǎn)圖，可以發(fā)現(xiàn)K系數(shù)和電流畸變率之間是非線性的關(guān)系，理論上可以采用對(duì)數(shù)擬合、乘冪擬合、指數(shù)擬合和多項(xiàng)式擬合等回歸分析方法。對(duì)數(shù)函數(shù)ya+blnx、乘冪函數(shù)yaxb和指數(shù)函數(shù)yaebx，可以采用非線性函數(shù)線性變換的方法，轉(zhuǎn)換到線性回歸分析。通過(guò)線性回歸評(píng)價(jià)系數(shù)r2，檢驗(yàn)回歸方程的可信性，確定回

8、歸方程。 4數(shù)據(jù)分析線性回歸采用相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)法對(duì)回歸方程進(jìn)行檢驗(yàn)。相關(guān)系數(shù)是用于描述變量x與y的線性相關(guān)程度的，常用r來(lái)表示。設(shè)有n（n2）對(duì)試驗(yàn)值xi，yi （i=1，2，n），則相關(guān)系數(shù)的計(jì)算式見(jiàn)下面左邊公式。非線性回歸中的一元多項(xiàng)式回歸采用復(fù)相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)公式見(jiàn)下面左邊公式4數(shù)據(jù)分析相關(guān)系數(shù)r（R）越接近1，x與y的線性相關(guān)程度越高，然而r（R）值多大時(shí)，采用線性關(guān)系才是合理的，則需要對(duì)相關(guān)系數(shù)r（R）進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。給定的顯著性水平=0.05，n26，rmin(Rmin)0.388。經(jīng)計(jì)算，對(duì)數(shù)擬和、乘冪擬和、指數(shù)擬和和多項(xiàng)式擬和的相關(guān)系數(shù)都大于0.388。說(shuō)明回歸方程有意義。4數(shù)據(jù)分析

9、K系數(shù)和電流畸變率的關(guān)系見(jiàn)下圖： 4數(shù)據(jù)分析對(duì)刪除奇異點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行多項(xiàng)式擬合，見(jiàn)下圖，R20.9399。4數(shù)據(jù)分析對(duì)刪除奇異點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)數(shù)擬合，見(jiàn)下圖，R20.56114數(shù)據(jù)分析對(duì)刪除奇異點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行乘冪擬合，見(jiàn)下圖，R20.69754數(shù)據(jù)分析對(duì)刪除奇異點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行指數(shù)擬合，見(jiàn)下圖，R20.87644數(shù)據(jù)分析多項(xiàng)式擬合回歸分析的R20.9399，是上面各回歸分析中最大的。所以我們選擇多項(xiàng)式的擬合函數(shù)模型：y=0.0002x3 0.0027x20.0099x1.0841其中y代表K系數(shù)，代表THDi系數(shù)(%)K=(2THDi32.7THDi29.9THDi)10-41.0841適合區(qū)間，THDi (%)大于22時(shí)可以參照該函數(shù)。也就是說(shuō)，當(dāng)我們可以預(yù)知電流畸變率在2.6到22之間時(shí)，我們可以通過(guò)以上方程計(jì)算出K系數(shù)。再通過(guò)降容系數(shù)D和K系數(shù)之間的關(guān)系，計(jì)算出降容系數(shù)D，指導(dǎo)醫(yī)院建筑配電變壓器的降容設(shè)計(jì)。5小結(jié)通過(guò)測(cè)試和數(shù)據(jù)分析，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)醫(yī)院建筑配電變壓器 電流畸變率在2.6到22之間， K系數(shù)在1到3.4之間， D在1到0.75