1、醫院配電系統諧波狀況和K系數的研究1.前言諧波存在于建筑物配電系統已經很多年了，但是，隨著技術的不斷發展，建筑物內電力電子設備、開關電源、變頻設備、電子鎮流器等非線性設備的大量使用，使得這個問題日趨嚴重。半導體電子工業的迅猛發展，誕生了大量的精密設備，與過去的粗笨的設備比較，這些精密設備對電能質量更加敏感，但同時這些設備又導致交流電流和電壓穩態波形的畸變。而電流和電壓畸變的主要形式為諧波畸變。 1.前言醫院建筑除了其他公共建筑中常見的熒光燈、電梯、變頻水泵等非線性用電設備外，還存在大量的醫療用電設備，如：X光機、CT機、核磁共振機等，這些大型醫療器械給現代醫療提供巨大的幫助。但是，由于這些設備

2、內配置有容量較大的開關電源，使用工況也較復雜，給配電系統帶來了較嚴重的諧波污染。同時，這些設備對電源質量的要求也很高。在某些醫院，靈敏儀器會經歷計算機死機、元件故障、醫療設備監視器產生圖像閃爍與抖動等現象，影響了設備的正常運行。1.前言為了減少諧波的危害，需要選用產生諧波較少的用電設備，或者在配電系統采取諧波抑制措施。常用的抑制措施包括使用K系數變壓器、電容器串接調諧電抗器、隔離變壓器、濾波器等。其中K系數變壓器是專門設計的可以承受諧波所致的額外溫升的變壓器，但其價格較高且目前國內還不能生產，故工程中可以用降容使用普通變壓器的方式來代替K系數變壓器。K系數的確定一般需要在現場測試得出，在配電設

3、計階段難以得到確切的K系數。1.前言鑒于以上原因，我們對上海的九家醫院的變壓器出線側進行諧波測試，得出它們的K系數隨著電流諧波畸變率變化曲線，根據曲線，通過回歸分析方法擬合出工程上實用的計算公式，這樣我們就可以通過估算得到的諧波畸變率，進而計算出K系數和變壓器的降容系數D，為醫院建筑配電系統設計提供技術參考。2.諧波測試方案2006年11月到2006年12月對上海9家醫院的配電系統變壓器出線側進行諧波測試。采用FLUKE43B電能質量分析儀進行測試，測試點在配電系統的位置見 下圖。分別測試三相電壓、電流，得到它們的頻譜分布和波形。通過相關軟件將測試數據錄入計算機，對數據整理分析。2.諧波測試方

4、案3測試結果其中一臺變壓器的A相電壓、電流波形見下圖。因為測試儀器的電流互感器變比為0.1，所以圖示電流是實際電流的0.1倍3測試結果其中一臺變壓器的A相電流諧波頻譜In/I1見下圖3測試結果其中另一臺變壓器的A相電壓、電流波形見下圖一。圖示電流為實際電流3測試結果其中另一臺變壓器的A相電流諧波頻譜In/I1見下圖3測試結果九家醫院A相電流畸變率和K系數的測試結果變壓器A相電流畸變率(%)K系數醫院一 1 #變壓器8.3%1.3醫院一 2 #變壓器12%1.4醫院一 3 #變壓器18.4%3.4醫院二 1#變壓器12.4%1.3醫院二 2#變壓器5.2%1.1醫院三 1#變壓器5.3%1.2醫

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

6、九 4 #變壓器9.8%1.5醫院九 5 #變壓器7.8%1.4醫院九 6 #變壓器10.5%1.4醫院九 7 #變壓器9.8%1.34數據分析K系數是描述供電給非線性負載變壓器額外發熱的參數，反映變壓器承受諧波時所致額外溫升的能力。它的定義為：用流過變壓器的電流有效值將上式規格化，規格化后的K系數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數據分析下面我們討論的K系數，是指規格化后的K系數如果K系數超過4，就有必要使用K系數變壓器或降低標準變壓器的額定出力。變壓器降容系數與K系數之間的關系：K11.522.533.544.55D10.940.880.840.790.750.720

7、.690.664數據分析根據變壓器的K系數和電流畸變率的關系，擬合出工程上實用的估算方程式。首先對原始的數據進行分析整理，刪除奇異點，再對測試數據進行不同函數的擬合，選擇相關系數最大的函數作為工程函數。因不確定醫院建筑配電變壓器K系數和電流畸變率的相關關系，所以不能確定它們屬于何種類型的函數關系。通過觀察散點圖，可以發現K系數和電流畸變率之間是非線性的關系，理論上可以采用對數擬合、乘冪擬合、指數擬合和多項式擬合等回歸分析方法。對數函數ya+blnx、乘冪函數yaxb和指數函數yaebx，可以采用非線性函數線性變換的方法，轉換到線性回歸分析。通過線性回歸評價系數r2，檢驗回歸方程的可信性，確定回

8、歸方程。 4數據分析線性回歸采用相關系數檢驗法對回歸方程進行檢驗。相關系數是用于描述變量x與y的線性相關程度的，常用r來表示。設有n（n2）對試驗值xi，yi （i=1，2，n），則相關系數的計算式見下面左邊公式。非線性回歸中的一元多項式回歸采用復相關系數檢驗公式見下面左邊公式4數據分析相關系數r（R）越接近1，x與y的線性相關程度越高，然而r（R）值多大時，采用線性關系才是合理的，則需要對相關系數r（R）進行顯著性檢驗。給定的顯著性水平=0.05，n26，rmin(Rmin)0.388。經計算，對數擬和、乘冪擬和、指數擬和和多項式擬和的相關系數都大于0.388。說明回歸方程有意義。4數據分析

9、K系數和電流畸變率的關系見下圖： 4數據分析對刪除奇異點的數據進行多項式擬合，見下圖，R20.9399。4數據分析對刪除奇異點的數據進行對數擬合，見下圖，R20.56114數據分析對刪除奇異點的數據進行乘冪擬合，見下圖，R20.69754數據分析對刪除奇異點的數據進行指數擬合，見下圖，R20.87644數據分析多項式擬合回歸分析的R20.9399，是上面各回歸分析中最大的。所以我們選擇多項式的擬合函數模型：y=0.0002x3 0.0027x20.0099x1.0841其中y代表K系數，代表THDi系數(%)K=(2THDi32.7THDi29.9THDi)10-41.0841適合區間，THDi (%)大于22時可以參照該函數。也就是說，當我們可以預知電流畸變率在2.6到22之間時，我們可以通過以上方程計算出K系數。再通過降容系數D和K系數之間的關系，計算出降容系數D，指導醫院建筑配電變壓器的降容設計。5小結通過測試和數據分析，我們會發現醫院建筑配電變壓器 電流畸變率在2.6到22之間， K系數在1到3.4之間， D在1到0.75