有源滤波装置在医疗建

筑中的作用

山东省千佛山医院  刘勇

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主要内容

1.谐波源

2.谐波对医疗设备的危害

3.谐波的治理措施

4.有源滤波装置的应用

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一、谐波源

引言

       医院为提高医疗水平，不断引入各种新型、复杂的医疗设备（如磁共振成像(MRI)、全

身螺旋CT扫描仪、回旋加速器、单（双）光子发射计算机断层扫描机、全自动生化仪、二

维图像彩色B超仪、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）。更有不间断电源、计算机、节能灯、变频器等这些负载具有显著的非线性特征

，容易产生电流波形的严重畸变，畸变的电流又会导致电压波形的畸变,以上这些都是产生

谐波的源泉。

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一、谐波源

谐波的定义

谐波的定义：周期性非正弦电量进行傅立叶

级数分解，除了得到与电网基波频率相同的

分量，还得到一系列大于电网基波频率的分

量，这部分电量称为谐波 。

地址：山东省济南市经十路16766号 邮编：250014 畸变波形的谐波分量

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一、谐波源

医院供配电系统谐波源——医疗设备

工作时 射频脉冲

交变磁场

谐波污染

核磁共振仪 邮编：250014 网址：www.sdhospital.com.cn  

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一、谐波源

医院供配电系统谐波源——医疗设备

工作时 较大谐波

高压整流器

工作时 电网谐波

瞬时负荷 60~70kw

CT机 X线机

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一、谐波源

医院供配电系统谐波源——医疗设备

非线性 大量高

设备 次谐波

DSA 高频手术刀

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一、谐波源

医院供配电系统谐波源——电气设备

·变频器是一种非常重要的谐波源

·总谐波电流畸变率THD-i≥33%

·产生大量5、7 次谐波电流污染电网

变频风机 变频空调

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一、谐波源

医院供配电系统谐波源——电气设备

·大量的荧光灯具产生大量的谐波电流

·当多个荧光灯接成三相四线负载时，

中线会流过很大的三次谐波电流

荧光灯具 邮编：250014 网址：www.sdhospital.com.cn  

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一、谐波源

医院供配电系统谐波源——通信设备

·整流和逆变会采用到IGBT和PWM技术

·工作时会产生大量3、5、7 次谐波电流

EPS UPS 网址：www.sdhospital.com.cn  

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一、谐波源

医院供配电系统负载谐波电流经验数值

谐波源负载种类 谐波电流次数 谐波电流畸变率

照明灯具、电脑等 3,5,7,9等（2n+1)次 （7~10）%

电子检测设备、手术室、伽马刀等 3,5,7,9等（2n+1)次 （10~15）%

CT、磁共振、DSA等 3,5,7,9等（2n+1)次 （30~40）%

加速器、X光机、胃肠机等 3,5,7,9等（2n+1)次 （50~60）%

UPS、变频通风设备、电梯等 5,7,9，11等（6n+1)次 （25~35）%

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二、谐波对医疗设备的危害

谐波对影像采集类设备的危害

·发生数据差错、图像模糊、信息丢失等问题 波形图像重叠变形或模糊不清

·损坏电路板元器件造成医疗设备无法继续正常工作

误诊

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二、谐波对医疗设备的危害

谐波对治疗护理仪器的危害

·手术治疗设备（如激光、高频电磁波、放射线、微波、超声等）受到谐波干扰，输

出信号中将含有杂波或直接放大谐波信号，对患者造成强烈的电刺激

·护理仪器（如呼吸机、起搏器、心电监护仪等）的信号本身就非常微弱，当受到谐

波干扰时可能导致采集信息错误甚至无法工作，给患者和医院造成重大损失

·同时谐波会降低功率因数，增加系统的损耗，增加电费开支

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二、谐波对医疗设备的危害

谐波对能耗的影响

·谐波使配电系统功率因素过低\\难以提升\\电能利用率低

      如果存在谐波，有效功率因素就会降低。假设谐波电流总畸变率为:THDI=40%，有效功率

因数就变为： PF=0.95\/(1+0.4^2)^(1\/2)=0.882

电能源的利用率为：0.882\/0.95=92.84%

谐波引起的直接电能浪费为1-92.84%=7.16%

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三、谐波的治理措施

安装滤波装置

项目 无源滤波器 有源滤波器 项目 无源滤波器 有源滤波器

工作原理

由LC等被动元件组成， 由电力电子元件和DSP等 负载量增加的影 可能超载而损 无损坏之危险，谐波量

将其设计为某频率下极 构成的电能变换设备，检 响 坏 大于补偿能力时,仅发生

低阻抗，对相应频率谐 测负载谐波电流并主动提 补偿效果不足而已

波电流进行分流 供对应的补偿电流

谐波处理 只能滤除固定次数的谐 可动态滤除各次谐波 负载变化对谐波 随着负载的变 不受负载变化影响

能力 波 补偿效果的影响 化而变化

阻抗变化 受系统阻抗影响严重， 不受影响 稳定性 较易受外界因 稳定性高

的影响 存在谐波放大和共振的 素影响

危险

频率变化 谐振点偏移，效果降低 不受影响 受功率因数的影 功率因数较高 不受功率因数的影响

的影响 响 影响滤波效果

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三、谐波的治理措施

安装有源滤波装置

·实时采集分析负载的电流信号 动态抑制谐波、补偿无功

·分离各次谐波和无功

·通过控制器控制变流器输出与谐 实时跟踪

波及无功电流等幅、反向的补偿 响应迅速

电流，抵消负载中谐波电流 补偿全面

医院

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四、有源滤波装置的应用

有源滤波装置原理

实时检测负载的谐波电流

主动跟踪产生等幅反相的

谐波电流注入电网

有源滤波装置原理图 邮编：250014 实现谐波补偿（抵消）

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四、有源滤波装置的应用

有源滤波装置原理

滤波前相电流有效值和波形 滤波后相电流有效值和波形

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四、有源滤波装置的应用

有源滤波装置

有源滤波器外观图 有源滤波器柜内布置 无源滤波器整机图

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四、有源滤波装置的应用

有源滤波装置

千佛山医院中心配电室

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四、有源滤波装置的应用

有源滤波装置

儿科基地暨手术中心楼新建配电室

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四、有源滤波装置的应用

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四、有源滤波装置的应用

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• 以我院内科综合楼空调机房为例：

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四、有源滤波装置的应用

谐波治理效果评估

对比 滤波器投入前 滤波器投入后 效能评估（电 滤波器投入前 滤波器投入后 功率因素提高

参数 相电流(A) 相电流(A) 流直降）% 功率因素 功率因素 （%）

A相 783.4 712.8 9.01 0.8610 0.9921 15.23

B相 834.0 754.3 9.56 0.8684 0.9895 13.95

C相 832.0 753.0 9.50 0.8629 0.9825 13.86

平均 816.5 741.4 9.20 0.8650 0.9880 14.22

降低电流能减少传输线路电能损耗 提高功率因素能提升变压器带负载能力

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四、有源滤波装置的应用

          根据负载和配电系统实际情况，以及需要的补偿效果

，灵活选择不同的补偿方式，达到补偿效果和投资的最优

化设计。按照有源滤波器安装位置的不同

整体补偿

部分补偿

局部补偿

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四、有源滤波装置的应用

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四、有源滤波装置的应用

容量的确定

• 变压器的谐波含量按下式进行计算：

I THD  S β * THDi

3U

式中：

• S为变压器的视在功率（KVA)，

• U为线电压，这里为400V；

• 最后根据计算的谐波电流值，选择相匹配的有源滤波器

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四、有源滤波装置的应用

主流品牌有源电力滤波器性能比较

品牌性能参数 ELECON ABB 施耐德 西门子 诺基亚

进线开关          

内部熔断器保护          

并联运行数量          

谐波补偿次数           

谐波补偿次数选择          

开关频率          

瞬态响应时间        

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四、有源滤波装置的应用

主流品牌有源电力滤波器性能比较

品牌性能参数 ELECON ABB 施耐德 西门子 诺基亚

全响应时间          

相不平衡补偿功能          

功率因数补偿值          

控制算法  

控制器  

人机界面  

菜单参数设定功能

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四、有源滤波装置的应用

主流品牌有源电力滤波器性能比较

品牌性能参数 ELECON ABB 施耐德 西门子 山大华天

波形显示        

频谱显示        

通讯方式  

电流传感器  

电网谐振自动抑制功能

与无功补偿电容并联运行          

谐波滤除能力

满载损耗          

谐波滤除能力

噪音

柜型

测试报告

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四、有源滤波装置的应用

谐波治理效果评估

• 通过以上实例说明，采用有源滤波器，在配电系统内进行谐波抑制、提高电能质

量，具有很大的社会意义和经济效益

• 谐波电流和谐波电压降低了国标允许值以下

• 功率因素明显提高，能效提高了9%以上，提升了变压器的带负载能力

• 保障了电子设备的运行安全和可靠性能，取得了令人满意的成果，减少了电费的

开支，这对于提高医院配电系统的电能质量具有重要的意义，值得大力推广。

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谢谢聆听

山东省千佛山医院     基建科 

电气专业工程师      刘勇     15069122917

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