Giải pháp
Ứng dụng Bộ lọc sóng hài chủ động (AHF) trong Hệ thống phân phối điện của bệnh viện Hồng Kông
Giảm thiểu sóng hài hai cấp độ: lọc cấp độ xe buýt và cấp độ tải tới hạn
1. Cơ sở thiết kế và cơ cấu phân phối của một bệnh viện lớn
Cơ sở thiết kế của dự án này chủ yếu tham khảo Quy tắc ứng xử của Cục Dịch vụ Cơ điện (EMSD) đối với các Quy định về Điện (Đường dây), tiêu chuẩn thiết kế kỹ thuật bệnh viện của Cơ quan Quản lý Bệnh viện (HA) và Danh sách kiểm tra Tiêu chuẩn Thiết kế Lắp đặt Điện, cùng với các thông số kỹ thuật điện liên quan của Phòng Dịch vụ Kiến trúc (ArchSD) và các quy tắc cung cấp của công ty điện lực địa phương.
Đối với một bệnh viện lớn, cấu trúc cung cấp điện điển hình có thể hiểu như sau:
Điện áp trung thế 11 kV / 22 kV → Thiết bị đóng cắt MV → máy biến áp phân phối → Phân phối chính LV 380/220 V → thanh cái chức năng → tải y tế và xây dựng
Trong các dự án thực tế, cấp MV, số lượng và công suất máy biến áp, các phần thanh cái LV và cách bố trí nguồn điện dự phòng phải được xác nhận theo điều kiện cung cấp thực tế và hồ sơ phụ tải của bệnh viện.
Đặc điểm chính của dự án này là việc sử dụng các thanh cái LV tương đối độc lập cho các khu vực chức năng khác nhau. Đặc biệt, các tải liên quan đến bức xạ không dùng chung thanh cái với các tải y tế quan trọng khác. Do đó, thiết kế AHF phải xem xét từng khu vực phân phối riêng biệt.
Hình 1. Kiến trúc phân phối MV/LV khái niệm của một bệnh viện lớn (AHF = bộ lọc sóng hài tích cực).
2. Những thách thức về chất lượng điện trong hệ thống LV của bệnh viện
Các bệnh viện hiện đại có một số lượng lớn các thiết bị điện-điện tử, đây cũng là nguồn cung cấp dòng điện hài đáng kể. Giai đoạn chỉnh lưu của hệ thống UPS, thiết bị chụp ảnh y tế như CT và MRI, hệ thống X-quang, ổ đĩa điều hòa không khí tần số thay đổi, thiết bị CNTT và đèn LED đều có thể tạo ra sóng hài ở các mức độ khác nhau.
Những sóng hài này lần đầu tiên xuất hiện trong các bộ cấp nguồn nơi các tải được kết nối. Khi nhiều tải phi tuyến hoạt động đồng thời, dòng điện hài hội tụ ngược dòng và cuối cùng tạo thành tải hài kết hợp ở cấp bus LV.
Do đó, vấn đề hài hòa trong bệnh viện thường tồn tại ở hai cấp độ cùng một lúc:
Để bảo vệ thiết bị quan trọng và giải quyết hiện tượng méo ở cấp độ xe buýt, dự án này áp dụng giải pháp giảm thiểu hai tầng.
Hình 2. Các nguồn sóng hài phổ biến trong bệnh viện và tác động tiềm ẩn của chúng (sóng hài bậc 3, 5, 7, 11; các bộ phận quá nóng, máy biến áp nóng lên, vấp ngã phiền toái, nhiễu thiết bị).
3. Cấu hình AHF tổng thể
Dự án này được trang bị tổng cộng 34 đơn vị AHF, được phân bổ như sau:
Nói cách khác, dự án kết hợp tám AHF loại tủ 630 A— bốn ở đường dây đến điện áp thấp và bốn ở thanh cái X quang độc lập — với 26 mô-đun AHF treo tường 100 A gần các tải tới hạn. Tám thiết bị 630 A được lắp đặt ở các vị trí đường dây vào LV hoặc thanh cái chức năng khác nhau, mỗi thiết bị chịu trách nhiệm giảm thiểu sóng hài trong khu vực phân phối riêng. Do thanh cái bức xạ của bệnh viện độc lập với các bus tải quan trọng khác nên các AHF 630 A của bệnh viện được cấu hình riêng.
Nhìn chung, dự án này sử dụng nhiều hệ thống AHF cấp độ bus độc lập thay vì một bộ lọc trung tâm duy nhất.
4. Giảm thiểu hài hòa cấp độ xe buýt (630 A)
Tám thiết bị AHF loại tủ 630 A chịu trách nhiệm chính trong việc điều khiển hài hòa toàn diện các đường dây vào LV và các thanh cái chức năng chính.
Một thanh cái LV của bệnh viện có thể cấp nguồn cho hệ thống UPS, thiết bị hình ảnh y tế, bộ truyền động tần số thay đổi, thiết bị CNTT và các tải phi tuyến khác. Sóng hài được tạo ra bởi bất kỳ thiết bị đơn lẻ nào có thể khiêm tốn, nhưng khi nhiều thiết bị hoạt động đồng thời thì dòng điện hài sẽ tích tụ trên thanh cái.
Một AHF 630 A được lắp đặt tại đường dây hoặc thanh cái đến tương ứng sẽ tự động bù cho dòng điện hài kết hợp của khu vực phân phối đó. Lưu ý rằng 630 A là định mức dòng bù tối đa của AHF - điều đó không có nghĩa là có dòng điện hài 630 A trên bus và AHF cũng không phải mang toàn bộ dòng tải bus.
Do đó, mỗi 630 AHF chịu trách nhiệm quản lý hài hòa toàn diện cho một khu vực phân phối.
5. Giảm thiểu mức tải cho các tải quan trọng (100 A)
26 thiết bị 100 AHF treo tường được lắp đặt gần các thiết bị y tế quan trọng và nguồn cấp dữ liệu của chúng.
Các thiết bị như máy quét CT, máy X-quang, hệ thống MRI và bộ lưu điện thường thể hiện các đặc tính phi tuyến mạnh. Nếu sóng hài do các thiết bị này tạo ra được phép truyền xuống tủ phân phối tiếp theo trước khi được xử lý thì chúng đã truyền qua một lượng đáng kể hệ thống cáp và thiết bị.
Do đó, dự án này đặt mỗi AHF 100 A càng gần với tải tới hạn của nó càng tốt. Khi một thiết bị y tế tạo ra dòng điện hài đáng kể trong quá trình hoạt động, một AHF được gắn gần bộ cấp nguồn của nó sẽ bù các sóng hài cục bộ, làm giảm sự lan truyền vào hệ thống phân phối ngược dòng.
Nguyên tắc này có thể được tóm tắt trong một câu: sóng hài nên được giảm thiểu ở nơi chúng được tạo ra. Điều này cải thiện chất lượng điện năng cục bộ và giảm dòng điện hài mà bus ngược dòng phải xử lý.
6. Tại sao lại có hai cấp độ: 630 A và 100 A?
Hai xếp hạng AHF chiếm các vị trí điện khác nhau và xử lý các sóng hài ở các cấp độ khác nhau của hệ thống phân cấp phân phối:
Tải tới hạn → 100 A AHF → Thanh cái LV → 630 A AHF → hệ thống phân phối thượng nguồn
Các AHF 100 A, được đặt gần các tải tới hạn, trước tiên sẽ xử lý các sóng hài được tạo ra cục bộ. Các sóng hài còn lại sẽ truyền đến thanh cái tiếp theo, nơi các AHF 630 A xử lý hiện tượng méo kết hợp.
Đây là phương pháp giảm thiểu theo cấp độ — và lý do chính khiến dự án sử dụng 34 đơn vị AHF có công suất khác nhau thay vì một AHF trung tâm lớn.
Hình 3. Chiến lược chất lượng điện của bệnh viện hai cấp: giảm thiểu ở cấp độ xe buýt (630 A) và giảm thiểu ở cấp độ phụ tải (100 A).
7. Xử lý độc lập thanh cái bức xạ
Hệ thống bức xạ cần được xem xét đặc biệt trong cấu hình AHF.
Thiết bị hình ảnh y tế như máy chụp CT và máy chụp X-quang hoạt động khác với tải trọng thông thường của tòa nhà: sự thay đổi công suất nhanh chóng và đặc tính tải điện-điện tử của chúng có thể gây ra nhiễu loạn điện áp đáng kể và biến dạng dòng điện.
Do thiết bị liên quan đến bức xạ được cấp điện từ một thanh cái độc lập nên dự án này không trộn lẫn thiết bị này với các tải trọng y tế quan trọng khác. Thay vào đó, các AHF 630 A chuyên dụng được cấu hình cho thanh cái X quang theo tải thực tế và mức hài hòa của nó.
Đối với các bệnh viện lớn có cấu trúc phân phối phức tạp, việc quản lý phân vùng bằng thanh cái chức năng này có khả năng thích ứng kỹ thuật tốt.
8. Tóm tắt giải pháp
Cuối cùng, dự án cung cấp một hệ thống giảm thiểu sự hài hòa có thứ bậc bao gồm hai cấp độ:
Hai cấp độ AHF không phải là sự chồng chất công suất đơn giản - chúng tương ứng với các cấp độ điện khác nhau của hệ thống phân phối bệnh viện. Khái niệm thiết kế cốt lõi diễn ra như sau:
Giảm thiểu sóng hài ở cấp độ tải → Giảm thiểu sóng hài ở cấp độ bus → Kiểm soát chất lượng điện năng ở thượng nguồn
Đối với các bệnh viện lớn có thanh cái bức xạ độc lập, phụ tải y tế quan trọng cũng như số lượng lớn UPS và thiết bị điện-điện tử, phương pháp xử lý tại chỗ đối với phụ tải tới hạn + xử lý tập trung các thanh cái phân phối khớp các vị trí lắp đặt AHF với đường truyền sóng hài và tạo ra thực tế.
Phương pháp quản lý chất lượng điện theo lớp tương tự cũng có thể dùng làm tài liệu tham khảo thiết kế cho các hệ thống LV phức tạp khác — trung tâm dữ liệu, sân bay và các tòa nhà công cộng lớn.
Công suất AHF cuối cùng và vị trí lắp đặt phải luôn được xác định từ các phép đo chất lượng điện tại chỗ, sơ đồ một đường dây thực tế của bệnh viện, tính toán phụ tải cũng như các tiêu chuẩn cung cấp và điện hiện hành của địa điểm dự án.
Câu hỏi thường gặp
Q1. Bộ lọc sóng hài tích cực (AHF) làm gì trong hệ thống phân phối điện của bệnh viện?
AHF đo dòng điện hài trên bộ cấp nguồn hoặc thanh cái của nó trong thời gian thực và đưa vào một dòng điện bù bằng và ngược chiều, giữ cho tổng độ méo sóng hài ở điểm đó ở mức thấp. Trong bệnh viện, nó bảo vệ các thiết bị y tế nhạy cảm khỏi bị biến dạng do hệ thống UPS, thiết bị hình ảnh (CT/MRI/X-quang), ổ đĩa biến tần, tải CNTT và đèn LED gây ra.
Q2. Tại sao bệnh viện cần hai mức giảm thiểu sóng hài - 630 A và 100 A?
Sóng hài của bệnh viện xảy ra đồng thời ở hai cấp độ: cục bộ, gần thiết bị y tế phi tuyến lớn và tập thể, nơi có nhiều tải hội tụ trên một thanh cái. Sơ đồ hai cấp xử lý từng sóng hài tại nguồn của nó (100 AHF gần tải tới hạn) và xử lý biến dạng kết hợp ở thanh cái (630 AHF), hiệu quả hơn một bộ lọc trung tâm lớn.
Q3. Công suất AHF được chọn như thế nào - 630 A nghĩa là gì?
Định mức (ví dụ: 630 A) là dòng bù tối đa mà AHF có thể tạo ra, không phải dòng tải của thanh cái. Định cỡ thực tế bắt đầu từ các phép đo chất lượng điện tại chỗ của dòng điện hài trong từng khu vực phân phối, cộng với biên độ tăng trưởng phụ tải.
Q4. Tại sao thanh cái X quang (hình ảnh) được xử lý bằng AHF riêng?
CT, tia X và các thiết bị hình ảnh khác tạo ra dao động công suất lớn và dòng điện phi tuyến mạnh. Trong dự án này, tải bức xạ được cấp từ một thanh cái độc lập, do đó, một nhóm AHF chuyên dụng gồm 630 A đã được cấu hình cho nó thay vì trộn lẫn với các tải quan trọng khác — ngăn chặn sự ghép chéo giữa nhiễu loạn hình ảnh và thiết bị y tế khác.
Q5. Nên lắp đặt AHF ở đâu trong hệ thống phân phối LV của bệnh viện?
Đi theo con đường điều hòa: lắp đặt AHF cấp tải (ví dụ: mô-đun treo tường 100 A) càng gần càng tốt với thiết bị phi tuyến quan trọng và AHF cấp bus (ví dụ: tủ 630 A) tại các đường dây đến LV và các thanh cái chức năng chính nơi sóng hài hội tụ. Vị trí cuối cùng phải tuân theo sơ đồ đường đơn và các phép đo tại chỗ.
Giới thiệu về SINAVA POWER : ĐIỆN SINAVAcung cấp các giải pháp chất lượng điện cho bệnh viện, trung tâm dữ liệu và cơ sở công nghiệp, bao gồm bộ lọc sóng hài chủ động (AHF), máy phát var tĩnh (SVG) và hệ thống giám sát nguồn điện — từ đo lường tại chỗ và thiết kế công suất cho đến lắp đặt và vận hành thử.
Liên hệ với nhóm kỹ thuật của chúng tôi | Sản phẩm liên quan: Bộ lọc sóng hài chủ động (AHF)
Hãy để lại cho chúng tôi những tin nhắn và phản hồi của bạn, các kỹ sư bán hàng của chúng tôi luôn ở bên cạnh bạn.
