医疗设备在现代化医院中的地位和作用越来越重要

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医疗设备在现代化医院中的地位和作用越来越重要, 近10 年来, 我国医疗设备逐年递增的幅度越来越大。据统计资料显示, 国内一所三级甲等医院医疗设备的价值最低已达 4 亿元人民币, 高的超过了 10 几亿元。医疗设备的运行要使用交流电, 国家电网的电力供电系统持续向医院输送大量的电能,电能是一种能源产品, 这种产品的质量称为电能质量。在理想的电力供电系统中, 电能是以恒定频率(50Hz 或 60Hz)和幅值的三相平衡正弦电压向医院供电, 然而实际运行中的电力供电系统会受到污染, 甚至被严重污染, 我国电力污染的严重程度绝不亚于环境污染。社会工业化进程迅速加快(冶金工业、化学工业及电气化铁路等大型设施的发展) 加剧了电力污染的传播; 电力供电系统中的非线性负荷、 冲击性负荷使电力网的非线性(谐波)、 非对称性(负序)和波动性日趋严重, 输送到医院的三相电压的幅值、 频率及相位差不再保持恒定, 波形不再是单一正弦波。电力污染导致的电能质量下降, 使医疗设备的安全运行指数显著减少, 医疗设备的故障率明显增加, 严重影响了临床诊治工作。

研究工作进行中, 我们发现电能质量下降有两种情况: 一种是全院范围的; 一种是同处于某个用电支路的几个科室。当电力供电系统输送到医院的是受到污染的电力时, 电能质量的下降对全院所有医疗设备产生的影响是共性的, 涉及面广,发生故障的医疗设备品种和数量都多, 这是第一种情况。第二种情况是医院内施工、 改造、 装修时许多用电量大的施工机械无序地乱接电源, 造成局部用电支路电能下降, 连接在该支路上的医疗设备就会受到严重影响: 大吨位的提升机开启时, 导致一台全自动生化分析仪的工作瘫痪; 大功率的卷扬机使检验科的血气分析仪等数台设备无法工作; 一台高档的彩超正在给病人做心脏检查, 同一楼层进行装修施工的切割机、 电焊机等全部上阵, 病人还没检查完, 彩超机就发生故障了, 机内一块价值 10 几万元的信号处理板坏了。

电力污染的现实在我国还没有得到普遍认识, 电能质量问题的严重性更没有受到重视, 甚至有些医学工程技术人员对电力污染和电能质量这两个术语还感到陌生。据我们对北京地区几十所大医院的调查发现, 决策者对购买医疗设备非常重视, 肯于投入大量资金, 但对设备安装运行后电能质量问题引发的严重后果几乎不去关心, 更没有资金上的安排。我国南方某省几年前就发生了影响非常大的严重事件: 由于电能质量问题, 计算机芯片制造厂无法正常生产, 合资的半导体厂被迫迁出不能保证供电质量的所在地区。医院里医疗设备一次又一次地发生故障, 工程师们无数次地奔波在各科室为设备排除故障, 大量的人力、 物力和资金都消耗在这种故障的事后处理上了, 而对引发故障的罪魁祸首—— —电能质量问题却没有去重视和研究, 这种情况不能再继续了!

随着国民经济的发展和科学技术的进步, 各种复杂的、精密的、对电能质量超敏感的负荷设备(如大型数字化医疗设备 ) 在医疗场所广泛使用,对患者的诊断和治疗起着举足轻重的作用。根据统计资料显示, 目前, 国内一所三级甲等医院医疗设备的价值已高达 4亿元, 有的甚至达到十几亿元。这些设备是医院进行救死扶伤的物质基础和重要保障, 要求医疗设备具有安全可靠、连续运转、精度高、重复性好、抗干扰、无污染, 能够不间断地进行数据传输、存贮等。医疗设备的稳定运行要依靠电网系统输送持续高质量电能, 但在实际运行中,由于电网中变频驱动或晶闸管整流直流驱动设备、计算机、电弧炉等非线性负载的影响而导致电网污染, 电能质量下降, 造成电子设备在运行时经常出现程序运行错误, 严重的造成数据丢失、硬件损坏, 尤其使得对电能质量敏感的医疗设备的安全运行指数显著降低, 医疗设备的故障率明显增加, 严重影响了临床诊治工作。因此, 电能质量已经不仅仅是电力系统中的电压和频率等的基本技术问题,已经被提升为关系到整个电力系统及用户设备的安全、稳


定、经济、可靠运行, 关系到电气环境工程保护, 关系到整个国民经济健康发展的重大问题。电能质量问题的日益突出, 引起了供电部门和包括医疗单位在内的广大用户的普遍重视。

1 . 1 电能质量的研究现状

早在 20世纪 20年代, 国外就开始认识到电能质量的重要性, 并着手从事相关课题的研究。目前, 采用先进的电力电子技术和计算机技术、网络技术研究电能质量问题, 开发相关监测装置已经成为该领域研究重点。20世纪 90年代以来, 在英、法、德、意、日等几个工业发达国家出现了定制电力技术。它把电力电子技术、微处理技术、自动控制技术等高新技术运用于中、低压配电系统和用电系统, 用于减小谐波畸变、降低电压波动和闪变、降低电压不平衡及电压暂降和短时断电的影响, 以用户对电力可靠性和质量要求为依据, 为用户配置所需要的电力, 从而提高供电的可靠性和电能质量。目前利用有效手段解决实际问题已成为近年来电力系统电能质量研究的新热点。在理论方面, 电能质量的分析方法目前主要有3种方法: 时域、频域和变换域。目前较通用的时域仿真程序有 E MTP、EMTDC、NETOMAC等系统暂态仿真程序和 SPICE、PSPICE、SABER等电力电子仿真程序两大类。频域分析方法近年来提出的混合谐波潮流计算法, 可详细考虑非线性负载控制系统的作用, 因此可精确描述其动态特性。基于变换域的方法目前主要指傅立叶变换方法, 短时傅立叶变换方法以及近年来出现的小波变换方法。

电能质量问题可以认为是任何由于电压、电流、频率的额定值偏移或波形变化超过允许范围 , 造成电气设备故障、损坏、误动作等的现象。造成电能质量问题的原因具有多样性 , 它可以由电力系统本身造成 , 例如电力系统故障、电力设备操作、接线方式和接地不良等造成 , 也可以是因为电力负荷为非线性或突变的负荷、用户的电气设备操作、接线方式和接地存在问题等造成。

传统工业负荷大量为线性负荷(基本上为照明、加热和电动机负荷) , 这种类型的负荷对许多电能质量(例如暂态型的电压质量问题、电压跌落等)不敏感。现代工业大量采用以微处理器控制的设备和电力电子设备等 , 它们除了对电力中断敏感外 , 还对许多类型的电能质量问题敏感 , 因此对电能质量的要求已不仅仅限于供电电压偏差、三相电压不平衡、电压波动和闪变、频率偏差和公用电网谐波。由于电能质量问题可能导致控制过程误动作 , 造成严重后果 , 也可以影响产品质量 , 甚至使批量产品报废。例如: 位于美国俄勒冈州 Corvallis 的惠普集成电路制造厂内 20 min 的停电损失将高达 3 000美元[1 。因此 , 过去不为人们重视的电能质量问题近年来受到发达国家的普遍重视 , 电能质量问题及其解决措施已成为研究的热点。

2 电能质量问题研究动态

近年来加拿大、美国等在电能质量方面开展了大量的工作 , 1998～1999 年加拿大在全国范围内开展了电能质量调查和测量 , 将电能质量问题确定为 106个因素 , 用 25个指标来表示[2 ]。1999 年国际供用电会议(CIRED 99)扰动和过电压分会场(Session 2)明确决定将该会场的主题定为电能质量和电磁兼容性( EMC)问题 , 会议交流的内容为: 低频段扰动现象(例如: 谐波、闪变、三相不平衡、电压跌落) 、电能质量、电磁兼容性和安全问题、改善电能质量及对电磁场的管理[3 ]国际电报电子工程师协会 IEEE、国际大电网会议 CIGRE和国际供用电会议 CIRED都有专门的小组研究电能质量问题 , 例如: IEEE间谐波工作小组、CIGRE。CIRED 36. 05 CC02 电压质量联合工作小组、用户电力工作小组 P1409、电力系统与电子过程设备的兼容性小组 P1346 等。国际电工委员会正在制定的变电站通信网络和系统的标准 IEC61850的扩展部分也将包括电能质量监视的信息模型。

近年来 , 美国电科院( EPRI)牵头组织开展了电能质量诊断系统的研究与开发 , 该系统的目

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