郭勇

摘要：隨著近年來國內(nèi)醫(yī)療事業(yè)的蓬勃發(fā)展，X射線診療設(shè)備作為醫(yī)生診斷及患者治療輔助手段得到廣泛應(yīng)用，本文從X射線診療設(shè)備的組成結(jié)構(gòu)，運行工況等角度剖析X射線設(shè)備供電問題及其工作時產(chǎn)生的諧波原因和諧波的處理措施。

關(guān)鍵詞：醫(yī)療建筑 有緣濾波器 諧波

引言

自1895年德國物理學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)了X光射線，直至1982年，采用逆變方式的X射線高壓發(fā)生裝置實用化，逆變頻率的不斷提高，加之計算機技術(shù)的應(yīng)用，促使其在醫(yī)療領(lǐng)域得以快速發(fā)展。至今已經(jīng)衍生出X光機、CR、DR、CT、DSA等診療設(shè)備。大致可分為三類：X射線治療設(shè)備；X診斷設(shè)備；X攝線計算機斷層攝像設(shè)備；

在國內(nèi)特別是近10年醫(yī)療診斷設(shè)備數(shù)量更是以爆炸式增長。由于其X射線球管需要脈沖高壓直流電源，使其在運行中產(chǎn)生大量的高次諧波，而其本身對電源質(zhì)量要求又較高，就X射線設(shè)備而言在醫(yī)療建筑設(shè)計中我們要注意哪些問題呢？

1 X射線設(shè)備的結(jié)構(gòu)屬性

X射線設(shè)備主要由X光球管和X射線電源裝置以及控制電路等組成，X射線電源裝置主要功能是為X光球管提供高壓直流脈沖電源；其結(jié)構(gòu)組成見圖1。

由圖1可知X射線設(shè)備含有多相換流設(shè)備，而多相換流設(shè)備是電力系統(tǒng)中數(shù)量最大的諧波源。其諧波電流含有率取決于以下三個因素：

1）換流設(shè)備的脈動數(shù)P；

2）換流設(shè)備導(dǎo)通的延遲角α及換相重疊角γ；

3）換流設(shè)備的控制形式：分相控型、半控型、全控型；

X射線設(shè)備的換流設(shè)備中整流電路濾波阻抗足夠大，為便于計算，不計換相重疊角且延時角為零時（全控型），特征諧波次數(shù)nc為：

①六相及十二相時的諧波含量 分別 為29.9%和14.2%；

②六相及十二相時的負(fù)荷電流 分別 為104.4%和101.0%；

③In/I1為諧波電流含有率；

由表1可以看出整流電路相數(shù)P為12時的X射線設(shè)備工作時負(fù)荷電流諧波次數(shù)及負(fù)荷電流諧波含量明顯低于的整流電路相數(shù)P為6的X射線設(shè)備。由此可見在采購時盡量選用前者是有效控制諧波的有效措施。

2 X射線設(shè)備的運行屬性

X射線設(shè)備運行是對電源的要求：

輸入電壓：AC360～440V ；

線路電壓波動率：±2.5%；

輸入頻率： 50Hz±1Hz；

電源輸出阻抗值不應(yīng)大于0.2Ω，（其型號及功率不同一般在0.2歐姆左右）。如電源內(nèi)阻不滿足要求將會影響其精度及使圖像失真。

診斷用X射線設(shè)備為斷續(xù)反復(fù)工作制，待機狀態(tài)為滿載功率的10%，就緒時為滿載功率40%，攝像時為100%；攝像時間一般僅為2S左右。治療用X射線設(shè)備為連續(xù)工作制。

由其運行屬性不難看出，X射線設(shè)備對其供電電源質(zhì)量要求較高，診斷用X射線設(shè)備在攝像時工作電流突變率較大。

3 X射線設(shè)備的供電

根據(jù)X射線設(shè)備的結(jié)構(gòu)、運行屬性可知，在供電設(shè)計時應(yīng)解決以下三個問題：

1）建筑內(nèi)其他動力設(shè)備的啟動對X射線設(shè)備工作的影響。

2）X射線設(shè)備工作時諧波的處理。

3）X射線設(shè)備供電回路的開關(guān)電器及電纜的選擇。

3.1減小建筑內(nèi)其他動力設(shè)備的啟動對X射線設(shè)備工作精度影響的措施：

1）在中小型醫(yī)療項目中，X射線設(shè)備相對較少（數(shù)量不大于7臺），X射線管電流不大（200mA以下）時，從經(jīng)濟性角度講不建議設(shè)置專用變壓器，但應(yīng)滿足以下要求：

（1）自配電室放射式供電。

（2）X射線設(shè)備專用配電回路與大功率動力設(shè)備配電回路分接自不同的變壓器，特別是不能接自帶有頻繁啟動動力設(shè)備的變壓器。

2）在大型醫(yī)療項目中，X射線設(shè)備相對較多時，宜設(shè)置專用放射科專用變壓器，且盡可能靠近負(fù)荷中心。

3.2 X射線設(shè)備工作時產(chǎn)生的諧波處理措施：

電容器組+電抗器組對3，5，7次諧波作用比較明顯，從表1可知還是有部分高次諧波是其無法補償?shù)?，在此引入有源濾波器來補償高次諧波。

有源濾波器有源濾波器工作原理：用電流互感器采集線路上的電流，將所得電流信號進行諧波分離算法的處理，得到諧波參考信號，作為PWM的調(diào)制信號，與三角波相比，從而得到開關(guān)信號，用此開關(guān)信號去控制IGBT單相橋，根據(jù)PWM技術(shù)的原理，將上下橋臂的開關(guān)信號反接，可得到與線上諧波信號大小相等、方向相反的諧波電流，將線上的諧波電流抵消掉。這是前饋控制部分。再將有源濾波器接入點后的線上電流的諧波分量反饋回來，作為調(diào)節(jié)器的輸入，調(diào)整前饋控制的誤差。

從有源濾波器工作原理可以看出其具有比較完美的濾波效果，但是有源濾波器價格比較昂貴，近些年隨著技術(shù)的日益成熟，成套價格有很大下降。越來越被大眾所接受。

根據(jù)廠商提供的實測數(shù)據(jù)和多年的工作經(jīng)驗有源濾波器容量可按以下原則的選擇：

1）X射線設(shè)備采用專用變壓器供電時，按其額定電流的25%選擇。

2）與其他設(shè)備混接與一個變壓器供電時，可按變壓器額定電流15%選擇。

以上介紹是以在低壓母線段集中設(shè)置有源濾波器為前提的；當(dāng)然在X射線設(shè)備就地做諧波補充也是可以的，諧波處理效果更好；但是成本較高，經(jīng)濟性比較差，在數(shù)量較多時不建議采用此方案。

3.3 X射線設(shè)備供電回路的開關(guān)電器及電纜的選擇：

在X射線設(shè)備末端就地設(shè)置諧波補償時，供電線路不含諧波電流，可直接以其額定電流為依據(jù)來選擇保護斷路器及供電電纜的截面。

在低壓母線段集中設(shè)置諧波補償時，X射線設(shè)備負(fù)荷電流計算時應(yīng)考慮諧波電流含量的影響，以下舉例說明：

一臺X光機設(shè)備功率為50KW，功率因數(shù) cosα=0.8 ，整流電路為6脈。

則：

Ij = P*1000/（√3*U*cosα）

= 50*1000÷（√3*380*0.8）

= 94.96A

Ic = K1*K2*I = 119.28 ≤ Iset1 =125A

式中：

Ij：不考慮諧波含量時設(shè)備負(fù)荷計算電流；

Ic：考慮諧波含量時設(shè)備負(fù)荷計算電流；

U：設(shè)備額定工作電壓380V；

K1：設(shè)備工作時諧波電流含量14.2%，見表1注1；

K2：整定值可靠系數(shù)，取1.1；

Iset1：斷路器長延時脫扣器整定電流值；

依據(jù)計算電流選擇供電回路保護開關(guān)整定值為125A，由于變配電室距放射科一般比較近，不考慮電壓降時，選擇50m㎡電纜即可。

在選擇供電電纜時一定要考慮電流的諧波含量，否則可能會引起誤跳，造成不必要的麻煩?？紤]到X射線設(shè)備的低阻抗性，建議配電時放大一級供電電纜，以防止壓降引起的X射線設(shè)備精度降低問題而使診斷結(jié)果有所偏差。

4 結(jié)語：

介于醫(yī)療建筑使用上的特殊性，X射線設(shè)備的診療結(jié)果會直接影響醫(yī)生對患者病情的判斷和治療效果，希望同仁在設(shè)計醫(yī)療項目時，針對X射線設(shè)備配電應(yīng)引起重視，在經(jīng)濟條件允許的情況下，盡可能為X射線設(shè)備提供高質(zhì)量的供電電源，以避免因為給電電源質(zhì)量問題引起診斷結(jié)果的偏差。

參考文獻：

1.中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計研究院 《工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊》 中國電力出版社 2006。

2.中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 《醫(yī)療建筑電氣設(shè)計規(guī)范》 JGJ 312-2013 中國建筑工業(yè)出版社 2013。

3.鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計手冊編委會 《鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計手冊》 冶金工業(yè)出版社 2013。