優(yōu)化醫(yī)院供配電系統(tǒng)設計的重要性

0 引言

醫(yī)療領域里面電能的應用至關重要，優(yōu)化醫(yī)療建筑工程供配電設計，才能夠為診療設備提供穩(wěn)定電源。近年來醫(yī)院在用電需求類型、數(shù)量方面都呈現(xiàn)增長態(tài)勢，醫(yī)院供配電設計難度逐漸提升，對于醫(yī)院運轉(zhuǎn)水平和診療服務會產(chǎn)生較大影響。要對醫(yī)院供配電設計更詳細探究。

1 醫(yī)院供配電系統(tǒng)設計的重要性

通過優(yōu)化醫(yī)院供配電系統(tǒng)設計，能夠提升醫(yī)院整體服務水平，醫(yī)院供配電系統(tǒng)設計的重要性主要體現(xiàn)在以下幾點：先進技術(shù)，提升電能利用率，才能夠提升醫(yī)院設計水平，更好的適應社會發(fā)展。

2 醫(yī)院供配電系統(tǒng)用電負荷

2.1國內(nèi)醫(yī)療機構(gòu)的等級劃分

根據(jù)功能和服務能力不同，可以將醫(yī)療服務機構(gòu)分為三個級別，第三，綜合性大醫(yī)院，即跨地區(qū)、省市的全國性醫(yī)院，其不僅能夠提供醫(yī)療工作，而且還可以進行科研、教育等，能夠體現(xiàn)國內(nèi)醫(yī)療服務水平。

2.2醫(yī)院用電負荷

在醫(yī)院醫(yī)療設備、空調(diào)、照明設備等運行過程中，供配電系統(tǒng)會在很大程度上影響設備運轉(zhuǎn)情況。在醫(yī)院供配電系統(tǒng)設計過程中，要求對各個設備系統(tǒng)的用電負荷等級進行科學合理的劃分，并根據(jù)重要程度進行排序，確保設備供電穩(wěn)定性。根據(jù)我國供電相關標準、規(guī)范等等，對于醫(yī)院用電負荷，可以將其分為一級、二級和三級這三類。

2.2.1醫(yī)院二級負荷指的是公共服務設備，對于二、三級醫(yī)院具體具體包括電子顯微鏡、影像科診斷用電設備；肢體傷殘康復病房照明用電；中心供應室、空氣凈化機組；貴重藥品冷庫、太平柜；扶梯、采暖鍋爐及換熱站等用電負荷，如果這類設備發(fā)生供電故障，就會對醫(yī)院正常運轉(zhuǎn)造成不良影響，因此，應優(yōu)化供配電系統(tǒng)設計，在*大程度上保障設備供電正常。

2.2.2 一級負荷指的是當醫(yī)院發(fā)生供電故障時，會造成醫(yī)院設備全面癱瘓和人員傷亡的供電負荷，對于二、三級醫(yī)院具體包括消防系統(tǒng)以及下列場所的診療設備及照明用電：急診診室、急診觀察室及處置室、嬰兒室、內(nèi)鏡檢查室、影像科、放射治療室、核醫(yī)學室等；高壓氧艙、血庫、培養(yǎng)箱、恒溫箱；病理科的取材室、制片室、鏡檢室的用電設備；計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)用電；門診部、醫(yī)技部及住院部30%的走道照明等等，對于影響人員生命安全這類系統(tǒng)，應該將其納入至一級負荷中特別重要負荷，比如醫(yī)院急診搶救室、手術(shù)室、重癥監(jiān)護室等都可以作為醫(yī)院供配電系統(tǒng)一級負荷管理要點。

2.2.3三級負荷

在醫(yī)院供配電系統(tǒng)中，在排除一級設備、二級設備后，剩余其他設備均為三級負荷，在供電保障中居于次要位置。

3醫(yī)院供配電系統(tǒng)設計實例

3.1項目概況

某綜合性二級甲等醫(yī)院醫(yī)療綜合樓，其功能涵蓋門診、急診、健康管理中心、病理科、地下車庫及設備機房等，總建筑面積約為6.5萬m2，建筑主體高度為37m，地下1層，地上9層，屬于一類高層建筑，耐火等級為一級。

3.2供配電系統(tǒng)設計

3.2.1市電電源設計

結(jié)合負荷分級、醫(yī)療場所及設施的類別劃分與自動恢復供電時間要求，與當?shù)毓╇姴块T溝通后該工程采用兩路10kV進線，進線采用電纜埋地方式引入，兩路電源同時工作互為備用。其中一路電源中斷供電時，另一路電源能承擔全部一級負荷中的特別重要負荷、一級負荷及二級負荷。

3.2.2應急電源設計

為保證一級負荷中特別重要負荷、一級負荷，以及甲方要求市電斷電時需保障的負荷及消防

負荷供電的可靠性，該工程設置一臺800kW快速自起動柴油發(fā)電機作為應急電源。當正常供電電源中斷供電時自動起動，安科瑞電氣13+77-+44//30-992廠家直供在15s內(nèi)，還可以向規(guī)定的用電負載供電；一旦恢復供電電源供電，即可延時切換并停機。此外，對于停電時間要求自動恢復供電的時間≤0.5s的負荷，如手術(shù)室、術(shù)前準備室、術(shù)后復蘇室、麻醉室、搶救室、血透、檢驗科大型生化儀器、產(chǎn)房、早產(chǎn)兒室以及重要的計算機機房設備用電等，設置在線式不間斷電源（UPS），且應急供電時間≥30min。

3.2.3配電變壓器數(shù)量設計

根據(jù)負荷具體情況，在-1F變電所內(nèi)設置SCBH15-1600kVA 2臺，SCBH15-1250kVA 2臺，其中1#~2#變壓器對大樓的照明、動力及消防負荷供電，3#、4#變壓器對空調(diào)動力等供電。供電方案示意如圖1所示。

3.3典型醫(yī)療場所低壓配電設計

3.3.1潔凈手術(shù)部

為了保證用電可靠性，安科瑞電氣13+77-+44//30-992廠家直供潔凈手術(shù)部根據(jù)防火分區(qū)及潔凈區(qū)的劃分，分別設置配電總柜。配電總柜設置在非潔凈區(qū)，采用雙電源供電，其中一路引自應急母線，設置自動切換。后端經(jīng)UPS后再分配至每個潔凈手術(shù)室的配電箱。手術(shù)室內(nèi)除手術(shù)臺驅(qū)動機構(gòu)及非生命支持系統(tǒng)的電氣設備外，對于其他醫(yī)療設備，均應用醫(yī)療場所局部IT系統(tǒng)供電方式。另外，還需要注意，設置短路及過負荷保護。

3.3.2大型診療設備配電

考慮到放射科及體檢中心設置大量的診療設備，其中CT，DSA，MRI等診療設備均采用雙電源供電，設置自動切換，X光采用單回路放射式供電。為了確保診療設備的正常運行，設備廠家往往會對電源內(nèi)阻或線路壓降提出要求。以飛利浦PrecedenceSPECTCT為例，按廠家提供數(shù)據(jù)，要求容量為112kVA，額定負載為80kVA，瞬時電流為135A，要求相間內(nèi)阻小于0.2Ω。因此，采用額定電流為160A的塑殼斷路器進行保護。另結(jié)合該工程實際情況，變壓器與配電柜距離為50m左右，電纜線徑建議不小于70mm2，且保護接地線的線徑與相線相同。

3.3.3 ICU配電

為保證用電可靠性，安科瑞電氣13+77-+44//30-992廠家直供重癥監(jiān)護室（ICU）采用雙電源供電，其中一路引自應急母線，設置自動切換。后端經(jīng)UPS后再分配至末端各用電回路。ICU內(nèi)除照明及非生命支持系統(tǒng)的電氣設備外，其他設備均應用局部IT系統(tǒng)供電方式。

3.3.4檢驗科供電

檢驗科設備儀器眾多且用電要求各不相同，因此在設計之前需與甲方確認科室內(nèi)主要設備的用電功率及供電要求?？紤]到該工程檢測儀器較多，且血液自動分析流水線、尿液分析流水線、科室內(nèi)電腦等均要求采用UPS供電。為提高用電可靠性，在檢驗科內(nèi)設置2個配電箱，兩者均采用雙電源供電（一路引自應急母線）。其中，一只配電箱后端經(jīng)UPS后再分配至末端各用電回路，供要求自動恢復供電的時間≤0.5s的負荷使用。

3.3.5普通病房配電

該工程病房主要集中在塔樓區(qū)域，考慮到安全性與可擴展性，除走道照明外，塔樓照明及插座采用兩條密集型封閉母線供電，兩條母線互為備用。奇偶樓層總配電箱電源分別引自不同母線，當一條母線出現(xiàn)故障或檢修時，有供電需求的樓層可手動切換到另一條母線上，以保證該區(qū)域的供電需求。病房內(nèi)設置小配電箱，電源引自樓層總配電箱。

3.3.6陽光產(chǎn)房配電

陽光產(chǎn)房為院區(qū)特色醫(yī)療項目，安科瑞電氣13+77-+44//30-992廠家直供因此甲方對該區(qū)域供電提出較高的要求。在電氣設計中產(chǎn)房樓層設產(chǎn)房照明插座用總配電箱，采用雙電源供電，其中一路引自應急母線，設自動切換。產(chǎn)房內(nèi)設小配電箱，電源引自樓層總配電箱。陽光產(chǎn)房樓層空調(diào)及熱水均采用放射式供電方式。

4醫(yī)院能源管理平臺的選型與應用

4.1平臺概述

AcrelEMS-MED醫(yī)院能源管理平臺充分結(jié)合《醫(yī)療建筑電氣設計規(guī)范》《綠色醫(yī)院建筑評價標準》、《醫(yī)院建筑能耗監(jiān)管系統(tǒng)建設技術(shù)導則》等行業(yè)規(guī)范、根據(jù)醫(yī)院用戶需求以及能源管理部門要求，采集分析能源、能耗、能效數(shù)據(jù)，監(jiān)測以電能質(zhì)量、智慧用電相關指標以及其他用能指標，并與國家能源政策與用能模式改革結(jié)合。能夠輔助醫(yī)院后勤管理人員進行能源供應系統(tǒng)及設備的運行管理工作，幫助醫(yī)院管理層實時掌握醫(yī)院的能耗情況，為醫(yī)院能源信息化建設和節(jié)能管理提供了良好的技術(shù)平臺。

4.2平臺組成

安科瑞醫(yī)院能源管理系統(tǒng)建立基于安科瑞電氣13+77-+44//30-992廠家直供云平臺的“監(jiān)、控、維”一體化的能源管理系統(tǒng)，從數(shù)據(jù)采集、設備控制、數(shù)據(jù)分析、異常預警、運維派單、系統(tǒng)架構(gòu)和綜合數(shù)據(jù)服務等方面的設計，幫助醫(yī)院后勤管理部門全面了解醫(yī)院能源運行情況，關注消防和電氣安全，及時預警異常情況，提高運維效率。它集成了10KV/O.4KV變電站電力監(jiān)控系統(tǒng)、變電所運維云平臺，配電房綜合監(jiān)控系統(tǒng)，能耗管理系統(tǒng)，智能照明控制系統(tǒng)，智慧消防平臺，電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)，消防設備電源監(jiān)控系統(tǒng)，防火門監(jiān)控系統(tǒng)，消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)，充電樁管理系統(tǒng)，電能質(zhì)量治理解決方案，醫(yī)療隔離電源解決方案，

4.3平臺拓撲圖

4.4平臺子系統(tǒng)

4.4.1醫(yī)院電力監(jiān)控解決方案

電力監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對變壓器安科瑞電氣13+77-+44//30-992廠家直供、柴油發(fā)電機、斷路器以及其它重要設備進行監(jiān)視、測量、記錄、報警等功能，并與保護設備和遠方控制中心及其他設備通信，實時掌握供電系統(tǒng)運行狀況和可能存在的隱患，快速排除故障，提高醫(yī)院供電可靠性。

電力監(jiān)控系統(tǒng)主要針對開閉所和10/0.4kV變電所，對高壓回路配置微機保護裝置及多功能儀表進行保護和監(jiān)控，對0.4kV出線配置多功能計量儀表，用于測控出線回路電氣參數(shù)和用能情況。同時對醫(yī)院重要設備如柴油發(fā)電機、無功補償裝置、有源濾波裝置、UPS、隔離電源系統(tǒng)狀態(tài)進行監(jiān)測。

4.4.2醫(yī)院變電所運維云平臺解決方案

AcrelCloud-1000電力運維云平臺采用多功能電力傳感器、無線通信、邊緣計算網(wǎng)關及大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，安科瑞電氣13+77-+44//30-992廠家直供通過智能網(wǎng)關采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)并存儲在本地，再定時向云平臺推送數(shù)據(jù)。平臺采集的數(shù)據(jù)包括變電所回路電氣參數(shù)和變壓器溫度、環(huán)境溫濕度、浸水、煙霧、視頻、門禁等信息，有異常發(fā)生10S內(nèi)通過短信和APP發(fā)出告警信號。平臺通過手機APP下發(fā)運維任務到手機上，并通過GPS跟蹤運維執(zhí)行過程進行閉環(huán)，提高運維效率，即時發(fā)現(xiàn)運行缺陷并做消缺處理。

4.4.3醫(yī)院配電房綜合監(jiān)控系統(tǒng)解決方案

2000E配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)，可實現(xiàn)開關柜運行監(jiān)控、高壓開關柜帶電顯示、母線及電纜測溫監(jiān)測、環(huán)境溫濕度監(jiān)測、有害氣體監(jiān)測、安防監(jiān)控，可對燈光、風機、除濕機、空調(diào)控制等設備進行聯(lián)動控制。實現(xiàn)動力環(huán)境各數(shù)據(jù)的檢測與設備控制，優(yōu)化動力環(huán)境，避免運行環(huán)境的失控導安科瑞電氣13+77-+44//30-992廠家直供致配電設備運行故障，保證維護人員安全，延長設備使用壽命，實現(xiàn)配電動力環(huán)境的分布式遠程管理。

4.4.4醫(yī)院能耗管理系統(tǒng)解決方案

對建筑各類耗能設備能耗數(shù)據(jù)進行實時測量，對采集數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析。能夠合理的確定各科室建筑能耗經(jīng)濟指標及績效考核指標，發(fā)現(xiàn)能源使用規(guī)律和能源浪費情況，提高人員主動節(jié)能的意識。

①搭建醫(yī)院智慧能源管理系統(tǒng)的基本框架，對各個用能環(huán)節(jié)進行實時監(jiān)測；

②排碳數(shù)據(jù)化：通過系統(tǒng)可實現(xiàn)建筑單位內(nèi)人均能耗分析（包括水、電、能量），實現(xiàn)低碳辦公數(shù)據(jù)化；

③區(qū)域能效比：實現(xiàn)建筑單位內(nèi)區(qū)域能耗對比，方便能耗考核；

④同期能效比：實現(xiàn)同年、同期、同一區(qū)域能耗對比，方便節(jié)能數(shù)據(jù)分析；

⑤能耗評估管理：按照能源消耗定額標準約束值、標準值、引導值進行分析單位面積能耗和人均能耗指標；

⑥能耗競爭排名：各個科室能耗對比，實現(xiàn)能耗排名，增強全院工作人員的節(jié)能意識；

⑦對能耗的使用安科瑞電氣13+77-+44//30-992廠家直供數(shù)據(jù)進行綜合的分析、統(tǒng)計、打印和查詢等功能，并根據(jù)能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)的需要可選擇不同樣式報表的打印。為能耗運營管理部門提供可靠的依據(jù)；

⑧能耗數(shù)據(jù)采集，隨時查詢，并根據(jù)采集數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，監(jiān)測異常能源用量，對能源智能儀表故障進行報警，提高系統(tǒng)信息化、自動化水平。

4.4.5醫(yī)院智能照明控制系統(tǒng)解決方案

醫(yī)院人流比較密集，科室較多，照明用電在醫(yī)院電能消耗中約占到15%左右。所以合理使用照明控制系統(tǒng)，在提升醫(yī)生和患者的體驗情況下大程度使用自然光照明，通過感應控制做到人來燈亮，人走燈滅或保持地強度照明，盡量解決照明用電。

ASL1000智能安科瑞電氣13+77-+44//30-992廠家直供照明控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)場景控制、時間控制、區(qū)域控制、光照度感應控制以及紅外感應控制等多種控制方式，能有效避免公共區(qū)域的照明浪費，還可以幫助醫(yī)院管理照明。

系統(tǒng)在配電箱內(nèi)的模塊主要有總線電源、開關驅(qū)動器、IP網(wǎng)關、耦合器、干接點輸入模塊等。這些模塊使用35mm標準導軌安裝。

安裝在控制現(xiàn)場的模塊主要有光照度傳感器、紅外傳感器和智能面板。有人經(jīng)過可以設定紅外感應控制亮燈，人離開后在設定的時間內(nèi)熄燈，智能面板等手動控制設備，可實現(xiàn)自動控制、現(xiàn)場控制和值班室遠程控制相結(jié)合。

醫(yī)院消防設備電源監(jiān)控系統(tǒng)解決方案

醫(yī)院消防安全非常重要，消防設備比較多，消防設備電源監(jiān)控系統(tǒng)主要功能就是用于監(jiān)測消防設備的工作電源是否正常，保障在發(fā)生火災時消防設備可以正常投入使用。

消防設備電源監(jiān)控監(jiān)控系統(tǒng)采用消防二總線，以建筑為單位設置區(qū)域分機采集消防設備電源狀態(tài)，區(qū)域分機通過二總線接收多臺傳感器的電壓、電流信息和開關狀態(tài)信息，以此實現(xiàn)對消防設備電源工作狀態(tài)的實時監(jiān)視。

4.4.9醫(yī)院防火門監(jiān)控系統(tǒng)解決方案

醫(yī)院防火門數(shù)量比較多，由于部分區(qū)域經(jīng)常有人走動，常開常閉防火門數(shù)量都不少，防火門監(jiān)控系統(tǒng)的作用就是監(jiān)測防火門開閉狀態(tài)，在發(fā)生火災后自動關閉常開防火門，防止煙霧擴散。防火門監(jiān)控系統(tǒng)采用消防二總線將具有通信功能的監(jiān)控模塊相互連接起來，用于監(jiān)測和控制防火門狀態(tài)，當防火門發(fā)生異常位置信號時，防火門監(jiān)控器能發(fā)出故障報警信號，指示故障報警部位并保存故障報警信息。發(fā)生火災時，關閉事故區(qū)域所有常開防火門，防止煙霧向安全區(qū)域擴散。

4.4.10醫(yī)院消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)解決方案

醫(yī)院人員流動性強，密度大，消防比較復雜，一旦發(fā)生火災，疏散指示系統(tǒng)非常重要。消防應急照明和指示系統(tǒng)可以和火災報警系統(tǒng)聯(lián)動，提供應急照明和疏散路徑指示，指引人群快速找到疏散出口，并可以一鍵選擇疏散應急預案，提升人員逃生概率。

4.4.11醫(yī)院有源諧波治理系統(tǒng)解決方案

都是諧波源，比如X光機、CT機等都會產(chǎn)生大量諧波，諧波使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低，使電氣設備過熱、產(chǎn)生振動和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀。諧波可引起電力系統(tǒng)局部并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設備燒毀。諧波還會引起繼電保護和自動裝置誤動作，使電能計量出現(xiàn)混亂。對于醫(yī)院的精密化驗設備可能會產(chǎn)生干擾。

為了消除配電系統(tǒng)諧波對醫(yī)院設備的影響，方案配置AnSin I有源濾波器，濾除電網(wǎng)2~31次諧波干擾。

AnSin I系列有源電力濾波裝置，以并聯(lián)方式接入電網(wǎng)，通過實時檢測負載的諧波和無功分量，采用PWM變流技術(shù)，從變流器中產(chǎn)生一個和當前諧波分量和無功分量對應的反向分量并實時注入電力系統(tǒng)，從而實現(xiàn)諧波治理和無功補償。

4.4.12醫(yī)院充電樁系統(tǒng)解決方案

醫(yī)院停車場有電動汽車和電動自行車，均需要提供充電樁。充電樁管理系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統(tǒng)的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，解決物業(yè)、用電管理部門的充電樁使用、監(jiān)控問題。電動自行車充電可采用投幣、掃碼充電方式，電動汽車支持IC卡和掃碼充電方式。遠程充電樁系統(tǒng)可實時遠程完成啟動充電、強制停止、單價設置等控制指令，用戶可通過APP、微信、支付寶小程序掃描二維碼，進行支付后，系統(tǒng)發(fā)起充電請求，控制二維碼對應的充電樁完成電動汽車的充電過程。同時對各類故障如充電機過溫保護、充電機輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進行預警；能夠遠程控制，提供財務報表和數(shù)據(jù)分析等功能。

4.4.13醫(yī)院醫(yī)療隔離電源解決方案

《民用建筑電氣設計規(guī)范》14.7.6.3條明確規(guī)定：在電源突然中斷后，重大醫(yī)療危險的場所，應采用電力系統(tǒng)不接地（IT系統(tǒng)）的供電方式。同時《醫(yī)院潔凈手術(shù)部建筑技術(shù)規(guī)范》GB50333-2002中規(guī)定：2類醫(yī)療場所在維持患者生命，外科手術(shù)和其他位于患者周圍的電氣裝置均應采用醫(yī)用IT系統(tǒng)。如：搶救室（門診手術(shù)室）、手術(shù)室、心臟監(jiān)控治療室、導管介入室、血管照影檢查室等。

安科瑞電氣股份有限公司的醫(yī)療隔離電源解決方案是針對醫(yī)療Ⅱ類場所的供電需求而開發(fā)設計的，能夠很好的滿足各類手術(shù)室和重癥監(jiān)護室對電源安全性和可靠性的要求，并符合國家相關標準。