程瑜

安科瑞

摘要：醫療用電設備的配電系統設計是醫院建筑電氣設計的關鍵性部分，其系統可靠性、安全性直接影響醫療效果。通過分析該類負荷的重要性及分類場所中斷供電時間等要素，闡述了較為完善的醫療用電配電系統架構，同時從經濟性的角度探討了簡化系統、節省造價的可能性和措施。

關鍵詞:醫療用電設備 配電系統 負荷分級 經濟性分析

0引言

隨著社會經濟的高速發展，作為民生項目重要環的醫療資源及水平也得到了各地政府的高度重視，一批批新建醫院和既有醫院的升級改造項目紛紛投入建設，包括社區醫院、綜合醫院，以及醫療城、醫療集聚區等各種形態。

由于醫院內大都是各種用電設備，對用電的依賴性較高，因此可以說電氣設計是整個醫院建筑設計中的重要環節，其供電可靠性和安全性直接影響醫療效果。而隨著現代醫療技術的發展，各種先進的醫療設備和電子儀器不斷地投入應用，但因其功能不同，各類設備應用的醫療場所不同，供配電要求也各不相同。因此，針對醫院建筑的電氣設計問題，本文以筆者主持設計的某三級醫院為例，闡述醫療設備分類要求和對應的配電系統設計，并從經濟性角度進行優化分析。

1醫療設備負荷分析

醫療用電設備種類繁多，包含大型設備和各類醫療場所的用電設備。常用大型醫療設備可參見表l。

典型醫療場所包括門診、急診、手術室、重癥監護室、住院、檢查、影像、放射等?！夺t療建筑電氣設計規范》第3章，根據電氣安全防護的要求，將醫療場所分為0、1、2三類：0類場所醫療設備與患者不接觸，1類場所設備與患者體表和體內(除2類場所所列部位)接觸，2類場所設備與患者體內接觸、供電中斷危及患者生命，具體場所詳見《規范》中表3．0．2。其中，該表還對中斷供電后的自動恢復時間提出具體要求，分t≤0．5S、0．5s15s三種，對配電系統備用電源及其轉換方式有指導意義。

按照常規的負荷分級方式，醫療用電負荷也根據可靠性要求及中斷供電的影響進行分級。典型場所內(如急診搶救室、重癥監護室、手術室等)涉及患者生命安全的設備及其照明，屬于負荷中特別重要負荷，其他用電分屬一、二、三級負荷，具體參見《醫療建筑電氣設計規范》第4．2節，此處不～一列舉。三級醫院應設置應急柴油發電機組，供電給負荷中特別重要負荷，機組承載醫療負荷可參見表2。

注：某些用電如供應不屬于特別重要負荷，但與院方協商后，認為終端供電也會影響其他特別重要場所的運行使用，所以也歸人發電機組供電。

2醫療設備配電系統設計

在設計配電系統之前，首先要確定供電方案，為配電系統設定好前提條件。三級醫院需要兩路獨立電源，并應設置應急柴油發電機組，供電方案如圖1。

配電系統采用放射式與樹干式相結合的方式。通常大型醫療設備等單臺容量較大的負荷或特別重要負荷采用放射式供電，由變電所低壓配電屏直供：當其他負荷等級相同且供電路由合理時，可采用樹干式與放射式相結合的供電方式；負荷采用雙電源供電，并在末端設置自動切換；二級負荷采用雙電源供電并在末端或適當位置切換;其余一般負荷采用單電源供電；斷電后恢復供電時間t≤0．5s的負荷，應采用在線式UPS供電，且自備電源維持時間不小于3h；設置了柴油發電機組，應急自動啟動時UPS裝置應急供電時間應≥lOmin(一般取15min即可)。

綜上所述，根據以上對負荷的分析和配電系統的設計要求，將大型醫療設備及各醫療場所用電設備負荷分成以下幾類，并分別設置對應的配電系統。

1)1、2類場所，負荷之特別重要負荷，斷電后恢復供電時間t≤0．5s。

此類負荷由變電所放射式直供，兩路電源(一路與發電機電源先行切換)，末端自動切換，并有UPS做備用。主要負荷有急診室、手術室、重癥監護病房Icu及HDU、產房、血液病房、血透室、DSA輔助電源等場所用電設備，其配電干線如圖2所示。

以急診室醫療用電為例，其配電箱系統圖參見圖3。

2)l、2類場所，負荷之特別重要負荷，斷電后恢復供電時間0．5s

此類負荷配電要求與一類在中斷供電時間需求上有差別，發電機能在15s內投入運行并供電即可，自動切換開關ATS(PC級切換時間小于0．6s)能滿足斷電后自動恢復供電時間，無需UPS做備用，除此之外，其余配電系統與一類基本類同。主要負荷有負壓吸引站、病理科、檢驗、生殖以及急診、手術等場所(除上述第一類之外)的特別重要負荷。

3）1、2類場所，負荷，斷電后恢復供電時間0．5s

此類醫療負荷數量多、范圍也廣，配電系統由兩路市電電源在末端自動切換。大型醫療設備和一些重要負荷采用放射式配電，其他負荷采用樹干式和放射式混合式配電。大型醫療設備主要是指診療用的CT、MRI、DR、DSA、直線加速器等主機設備，其配電干線如圖4所示。

4)0、1類場所，二級負荷，斷電后恢復供電時間0．5s

此類負荷也需要兩路電源，但可以在變電所通過低壓母線聯絡開關切換后單回路配電，又由于中斷供電時間要求小于]5s，手動切換的低壓母聯不能滿足時間要求，還是需要雙電源自動切換開關ATS來完成兩路電源的轉換。因此，為避免系統過于復雜，此類負荷的配電干線基本上與上述第三類負荷的樹干式配電系統合并，滿足要求的同時也簡化了系統。

5)其他二、三級負荷，斷電后恢復供電時間t>15s

此類負荷配電較為簡單，單從切換時間考慮，變電所低壓母聯就能滿足要求，因此通常采用單回路酉己電口可。

至此，各種醫療用電負荷的配電方式及系統形式均已基本闡述完畢，可能還有個別遺漏的設備，但總歸還是要按照負荷分級和使用場所及其中斷時間的要求具體設計。醫院建筑電氣設計紛繁復雜的醫療設備配電系統已搭建完成，剩下末端配電的細節也有規范、圖集循，限于篇幅，此處不再詳述。

3經濟性分析

醫院建筑的醫療設備數量多、容量大，供配電系統的可靠性和安全性要求高，配電電源及回路需要雙重備份，另需要雙重電源、配電開關、線路、自動切換開關ATS等，造價成本遠高于其他建筑類型。但是，通常建筑電氣的設計除滿足規范要求的可靠性、安全性外，也需要根據建設方的投入資本，考慮到經濟性問題，以求合理地簡化系統、節省造價。

對于負荷中特別重要負荷，由于其用電性質的重要性，供配電系統基本沒有優化的余地，只能維持前述的系統架構。而對于一、二級醫療負荷，《醫療建筑電氣設計規范》第4．3．1條規定，負荷宜在末端配電箱或用電設備處自動切換：二級負荷可在配變電所或總配電箱處切換。

基于此條規定，如果建設方資金有限且得到了業主許可，那么對于樹干式配電的兩路干線(參看圖4的配單干線)，完全可以在線路首端經切換后轉為單路干線系統：對于其他雙路電源放射式配電到末端的系統，也可以將用電設備按區域、功能、路由等因素合并，在配變電所或區域總配電間處設置雙電源切換的配電總箱，然后單回路放射式配電至用電設備。經此優化后，系統結構簡化，減少了大量備份回路的開關、電纜、ATS等，造價也大為降低。

此外，只有當變電所低壓母聯開關采用手動切換方式(時間以分鐘計算)，不能滿足一、二級負荷中斷供電時間t≤15s的要求時，才需要在配電回路中加入雙電源自動切換開關ATS(切換時間以秒計，PC級小于0．6s)裝置，備份電源回路要延伸到二、三級配電處。如果能實現低壓母聯開關與變壓器低壓主開關之間的自動切換，且切換時間控制在15s以內，則在理論上，除特別重要負荷外的幾乎所有一、二、三級非消防負荷均可以自變電所低壓屏單回路配電，從而地簡化低壓配電系統，節省造價。

4安科瑞醫院EMS能效管理系統

4.1平臺拓撲圖

4.2醫院電力監控解決方案

電力監控系統實現對變壓器、柴油發電機、斷路器以及其它重要設備進行監視、測量、記錄、報警等功能，并與保護設備和遠方控制及其他設備通信，實時掌握供電系統運行狀況和可能存在的隱患，快速排除故障，提高醫院供電可靠性。

電力監控系統主要針對開閉所和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和用能情況。同時對醫院重要設備如柴油發電機、無功補償裝置、有源濾波裝置、UPS、隔離電源系統狀態進行監測。

電力監控系統硬件配置

	數據的實時采集、數字通信、遠程操作與程序拉制、權限管理、車件記錄與告營、故障分析、各類報表
通訊層	智能網關	Anet系列		8個RS485串口2kV隔離，2個以太網接口，支持ModbusRTU、IEC-60870-5-101/103/104、CJ/T188、DL/T645等通訊協議設備的接入，支持ModbusRTU、ModbusTCP、IEC-60870-5-104等上傳協議、支持多不同數據服務要求，支持斷點續傳，裝置電源:220VAC/DC。
35KV、10KV	微機保護裝置	AM6-x		相間電流速斷保護，相間限時電流速斷保護（可帶低壓閉鎖），相間過電流保護（可帶低壓閉鎖），兩段式零序過流保護，反時限相間過流保護（可帶低壓閉鎖），零序反時限過流保護，過負荷保護，控制回路異常告警。
35KV10KV進線側	電能質量在線監測裝置	APView500

	主控單元，可接20路弧光信號或4個擴展單元，配置弧光保護（8組）、失靈保護（4組）、TA斷線監測（4組）、11個跳閘出口； 擴展單元，多可以插接6塊擴展插件，每個擴展插件可以采集5路弧光信號： 弧光探頭，可安裝于中壓開關柜的母線室、斷路器室或電纜室，也可于低壓柜。弧光探頭的檢測范圍為180°，半徑0.5m的扇形區域；
35KV10KV配電柜	無線測溫	ATE400（PT柜選用ATE200）		監測母線、線纜接頭、斷路器觸臂、觸頭溫度，可通過無線傳輸至ASD320就地顯示，也可以上傳至監控系統。電源分為內置電池式和感應取電式，固定方式有螺栓固定，表帶式捆綁，測溫范圍-50℃-125℃，精度±1℃
0.4KV進線	多功能網絡電力儀表	APM-520(96外型)

	無線測溫采集可接入60個無線測溫傳感器；U、I、P、Q等全電參量測量；2路告警輸出；1路RS485通訊；
無線測溫傳感器	ATE400		監測母線、線纜接頭、斷路器觸臂、觸頭溫度，可通過無線傳輸至ASD320就地顯示，也可以上傳至監控系統。電源分為內置電池式和感應取電式，固定方式有螺栓固定，表帶式捆綁，測溫范圍-50℃-125℃，精度±1℃
0.4KV濾波柜	有源諧波治理系統	AnSin-xxx		有源電力濾波器井聯在含諧波負載的低壓配電系統中，能夠對動態變化的諧波電流進行快速實時的跟蹤和補償，
0.4KV補償柜	有源無功補償系統	AnCos-xxx		低壓無功功率補償裝置并聯在整個供電系統中，能根據電網中負載功率因數的變化通過控制器控制電力電容器投切進行補償,無功功率補償裝置采用散件組成方案，主要以電容電抗、投切開關、控制器等組成。 補償方式:線性補償，全響應時間<5ms，瞬時響應時間≤100us;補償效果:≥0.99，可補償容性無功和感性無功，濾除5、7、9、11、13次以內的諧波;自身損耗:≤百分之2，效率:>百分之98;監控以及顯示具備遠程通訊接口，可以通過PC機實時監控;具有人性化的人機交互界面，可通過該界面看到系統和本體的實時電能質量信息，操作簡單，可以遠控，也可以本控;標準模塊化設計，縮短交付周期，同時提高了使用的可靠性和可維護性。
0.4KV饋線	多功能網絡電力儀表	APM-510(72外型)

	無線測溫采集可接入60個無線測溫傳感器；U、I、P、Q等全電參量測量；2路告警輸出；1路RS485通訊；
無線測溫傳感器	ATE400		合金片固定，CT感應取電，啟動電流大于5安培，測溫范圍-50-125C，測量精度±1℃；無線傳輸距離空曠150米；
低壓回路	電流互感器	AKH-0.66系列		測量型互感器，采集交流電流信號

5結束語

醫院建筑電氣設計離不開可靠性高的供配電系統。本文單獨將醫療用電的配電作為論題，剖析影響醫療用電可靠安全性的各要素，形成較為完善的配電系統架構。另一方面又從經濟性角度探討了優化系統、節省成本的可能性，希望能對其他醫院項目的設計起到一定的參考借鑒作用。

參考文獻：

[1]醫療用電設備配電系統設計及經濟性分析 王志翔

[2]余爽．探究 LED顯示屏的技術 及其市 場和 產業發 展 [J]．電

子制作 ，2015，(12)：105．

[3]安科瑞企業微電網設計與應用手冊2020.06版．

[4]安科瑞用戶變電站變配電監控解決方案2021.10

審核編輯 黃宇