浅谈大型综合医院供配电系统设计
时间：2024-09-11 阅读：194
安科瑞 刘秋霞
摘要：医院供配电系统关系着整个医院的正常运行，一旦出现故障将会对病患的安全造成威胁。基于此，本文就大型综合医院供配电系统设计进行深入探讨，以期为其他类似医院建筑供配电系统设计提供借鉴。
关键词：负荷等级；供电；配电；不间断电源
0引言
随着社会经济的不断发展和进步，广大人民群众生活水平逐渐提高，健康意识逐步增强，对医疗服务的需求也逐步增加。为满足广大人民群众日益增长的医疗需求、保证医疗服务质量，许多医院开始进行新建或改扩建工程。笔者结合大型医院供配电系统建设和运行管理的实际体会，对医院建设项目中的供配电系统设计方案进行探讨。
1大型综合医院供电的基本特性分析
（1）可靠性。供电的可靠性是供电质量的一个重要指标。正规的大型医院对供电的可靠性有着非常高的要求，如果医院的供电系统出现故障，使电力供应中断，很可能造成严重的后果。
（2）连续性。正规大型医院的用电负荷都比较大，因为医院可能每一分钟都有重要的手术，这也对供电的连续性提出了很高的要求。通常情况下，医院都有两个以上的高压电源供电和发电机组，就是为了保证电力供应的连续
性。
（3）复杂性。医院就如同一个复杂的小社会一般，供电系统与医院的医疗服务活动之间存在着这样或者那样的复杂联系，国家对手术室、重症监护室等场所的供电做了特别规定，其目的就是为了确保这些场所供电的连续性，从而更好地为病人进行诊疗服务。
（4）稳定性。这里稳定性和上文中的可靠性不同，其主要是指医疗设备对电源和电压的稳定性要求。对于不同的医疗设备，要采用相应的稳压等设备，确保电源和电压的稳定性。
2工程概况
该工程为某综合性三级甲等医院，建筑面积为79567m2，其中地下30257m2，地上49310m2。建筑楼包括地下3层，地上2座塔楼，分别为15层的病房楼和9层的门诊楼。地下整体连通，地上1～4层连通。地下3层为汽车库、库房，局部设战时医疗救护站；地下2层为供应、冷冻站、水泵房、变配电所及直线加速器、CT模拟定位等放疗机房；地下1层为放疗，包括CT、X光室、钼靶、数字胃肠、MRI、职工食堂、厨房。医院首层为门急诊部、药房和挂号处；2层为透析室、门诊部；3层为产房、ICU、检验科室；4层为手术部、病理科、内镜（手术部设备层为手术部的净化空调机房）；5～6层为病房、门诊部；7～9层为病房、行政办公；10～14层为病房；15层为特需病房。
3供电系统
（1）负荷分类
医疗建筑用电负荷根据供电可靠性要求及中断供电对生命安全、人身安全、经济损失等所造成的影响程度进行分级。根据《医疗建筑电气设计规范》JGJ312-2013中，表《医疗建筑负荷分级》和《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008中附录A《民用建筑中各类建筑物的主要用电负荷分级》的相关规定，本工程中的用电负荷等级划分如表1所示。
（2）负荷容量
对于通风、空调、水泵、电梯、扶梯等用电设备按相关专业工艺所提供的设备安装容量进行负荷统计，其备用设备容量不计入在内；对于照明等设备用电负荷按规范照度标准、单位容量法和具体方案进行负荷统计。
本工程设备安装总容量为10555.00kW，计算有功功率8351.50kW，视在功率9279.44kVA。其中病房楼变电室内设备安装容量为4203.65kW，计算有功功率3152.74kW，视在功率3503.04kVA，采用二台2000kVA干式变压器；门诊变电室内设备安装容量3193.00kW，计算有功功率2362.00kW，视在功率2624.44kVA，采用二台1600kVA干式变压器；冷冻机房变电室内设备安装容量3319.00kW，计算有功功率2899.80kW，视在功率3222.00kVA，采用二台
2000kVA干式变压器。变压器容量及主要用途详见表2。
3.2供电电源
3.2.1常用电源
为了满足医院负荷的电源要求，需由市政引来两路独立的电源。正常情况下，所有用电负荷均由市政电源供电。
3.2.2应急电源的选择
为满足负荷中特别重要负荷的供电，根据规范的需求应设置应急电源。采用柴油发电机组作为第三电源。
负荷采用两路市电自动切换后供电，ATS（双电源自动转换开关）从接收指令到完成指令，一般转换时间在1s内，可满足规范要求。但对于负荷中特别重要的负荷（如手术室、ICU、重症监护病房、抢救室等），虽有发电机组作为第三路应急电源，但其起动时间一般在15s内，尚不能满足该类负荷恢复供电时间（t≤0.5s）的要求，故还需设置UPS作为应急柴油发电机组起动时的不间断电源。根据该工程负荷分布的特点，采用集中与分散相结合的方式设置不间断电源。
在手术室的技术层内，由于负荷中特别重要的负荷比较集中，设置了手术室、ICU、CCU、重症监护病房的UPS，该套UPS纳入电能管理，采用专用的UPS空调，方便今后医院的管理。首层急诊抢救室距离手术室设备层较远，如果将UPS设置于手术室的设备层内，线路较长，损耗较大，不经济，应在其就近配电间内设置抢救室的专用UPS。
检验科内有大型生化仪器类负荷，其负荷等级并不属于负荷中特别重要的负荷，不需另设应急电源，但其允许恢复供电时间很短（t≤0.5s），市电切换时间不能满足其工艺要求，故仍需设置不间断电源，因此，检验科内设置了大型生化仪器使用的UPS。对于病房内大量分散使用呼吸机的情况，设置集中的UPS不经济，也不现实，因此如病房呼吸机类分散的小容量重要设备，设计时要求业主在使用中自带移动式UPS。
3.3供电方案
3.3.1负荷计算
该工程共设置4台10/0.4kv变压器，容量分别为2×1600kvA、2×1250kvA，单位安装指标为72VA/m2。其中TA、TC变压器为专用的照明、电力变压器；TB、TD变压器为空调、医技设备变压器，另选择1台1000kW的应急柴油发电机组作为应急电源。变电所内的负荷计算如表3所示。
4电气接地及电气安全保护
电气安全保护是指防止电流经由人体任何部位，通过限制可能流经人体的电流，使之小于电击电流。在故障情况下，若触及外露可导电部分，可能引起流经人体的电流大于电击电流时，能在规定的时间内自动断开电源；若发生短路或过负载，过热或电弧引起可燃物燃烧或使人遭受灼伤时，能在规定的时间内自动断开电源。（二）建立完善的规章制度，严格管理劳动纪律
建立和完善巡视检查、交接班、设备缺陷管理等一系列的规章制度，严格执行操作票制度。操作人员持电工进网作业许可证上岗，倒闸操作和停送电操作在指令长的监督下，凭操作票进行操作。明确各级指令长、操作员的工作职责和责任范围，建立人人岗位责任制。严肃劳动纪律，杜绝习惯性违章操作。
（三）加强专业技能培养，打造应急能力强的保障团队
配电系统值班操作人员熟练掌握高低压配电系统一次接线图，知晓各馈线开关所带负荷情况，熟练掌握各类应急情况，如市电双电源同时停电、高低压电缆故障等，熟练掌握触电急救应急措施和心肺复苏术（CPR）。
（四）培养员工责任意识，保障临床用电安全
不断强化员工的责任意识和奉献精神，培养员工对医院的认同感。强调医院供电保障的特殊性，让员工心中时刻绷紧应急保障的弦不放松。鼓励在员工中开展多项技术、管理方面的创新，如品管圈等。
5照明设计
综合医院建筑不仅包括病房、门诊楼、医技楼等医疗用房，而且也包括各种医疗服务设施，如供应室、真空吸引室、手术室专用气体站房等。医院的照明设计不但要满足各种医疗技术的要求，还要考虑到医疗用房的特殊性。光源的选择对病人起着重要的心理治疗作用，对于医护人员观察病人的病情、正确诊断治疗也有很大的帮助。GB50034—2004《建筑照明设计标准》对医院的照度标准值、统一眩光值（UGR）、显色指数均有设计标准。照明
光源应选择光效高、显色性好的光源，还要满足规范中规定的功率密度限值，即进行节能设计。为提高功率因数，减少频闪及眩光，克服噪声对病人的影响，该工程主要场所（如诊室、病房、急诊观察室等），采用高显色格栅荧光灯（T5管）配电子镇流器，使功率因数cosφ≥0.9；根据功能需要，对特殊场所的照明（如侧听室的照明）可采用白炽灯，以减少荧光灯配电感镇流器产生的噪声影响；眼科暗室采用可连续调光的白炽灯；手术室采用专用无影灯；手术部清洁走廊、检验的细菌培养等处，均采用清洁灯具吸顶安装；血库、污物、污染等处设置紫外线杀菌灯；核废液处理、柴油发电机房等采用防爆灯具。
5安科瑞医院EMS能效管理系统
5.1平台拓扑图
5.2医院电力监控解决方案
电力监控系统实现对变压器、柴油发电机、断路器以及其它重要设备进行监视、测量、记录、报警等功能，并与保护设备和远方控制及其他设备通信，实时掌握供电系统运行状况和可能存在的隐患，快速排除故障，提高医院供电可靠性。
电力监控系统主要针对开闭所和10/0.4kV变电所，对高压回路配置微机保护装置及多功能仪表进行保护和监控，对0.4kV出线配置多功能计量仪表，用于测控出线回路电气参数和用能情况。同时对医院重要设备如柴油发电机、无功补偿装置、有源滤波装置、UPS、隔离电源系统状态进行监测。
电力监控系统硬件配置
应用场合 | 名称 | 系列型号 | 图片 | 功能 |
系统后台 | 电力监控软件 | Acrel-2000/Z |
| 数据的实时采集、数字通信、远程操作与程序拉制、权限管理、車件记录与告營、故障分析、各类报表 |
通讯层 | 智能网关 | Anet系列 |
| 8个RS485串口2kV隔离，2个以太网接口，支持ModbusRTU、IEC-60870-5-101/103/104、CJ/T188、DL/T645等通讯协议设备的接入，支持ModbusRTU、ModbusTCP、IEC-60870-5-104等上传协议、支持多不同数据服务要求，支持断点续传，装置电源:220VAC/DC。 |
35KV、10KV | 微机保护装置 | AM6-x |
| 相间电流速断保护，相间限*电流速断保护（可带低压闭锁），相间过电流保护（可带低压闭锁），两段式零序过流保护，反时限相间过流保护（可带低压闭锁），零序反时限过流保护，过负荷保护，控制回路异常告警。 |
35KV\10KV进线侧 | 电能质量在线监测装置 | APView500 |
| 相电压电流＋零序电压零序电流，电压电流不平衡度，有功无功功率及电能、事件告警及故障录波，谐波（电压/电流63次谐波、63组间谐波、谐波相角、谐波含有率、谐波功率、谐波畸变率、K因子）、波动/闪变、电压暂升、电压暂降、电压瞬态、电压中断、1024点波形采样、触发及定时录波，波形实时显示及故障波形查看，PQDIF格式文件存储，内存32G，16D0＋22D1，通讯2RS485＋1RS232＋1GPS，3以太网接口（＋1维护网口）＋1USB接口支持U盘读取数据，支持61850协议。 |
35KV/10KV测量 | 多功能网络电力仪表 | APM-520 |
| 具有三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ）、电能统计、电能质 量分析（包括谐波、间谐波、闪变）、故障录波功能(包括电压暂升暂降中断、冲击电流等记录)、事件记录功 能及网络通讯等功能，主要用于电网供电质量的综合监控。该系列仪表配有功能丰富的DI/DO模块、AO模 块、无线通讯模块、漏电测温模块，可以灵活实现电气回路全电量测量及开关状态监控 |
35KV\10KV带电显示装置 | 智能操控装置 | ASD500 |
| 5寸大液晶彩屏动态显示一次模拟图及弹簧储能指示、高压带电显示及闭锁、验电、核相、3路温温度控制及显示、远方/就地、分合闸、储能旋钮预分预合闪光指示、分合闸完好指示、分合闸回路电压测量、人体感应、柜内照明控制、1路以太网、2路RS485、1路USB接口、GPS对时、高压柜内电气接点无线测温、全电参量测温、脉冲输出、4～20mA输出； |
35KV\10KV弧光保护 | 弧光保护装置 | ARB5-x |
| 主控单元，可接20路弧光信号或4个扩展单元，配置弧光保护（8组）、失灵保护（4组）、TA断线监测（4组）、11个跳闸出口； 扩展单元，多可以插接6块扩展插件，每个扩展插件可以采集5路弧光信号： 弧光探头，可安装于中压开关柜的母线室、断路器室或电缆室，也可于低压柜。弧光探头的检测范围为180°，半径0.5m的扇形区域； |
35KV\10KV配电柜 | 无线测温 | ATE400（PT柜选用ATE200） |
| 监测母线、线缆接头、断路器触臂、触头温度，可通过无线传输至ASD320就地显示，也可以上传至监控系统。电源分为内置电池式和感应取电式，固定方式有螺栓固定，表带式捆绑，测温范围-50℃-125℃，精度±1℃ |
0.4KV进线 | 多功能网络电力仪表 | APM-520(96外型) |
| 具有三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ）、电能统计、电能质 量分析（包括谐波、间谐波、闪变）、故障录波功能(包括电压暂升暂降中断、冲击电流等记录)、事件记录功 能及网络通讯等功能，主要用于电网供电质量的综合监控。该系列仪表配有功能丰富的DI/DO模块、AO模 块、无线通讯模块、漏电测温模块，可以灵活实现电气回路全电量测量及开关状态监控 |
电能质量在线监测装置 | APView500 |
| 相电压电流＋零序电压零序电流，电压电流不平衡度，有功无功功率及电能、事件告警及故障录波，谐波（电压/电流63次谐波、63组间谐波、谐波相角、谐波含有率、谐波功率、谐波畸变率、K因子）、波动/闪变、电压暂升、电压暂降、电压瞬态、电压中断、1024点波形采样、触发及定时录波，波形实时显示及故障波形查看，PQDIF格式文件存储，内存32G，16D0＋22D1，通讯2RS485＋1RS232＋1GPS，3以太网接口（＋1维护网口）＋1USB接口支持U盘读取数据，支持61850协议。 | |
测温监控装置 | ARTM-Pn-E |
| 无线测温采集可接入60个无线测温传感器；U、I、P、Q等全电参量测量；2路告警输出；1路RS485通讯； | |
无线测温传感器 | ATE400 |
| 监测母线、线缆接头、断路器触臂、触头温度，可通过无线传输至ASD320就地显示，也可以上传至监控系统。电源分为内置电池式和感应取电式，固定方式有螺栓固定，表带式捆绑，测温范围-50℃-125℃，精度±1℃ | |
0.4KV滤波柜 | 有源谐波治理系统 | AnSin-xxx |
| 有源电力滤波器井联在含谐波负载的低压配电系統中，能够对动态变化的谐波电流进行快速实时的跟踪和补偿， |
0.4KV补偿柜 | 有源无功补偿系统 | AnCos-xxx |
| 低压无功功率补偿装置并联在整个供电系统中，能根据电网中负载功率因数的变化通过控制器控制电力电容器投切进行补偿,无功功率补偿装置采用散件组成方案，主要以电容电抗、投切开关、控制器等组成。 补偿方式:线性补偿，全响应时间<5ms，瞬时响应时间≤100us;补偿效果:≥0.99，可补偿容性无功和感性无功，滤除5、7、9、11、13次以内的谐波;自身损耗:≤百分之2，效率:>百分之98;监控以及显示具备远程通讯接口，可以通过PC机实时监控;具有人性化的人机交互界面，可通过该界面看到系统和本体的实时电能质量信息，操作简单，可以远控，也可以本控;标准模块化设计，缩短交付周期，同时提高了使用的可靠性和可维护性。 |
0.4KV馈线 | 多功能网络电力仪表 | APM-510(72外型) |
| 具有三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ）、电能统计、电能质 量分析（包括谐波、间谐波、闪变）、故障录波功能(包括电压暂升暂降中断、冲击电流等记录)、事件记录功 能及网络通讯等功能，主要用于电网供电质量的综合监控。该系列仪表配有功能丰富的DI/DO模块、AO模 块、无线通讯模块、漏电测温模块，可以灵活实现电气回路全电量测量及开关状态监控 |
电气火灾监测模块 | ARCM200系列 |
| 三相(I、U、kW、Kvar、kWh、Kvarh、Hz、cos中)，视在电能、四象限电能计量，单回路剩余电流监测，4路温度监测，2路继电器输出，4路开关量输入，事件记录，内置时钟，点阵式LCD显示，2路独立RS485/Modbus通讯 | |
测温监控装置 | ARTM-Pn-E |
| 无线测温采集可接入60个无线测温传感器；U、I、P、Q等全电参量测量；2路告警输出；1路RS485通讯； | |
无线测温传感器 | ATE400 |
| 合金片固定，CT感应取电，启动电流大于5安培，测温范围-50-125C，测量精度±1℃；无线传输距离空旷150米； | |
低压回路 | 电流互感器 | AKH-0.66系列 |
| 测量型互感器，采集交流电流信号 |
6结束语
医院的供配电系统设计方案有很多种，设计人员应结合各医院的实际情况来选择合适的供配电方案。医院建设项目中的供配电系统非常重要，系统的安全可靠是医院安全可靠运行的一个重要保障，安全供电关系到患者和医护人员的生命安全。因此，医院建设项目中的供配电专业技术人员应不断学习、更新知识，与国内外医院同行相互交流、沟通、学习和探讨，总结经验教训，这样才能使医院的供配电系统建设更加规范和科学，为临床医疗业务工作的开展提供有力的保障。
参考文献：
中国建筑设计研究院.JGJ312-2013医疗建筑电气设计规范[S]中国建筑工业出版 社，2013
[2]中国建筑东北设计研究院.JGJ16-2008民用建筑电气设计规范[S]中国建筑工业出版社，2008
[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册2020.06版．
[4]安科瑞用户变电站变配电监控解决方案2021.10