淺談智能配電能源管理平台在醫院的設計應用

【摘要】隨著科學技術的快速發展，我國醫療條件也有了很大改善，人們(men) 對於(yu) 醫院醫療水平的重視程度逐漸提升，為(wei) 了為(wei) 患者提供高水平醫療服務，營造良好的醫院環境。對此，文章主要以醫院供配電係統為(wei) 研究對象，首先對醫院供配電係統設計的重要性進行介紹，然後對醫院供配電係統用電負荷進行分析，並結合某醫院實際情況，對供配電係統設計要點進行詳細探究，以期為(wei) 類似工程提供借鑒。

【關(guan) 鍵詞】醫院；供配電係統；用電負荷；IT配電

0引言

在醫療領域中，電能的應用至關(guan) 重要，隻有優(you) 化醫療建築工程供配電設計，才能夠為(wei) 診療設備提供穩定電源。近年來，醫院在用電需求類型、數量方麵都呈現增長態勢，醫院供配電設計難度逐漸提升，對於(yu) 醫院運轉水平和診療服務會(hui) 產(chan) 生較大影響。因此，亟需對醫院供配電設計盡心更詳細探究。

1醫院供配電係統設計的重要性

新時期，通過優(you) 化醫院供配電係統設計，能夠提升醫院整體(ti) 服務水平，醫院供配電係統設計的重要性主要體(ti) 現在以下幾點：先進技術，提升電能利用率，才能夠提升醫院設計水平，更好的適應社會(hui) 發展。

2醫院供配電係統用電負荷

2.1國內(nei) 醫療機構的等級劃分

根據功能和服務能力不同，可以將醫療服務機構分為(wei) 三個(ge) 級別，第三，綜合性大醫院，即跨地區、省市的全國性醫院，其不僅(jin) 能夠提供醫療工作，而且還可以進行科研、教育等，能夠體(ti) 現國內(nei) 醫療服務水平。

2.2醫院用電負荷

在醫院醫療設備、空調、照明設備等運行過程中，供配電係統會(hui) 在很大程度上影響設備運轉情況。在醫院供配電係統設計過程中，要求對各個(ge) 設備係統的用電負荷等級進行科學合理的劃分，並根據重要程度進行排序，確保設備供電穩定性。根據我國供電相關(guan) 標準、規範等等，對於(yu) 醫院用電負荷，可以將其分為(wei) 一級、二級和三級這三類。

2.2.1一級負荷

一級負荷指的是當醫院發生供電故障時，會(hui) 造成醫院設備全麵癱瘓和人員傷(shang) 亡的供電負荷，對於(yu) 二、三級醫院具體(ti) 包括消防係統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(er) 室、內(nei) 鏡檢查室、影像科、放射治療室、核醫學室等；高壓氧艙、血庫、培養(yang) 箱、恒溫箱；病理科的取材室、製片室、鏡檢室的用電設備；計算機網絡係統用電；門診部、醫技部及住院部30%的走道照明等等，對於(yu) 影響人員生命安全這類係統，應該將其納入至一級負荷中特別重要負荷，比如醫院急診搶救室、手術室、重症監護室等都可以作為(wei) 醫院供配電係統一級負荷管理要點。

2.2.2二級負荷

醫院二級負荷指的是公共服務設備，對於(yu) 二、三級醫院具體(ti) 具體(ti) 包括電子顯微鏡、影像科診斷用電設備；肢體(ti) 傷(shang) 殘康複病房照明用電；中心供應室、空氣淨化機組；貴重藥品冷庫、太平櫃；扶梯、采暖鍋爐及換熱站等用電負荷，如果這類設備發生供電故障，就會(hui) 對醫院正常運轉造成不良影響，因此，應優(you) 化供配電係統設計，在*大程度上保障設備供電正常。

2.2.3三級負荷

在醫院供配電係統中，在排除一級設備、二級設備後，剩餘(yu) 其他設備均為(wei) 三級負荷，在供電保障中居於(yu) 次要位置。

3醫院供配電係統設計實例

3.1項目概況

某綜合性二級甲等醫院醫療綜合樓，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，總建築麵積約為(wei) 6.5萬(wan) m2，建築主體(ti) 高度為(wei) 37m，地下1層，地上9層，屬於(yu) 一類高層建築，耐火等級為(wei) 一級。

3.2供配電係統設計

3.2.1市電電源設計

結合負荷分級、醫療場所及設施的類別劃分與(yu) 自動恢複供電時間要求，與(yu) 當地供電部門溝通後該工程采用兩(liang) 路10kV進線，進線采用電纜埋地方式引入，兩(liang) 路電源同時工作互為(wei) 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(wei) 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，該工程設置一台800kW快速自起動柴油發電機作為(wei) 應急電源。當正常供電電源中斷供電時自動起動，在15s內(nei) ，還可以向規定的用電負載供電；一旦恢複供電電源供電，即可延時切換並停機。此外，對於(yu) 停電時間要求自動恢複供電的時間≤0.5s的負荷，如手術室、術前準備室、術後複蘇室、麻醉室、搶救室、血透、檢驗科大型生化儀(yi) 器、產(chan) 房、早產(chan) 兒(er) 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配電變壓器數量設計

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

3.3典型醫療場所低壓配電設計

3.3.1潔淨手術部

為(wei) 了保證用電可靠性，潔淨手術部根據防火分區及潔淨區的劃分，分別設置配電總櫃。配電總櫃設置在非潔淨區，采用雙電源供電，其中一路引自應急母線，設置自動切換。後端經UPS後再分配至每個(ge) 潔淨手術室的配電箱。手術室內(nei) 除手術台驅動機構及非生命支持係統的電氣設備外，對於(yu) 其他醫療設備，均應用醫療場所局部IT係統供電方式。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(ti) 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(wei) 了確保診療設備的正常運行，設備廠家往往會(hui) 對電源內(nei) 阻或線路壓降提出要求。以飛利浦PrecedenceSPECTCT為(wei) 例，按廠家提供數據，要求容量為(wei) 112kVA，額定負載為(wei) 80kVA，瞬時電流為(wei) 135A，要求相間內(nei) 阻小於(yu) 0.2Ω。因此，采用額定電流為(wei) 160A的塑殼斷路器進行保護。另結合該工程實際情況，變壓器與(yu) 配電櫃距離為(wei) 50m左右，電纜線徑建議不小於(yu) 70mm2，且保護接地線的線徑與(yu) 相線相同。

3.3.3 ICU配電

為(wei) 保證用電可靠性，重症監護室（ICU）采用雙電源供電，其中一路引自應急母線，設置自動切換。後端經UPS後再分配至末端各用電回路。ICU內(nei) 除照明及非生命支持係統的電氣設備外，其他設備均應用局部IT係統供電方式。

3.3.4檢驗科供電

檢驗科設備儀(yi) 器眾(zhong) 多且用電要求各不相同，因此在設計之前需與(yu) 甲方確認科室內(nei) 主要設備的用電功率及供電要求。考慮到該工程檢測儀(yi) 器較多，且血液自動分析流水線、尿液分析流水線、科室內(nei) 電腦等均要求采用UPS供電。為(wei) 提高用電可靠性，在檢驗科內(nei) 設置2個(ge) 配電箱，兩(liang) 者均采用雙電源供電（一路引自應急母線）。其中，一隻配電箱後端經UPS後再分配至末端各用電回路，供要求自動恢複供電的時間≤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域，考慮到安全性與(yu) 可擴展性，除走道照明外，塔樓照明及插座采用兩(liang) 條密集型封閉母線供電，兩(liang) 條母線互為(wei) 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，以保證該區域的供電需求。病房內(nei) 設置小配電箱，電源引自樓層總配電箱。

3.3.6陽光產(chan) 房配電

陽光產(chan) 房為(wei) 院區特色醫療項目，因此甲方對該區域供電提出較高的要求。在電氣設計中產(chan) 房樓層設產(chan) 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(chan) 房內(nei) 設小配電箱，電源引自樓層總配電箱。陽光產(chan) 房樓層空調及熱水均采用放射式供電方式。

4醫院能源管理平台的選型與(yu) 應用

4.1平台概述

AcrelEMS-MED醫院能源管理平台充分結合《醫療建築電氣設計規範》《綠色醫院建築評價(jia) 標準》、《醫院建築能耗監管係統建設技術導則》等行業(ye) 規範、根據醫院用戶需求以及能源管理部門要求，采集分析能源、能耗、能效數據，監測以電能質量、智慧用電相關(guan) 指標以及其他用能指標，並與(yu) 國家能源政策與(yu) 用能模式改革結合。能夠輔助醫院後勤管理人員進行能源供應係統及設備的運行管理工作，幫助醫院管理層實時掌握醫院的能耗情況，為(wei) 醫院能源信息化建設和節能管理提供了良好的技術平台。

4.2平台組成

安科瑞醫院能源管理係統建立基於(yu) 雲(yun) 平台的“監、控、維"一體(ti) 化的能源管理係統，從(cong) 數據采集、設備控製、數據分析、異常預警、運維派單、係統架構和綜合數據服務等方麵的設計，幫助醫院後勤管理部門全麵了解醫院能源運行情況，關(guan) 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18luck新客户端係統、變電所運維雲(yun) 平台，配電房綜合監控係統，能耗管理係統，智能照明控製係統，智慧消防平台，電氣火災監控係統，消防設備電源監控係統，防火門監控係統，消防應急照明和疏散指示係統，充電樁管理係統，電能質量治理解決(jue) 方案，醫療隔離電源解決(jue) 方案，

4.3平台拓撲圖

4.4平台子係統

4.4.1醫院18luck新客户端解決(jue) 方案

18luck新客户端係統實現對變壓器、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，並與(yu) 保護設備和遠方控製中心及其他設備通信，實時掌握供電係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。

18luck新客户端係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(yi) 表進行保護和監控，對0.4kV出線配置多功能計量儀(yi) 表，用於(yu) 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(chang) 裝置、有源濾波裝置、UPS、隔離電源係統狀態進行監測。

4.4.2醫院變電所運維雲(yun) 平台解決(jue) 方案

AcrelCloud-1000電力運維雲(yun) 平台采用多功能電力傳(chuan) 感器、無線通信、邊緣計算網關(guan) 及大數據分析技術，通過智能網關(guan) 采集現場數據並存儲(chu) 在本地，再定時向雲(yun) 平台推送數據。平台采集的數據包括變電所回路電氣參數和變壓器溫度、環境溫濕度、浸水、煙霧、視頻、門禁等信息，有異常發生10S內(nei) 通過短信和APP發出告警信號。平台通過手機APP下發運維任務到手機上，並通過GPS跟蹤運維執行過程進行閉環，提高運維效率，即時發現運行缺陷並做消缺處理。

4.4.3醫院配電房綜合監控係統解決(jue) 方案

Acrel-2000E配電室綜合監控係統，可實現開關(guan) 櫃運行監控、高壓開關(guan) 櫃帶電顯示、母線及電纜測溫監測、環境溫濕度監測、有害氣體(ti) 監測、安防監控，可對燈光、風機、除濕機、空調控製等設備進行聯動控製。實現動力環境各數據的檢測與(yu) 設備控製，優(you) 化動力環境，避免運行環境的失控導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，實現配電動力環境的分布式遠程管理。

4.4.4醫院能耗管理係統解決(jue) 方案

對建築各類耗能設備能耗數據進行實時測量，對采集數據進行統計和分析。能夠合理的確定各科室建築能耗經濟指標及績效考核指標，發現能源使用規律和能源浪費情況，提高人員主動節能的意識。

①搭建醫院智慧能源管理係統的基本框架，對各個(ge) 用能環節進行實時監測；

②排碳數據化：通過係統可實現建築單位內(nei) 人均能耗分析（包括水、電、能量），實現低碳辦公數據化；

③區域能效比：實現建築單位內(nei) 區域能耗對比，方便能耗考核；

④同期能效比：實現同年、同期、同一區域能耗對比，方便節能數據分析；

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麵積能耗和人均能耗指標；

⑥能耗競爭(zheng) 排名：各個(ge) 科室能耗對比，實現能耗排名，增強全院工作人員的節能意識；

⑦對能耗的使用數據進行綜合的分析、統計、打印和查詢等功能，並根據能耗監測管理係統的需要可選擇不同樣式報表的打印。為(wei) 能耗運營管理部門提供可靠的依據；

⑧能耗數據采集，隨時查詢，並根據采集數據進行統計分析，監測異常能源用量，對能源智能儀(yi) 表故障進行報警，提高係統信息化、自動化水平。

4.4.5醫院智能照明控製係統解決(jue) 方案

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

ASL1000智能照明控製係統可以實現場景控製、時間控製、區域控製、光照度感應控製以及紅外感應控製等多種控製方式，能有效避免公共區域的照明浪費，還可以幫助醫院管理照明。

係統在配電箱內(nei) 的模塊主要有總線電源、開關(guan) 驅動器、IP網關(guan) 、耦合器、幹接點輸入模塊等。這些模塊使用35mm標準導軌安裝。

安裝在控製現場的模塊主要有光照度傳(chuan) 感器、紅外傳(chuan) 感器和智能麵板。有人經過可以設定紅外感應控製亮燈，人離開後在設定的時間內(nei) 熄燈，智能麵板等手動控製設備，可實現自動控製、現場控製和值班室遠程控製相結合。

4.4.6醫院智慧消防平台解決(jue) 方案

智慧消防雲(yun) 平台基於(yu) 物聯網、大數據、雲(yun) 計算等現代信息技術，將分散的火災自動報警設備、電氣火災監控設備、智慧煙感探測器、智慧消防用水等設備連接形成網絡，並對這些設備的狀態進行智能化感知、識別、定位，實時動態采集消防信息，通過雲(yun) 平台進行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現科學預警火災、網格化管理、落實多元責任監管等目標。實現了無人化值守智慧消防，實現智慧消防“自動化"、“智能化"、“係統化"需求。從(cong) 火災預防，到火情報警，再到控製聯動，在統一的係統大平台內(nei) 運行，用戶、安保人員、監管單位都能夠通過平台直觀地看到每一棟建築物中各類消防設備和傳(chuan) 感器的運行狀況，並能夠在出現細節隱患、發生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時間內(nei) ，相關(guan) 報警和事件信息通過手機短信、語音電話、郵件提醒和APP推送等手段，就迅速能夠迅速通知到達相關(guan) 人員。

4.4.7醫院電氣火災監控係統解決(jue) 方案

電氣火災監控係統作為(wei) 火災自動報警係統的預警子係統，由電氣火災監控主機、電氣火災監控單元、剩餘(yu) 電流式電氣火災探測器以及測溫式電氣火災探測器組成，通過現場總線構成一套完整的預防電氣火災的監控係統，數據可集成至企業(ye) 消控室監控係統。

醫院電氣火災監控係統以建築為(wei) 單位設置，采集數據後上傳(chuan) 至值班室監控主機，實現對建築電氣安全預警。現場設置的傳(chuan) 感器監測配電係統回路的漏電電流和線纜溫度，異常時實時發出報警信號，重點關(guan) 注門診樓、住院樓、醫技樓等區域漏電或者電纜發熱等問題。

4.4.8醫院消防設備電源監控係統解決(jue) 方案

醫院消防安全非常重要，消防設備比較多，消防設備電源監控係統主要功能就是用於(yu) 監測消防設備的工作電源是否正常，保障在發生火災時消防設備可以正常投入使用。

消防設備電源監控監控係統采用消防二總線，以建築為(wei) 單位設置區域分機采集消防設備電源狀態，區域分機通過二總線接收多台傳(chuan) 感器的電壓、電流信息和開關(guan) 狀態信息，以此實現對消防設備電源工作狀態的實時監視。

4.4.9醫院防火門監控係統解決(jue) 方案

醫院防火門數量比較多，由於(yu) 部分區域經常有人走動，常開常閉防火門數量都不少，防火門監控係統的作用就是監測防火門開閉狀態，在發生火災後自動關(guan) 閉常開防火門，防止煙霧擴散。防火門監控係統采用消防二總線將具有通信功能的監控模塊相互連接起來，用於(yu) 監測和控製防火門狀態，當防火門發生異常位置信號時，防火門監控器能發出故障報警信號，指示故障報警部位並保存故障報警信息。發生火災時，關(guan) 閉事故區域所有常開防火門，防止煙霧向安全區域擴散。

4.4.10醫院消防應急照明和疏散指示係統解決(jue) 方案

醫院人員流動性強，密度大，消防比較複雜，一旦發生火災，疏散指示係統非常重要。消防應急照明和指示係統可以和火災報警係統聯動，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，並可以一鍵選擇疏散應急預案，提升人員逃生概率。

4.4.11醫院有源諧波治理係統解決(jue) 方案

都是諧波源，比如X光機、CT機等都會(hui) 產(chan) 生大量諧波，諧波使電能的生產(chan) 、傳(chuan) 輸和利用的效率降低，使電氣設備過熱、產(chan) 生振動和噪聲，並使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發生故障或燒毀。諧波可引起電力係統局部並聯諧振或串聯諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設備燒毀。諧波還會(hui) 引起繼電保護和自動裝置誤動作，使電能計量出現混亂(luan) 。對於(yu) 醫院的精密化驗設備可能會(hui) 產(chan) 生幹擾。

為(wei) 了消除配電係統諧波對醫院設備的影響，方案配置AnSin I有源濾波器，濾除電網2~31次諧波幹擾。

AnSin I係列有源電力濾波裝置，以並聯方式接入電網，通過實時檢測負載的諧波和無功分量，采用PWM變流技術，從(cong) 變流器中產(chan) 生一個(ge) 和當前諧波分量和無功分量對應的反向分量並實時注入電力係統，從(cong) 而實現諧波治理和無功補償(chang) 。

4.4.12醫院充電樁係統解決(jue) 方案

醫院停車場有電動汽車和電動自行車，均需要提供充電樁。充電樁管理係統通過物聯網技術對接入係統的充電樁站點和各個(ge) 充電樁進行不間斷地數據采集和監控，解決(jue) 物業(ye) 、用電管理部門的充電樁使用、監控問題。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。遠程充電樁係統可實時遠程完成啟動充電、強製停止、單價(jia) 設置等控製指令，用戶可通過APP、微信、支付寶小程序掃描二維碼，進行支付後，係統發起充電請求，控製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、絕緣檢測故障等一係列故障進行預警；能夠遠程控製，提供財務報表和數據分析等功能。

4.4.13醫院醫療隔離電源解決(jue) 方案

《民用建築電氣設計規範》14.7.6.3條明確規定：在電源突然中斷後，重大醫療危險的場所，應采用電力係統不接地（IT係統）的供電方式。同時《醫院潔淨手術部建築技術規範》GB50333-2002中規定：2類醫療場所在維持患者生命，外科手術和其他位於(yu) 患者周圍的電氣裝置均應采用醫用IT係統。如：搶救室（門診手術室）、手術室、心髒監控治療室、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療隔離電源解決(jue) 方案是針對醫療Ⅱ類場所的供電需求而開發設計的，能夠很好的滿足各類手術室和重症監護室對電源安全性和可靠性的要求，並符合國家相關(guan) 標準。

4.5相關(guan) 平台部署硬件選型清單

4.5.118luck新客户端係統硬件配置