淺談智能配電能源管理平臺在醫院的設計應用

黃琴

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

【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，人們對于醫院醫療水平的重視程度逐漸提升，為了為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系統為研究對象，首先對醫院供配電系統設計的重要性進行介紹，然后對醫院供配電系統用電負荷進行分析，并結合某醫院實際情況，對供配電系統設計要點進行詳細探究，以期為類似工程提供借鑒。

【關鍵詞】醫院；供配電系統；用電負荷；IT配電

0引言

在醫療領域中，電能的應用至關重要，只有優化醫療建筑工程供配電設計，才能夠為診療設備提供穩定電源。近年來，醫院在用電需求類型、數量方面都呈現增長態勢，醫院供配電設計難度逐漸提升，對于醫院運轉水平和診療服務會產生較大影響。因此，亟需對醫院供配電設計盡心更詳細探究。

1醫院供配電系統設計的重要性

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

2醫院供配電系統用電負荷

2.1國內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三個級別，第三，綜合性大醫院，即跨地區、省市的全國性醫院，其不僅能夠提供醫療工作，而且還可以進行科研、教育等，能夠體現國內醫療服務水平。

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，供配電系統會在很大程度上影響設備運轉情況。在醫院供配電系統設計過程中，要求對各個設備系統的用電負荷等級進行科學合理的劃分，并根據重要程度進行排序，確保設備供電穩定性。根據我國供電相關標準、規范等等，對于醫院用電負荷，可以將其分為一級、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，會造成醫院設備全面癱瘓和人員傷亡的供電負荷，對于二、三級醫院具體包括消防系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、嬰兒室、內鏡檢查室、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；計算機網絡系統用電；門診部、醫技部及住院部30%的走道照明等等，對于影響人員生命安全這類系統，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、重癥監護室等都可以作為醫院供配電系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，對于二、三級醫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，如果這類設備發生供電故障，就會對醫院正常運轉造成不良影響，因此，應優化供配電系統設計，在*大程度上保障設備供電正常。

2.2.3三級負荷

在醫院供配電系統中，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醫院供配電系統設計實例

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自動恢復供電時間要求，與當地供電部門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快速自起動柴油發電機作為應急電源。當正常供電電源中斷供電時自動起動，在15s內，還可以向規定的用電負載供電；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，如手術室、術前準備室、術后復蘇室、麻醉室、搶救室、血透、檢驗科大型生化儀器、產房、早產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配電變壓器數量設計

根據負荷具體情況，在-1F變電所內設置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潔凈手術部

為了保證用電可靠性，潔凈手術部根據防火分區及潔凈區的劃分，分別設置配電總柜。配電總柜設置在非潔凈區，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UPS后再分配至每個潔凈手術室的配電箱。手術室內除手術臺驅動機構及非生命支持系統的電氣設備外，對于其他醫療設備，均應用醫療場所局部IT系統供電方式。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阻或線路壓降提出要求。以飛利浦PrecedenceSPECTCT為例，按廠家提供數據，要求容量為112kVA，額定負載為80kVA，瞬時電流為135A，要求相間內阻小于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，重癥監護室（ICU）采用雙電源供電，其中一路引自應急母線，設置自動切換。后端經UPS后再分配至末端各用電回路。ICU內除照明及非生命支持系統的電氣設備外，其他設備均應用局部IT系統供電方式。

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主要設備的用電功率及供電要求。考慮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、科室內電腦等均要求采用UPS供電。為提高用電可靠性，在檢驗科內設置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。病房內設置小配電箱，電源引自樓層總配電箱。

3.3.6陽光產房配電

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

4醫院能源管理平臺的選型與應用

4.1平臺概述

AcrelEMS-MED醫院能源管理平臺充分結合《醫療建筑電氣設計規范》《綠色醫院建筑評價標準》、《醫院建筑能耗監管系統建設技術導則》等行業規范、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合。能夠輔助醫院后勤管理人員進行能源供應系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，為醫院能源信息化建設和節能管理提供了良好的技術平臺。

4.2平臺組成

安科瑞醫院能源管理系統建立基于云平臺的“監、控、維"一體化的能源管理系統，從數據采集、設備控制、數據分析、異常預警、運維派單、系統架構和綜合數據服務等方面的設計，幫助醫院后勤管理部門全面了解醫院能源運行情況，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變電站電力監控系統、變電所運維云平臺，配電房綜合監控系統，能耗管理系統，智能照明控制系統，智慧消防平臺，電氣火災監控系統，消防設備電源監控系統，防火門監控系統，消防應急照明和疏散指示系統，充電樁管理系統，電能質量治理解決方案，醫療隔離電源解決方案，

4.3平臺拓撲圖

4.4平臺子系統

4.4.1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中心及其他設備通信，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。

4.4.2醫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、邊緣計算網關及大數據分析技術，通過智能網關采集現場數據并存儲在本地，再定時向云平臺推送數據。平臺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內通過短信和APP發出告警信號。平臺通過手機APP下發運維任務到手機上，并通過GPS跟蹤運維執行過程進行閉環，提高運維效率，即時發現運行缺陷并做消缺處理。

4.4.3醫院配電房綜合監控系統解決方案

Acrel-2000E配電室綜合監控系統，可實現開關柜運行監控、高壓開關柜帶電顯示、母線及電纜測溫監測、環境溫濕度監測、有害氣體監測、安防監控，可對燈光、風機、除濕機、空調控制等設備進行聯動控制。實現動力環境各數據的檢測與設備控制，優化動力環境，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醫院能耗管理系統解決方案

對建筑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筑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系統的基本框架，對各個用能環節進行實時監測；

②排碳數據化：通過系統可實現建筑單位內人均能耗分析（包括水、電、能量），實現低碳辦公數據化；

③區域能效比：實現建筑單位內區域能耗對比，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，并根據能耗監測管理系統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；

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

4.4.5醫院智能照明控制系統解決方案

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制系統，在提升醫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智能照明控制系統可以實現場景控制、時間控制、區域控制、光照度感應控制以及紅外感應控制等多種控制方式，能有效避免公共區域的照明浪費，還可以幫助醫院管理照明。

系統在配電箱內的模塊主要有總線電源、開關驅動器、IP網關、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。有人經過可以設定紅外感應控制亮燈，人離開后在設定的時間內熄燈，智能面板等手動控制設備，可實現自動控制、現場控制和值班室遠程控制相結合。

4.4.6醫院智慧消防平臺解決方案

智慧消防云平臺基于物聯網、大數據、云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，并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，通過云平臺進行數據分析、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"、“系統化"需求。從火災預防，到火情報警，再到控制聯動，在統一的系統大平臺內運行，用戶、安保人員、監管單位都能夠通過平臺直觀地看到每一棟建筑物中各類消防設備和傳感器的運行狀況，并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，相關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人員。

4.4.7醫院電氣火災監控系統解決方案

電氣火災監控系統作為火災自動報警系統的預警子系統，由電氣火災監控主機、電氣火災監控單元、剩余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系統，數據可集成至企業消控室監控系統。

醫院電氣火災監控系統以建筑為單位設置，采集數據后上傳至值班室監控主機，實現對建筑電氣安全預警。現場設置的傳感器監測配電系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系統解決方案

醫院消防安全非常重要，消防設備比較多，消防設備電源監控系統主要功能就是用于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系統采用消防二總線，以建筑為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臺傳感器的電壓、電流信息和開關狀態信息，以此實現對消防設備電源工作狀態的實時監視。

4.4.9醫院防火門監控系統解決方案

醫院防火門數量比較多，由于部分區域經常有人走動，常開常閉防火門數量都不少，防火門監控系統的作用就是監測防火門開閉狀態，在發生火災后自動關閉常開防火門，防止煙霧擴散。防火門監控系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，用于監測和控制防火門狀態，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，指示故障報警部位并保存故障報警信息。發生火災時，關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系統解決方案

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

4.4.11醫院有源諧波治理系統解決方案

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

為了消除配電系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次諧波干擾。

AnSin I系列有源電力濾波裝置，以并聯方式接入電網，通過實時檢測負載的諧波和無功分量，采用PWM變流技術，從變流器中產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，從而實現諧波治理和無功補償。

4.4.12醫院充電樁系統解決方案

醫院停車場有電動汽車和電動自行車，均需要提供充電樁。充電樁管理系統通過物聯網技術對接入系統的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數據采集和監控，解決物業、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。遠程充電樁系統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，系統發起充電請求，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，提供財務報表和數據分析等功能。

4.4.13醫院醫療隔離電源解決方案

《民用建筑電氣設計規范》14.7.6.3條明確規定：在電源突然中斷后，重大醫療危險的場所，應采用電力系統不接地（IT系統）的供電方式。同時《醫院潔凈手術部建筑技術規范》GB50333-2002中規定：2類醫療場所在維持患者生命，外科手術和其他位于患者周圍的電氣裝置均應采用IT系統。如：搶救室（門診手術室）、手術室、心臟監控治療室、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癥監護室對電源安全性和可靠性的要求，并符合國家相關標準。

4.5.1有源諧波治理系統硬件配置方案

結語

綜上所述，醫院建筑工程復雜程度比較高，在醫院供配電系統設計過程中，不僅需要滿足建筑工程功能要求，同時還應該滿足設備、人員安全實際需要。醫院屬于電能消耗大戶，在供配電系統設計過程中，應該注意合理確定供電負荷，合理劃分醫療場所及設施的類別，并根據醫療建筑中不同分區，優化供配電系統設計，積極采用用電設備，并貫徹落實節能降耗理念，促進醫院供配電系統設計水平的提升，實現較高的社會經濟效益。

參考文獻：

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[3]陳鏗.醫院供配電系統設計分析

[4]安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.05版

作者簡介：黃琴，安科瑞電氣股份有限公司，主要從事IT隔離電源系統的研發與應用