淺談醫(yī)療用電設(shè)備配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)及經(jīng)濟(jì)性分析

安科瑞 陳聰

摘要：醫(yī)療用電設(shè)備的配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)是醫(yī)院建筑電氣設(shè)計(jì)的關(guān)鍵性部分，其系統(tǒng)可靠性、安全性直接影響醫(yī)療效果。通過(guò)分析該類(lèi)負(fù)荷的重要性及分類(lèi)場(chǎng)所中斷供電時(shí)間等要素，闡述了較為完善的醫(yī)療用電配電系統(tǒng)架構(gòu)，同時(shí)從經(jīng)濟(jì)性的角度探討了簡(jiǎn)化系統(tǒng)、節(jié)省造價(jià)的可能性和措施。

關(guān)鍵詞:醫(yī)療用電設(shè)備 配電系統(tǒng) 負(fù)荷分級(jí) 經(jīng)濟(jì)性分析

0引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，作為民生項(xiàng)目重要環(huán)的醫(yī)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(yī)院和既有醫(yī)院的升級(jí)改造項(xiàng)目紛紛投入建設(shè)，包括社區(qū)醫(yī)院、綜合醫(yī)院，以及醫(yī)療城、醫(yī)療集聚區(qū)等各種形態(tài)。

由于醫(yī)院內(nèi)大都是各種用電設(shè)備，對(duì)用電的依賴(lài)性較高，因此可以說(shuō)電氣設(shè)計(jì)是整個(gè)醫(yī)院建筑設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)，其供電可靠性和安全性直接影響醫(yī)療效果。而隨著現(xiàn)代醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展，各種先進(jìn)的醫(yī)療設(shè)備和電子儀器不斷地投入應(yīng)用，但因其功能不同，各類(lèi)設(shè)備應(yīng)用的醫(yī)療場(chǎng)所不同，供配電要求也各不相同。因此，針對(duì)醫(yī)院建筑的電氣設(shè)計(jì)問(wèn)題，本文以筆者主持設(shè)計(jì)的某三級(jí)醫(yī)院為例，闡述醫(yī)療設(shè)備分類(lèi)要求和對(duì)應(yīng)的配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并從經(jīng)濟(jì)性角度進(jìn)行優(yōu)化分析。

1醫(yī)療設(shè)備負(fù)荷分析

醫(yī)療用電設(shè)備種類(lèi)繁多，包含大型設(shè)備和各類(lèi)醫(yī)療場(chǎng)所的用電設(shè)備。常用大型醫(yī)療設(shè)備可參見(jiàn)表l。

典型醫(yī)療場(chǎng)所包括門(mén)診、急診、手術(shù)室、重癥監(jiān)護(hù)室、住院、檢查、影像、放射等?！夺t(yī)療建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》第3章，根據(jù)電氣安全防護(hù)的要求，將醫(yī)療場(chǎng)所分為0、1、2三類(lèi)：0類(lèi)場(chǎng)所醫(yī)療設(shè)備與患者不接觸，1類(lèi)場(chǎng)所設(shè)備與患者體表和體內(nèi)(除2類(lèi)場(chǎng)所所列部位)接觸，2類(lèi)場(chǎng)所設(shè)備與患者體內(nèi)接觸、供電中斷危及患者生命，具體場(chǎng)所詳見(jiàn)《規(guī)范》中表3．0．2。其中，該表還對(duì)中斷供電后的自動(dòng)恢復(fù)時(shí)間提出具體要求，分t≤0．5S、0．5s<t≤15s、t>15s三種，對(duì)配電系統(tǒng)備用電源及其轉(zhuǎn)換方式有指導(dǎo)意義。

按照常規(guī)的負(fù)荷分級(jí)方式，醫(yī)療用電負(fù)荷也根據(jù)可靠性要求及中斷供電的影響進(jìn)行分級(jí)。典型場(chǎng)所內(nèi)(如急診搶救室、重癥監(jiān)護(hù)室、手術(shù)室等)涉及患者生命安全的設(shè)備及其照明，屬于負(fù)荷中特別重要負(fù)荷，其他用電分屬一、二、三級(jí)負(fù)荷，具體參見(jiàn)《醫(yī)療建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》第4．2節(jié)，此處不～一列舉。三級(jí)醫(yī)院應(yīng)設(shè)置應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組，供電給負(fù)荷中特別重要負(fù)荷，機(jī)組承載醫(yī)療負(fù)荷可參見(jiàn)表2。

注：某些用電如供應(yīng)不屬于特別重要負(fù)荷，但與院方協(xié)商后，認(rèn)為終端供電也會(huì)影響其他特別重要場(chǎng)所的運(yùn)行使用，所以也歸人發(fā)電機(jī)組供電。

2醫(yī)療設(shè)備配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)配電系統(tǒng)之前，首先要確定供電方案，為配電系統(tǒng)設(shè)定好前提條件。三級(jí)醫(yī)院需要兩路獨(dú)立電源，并應(yīng)設(shè)置應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組，供電方案如圖1。

配電系統(tǒng)采用放射式與樹(shù)干式相結(jié)合的方式。通常大型醫(yī)療設(shè)備等單臺(tái)容量較大的負(fù)荷或特別重要負(fù)荷采用放射式供電，由變電所低壓配電屏直供：當(dāng)其他負(fù)荷等級(jí)相同且供電路由合理時(shí)，可采用樹(shù)干式與放射式相結(jié)合的供電方式；負(fù)荷采用雙電源供電，并在末端設(shè)置自動(dòng)切換；二級(jí)負(fù)荷采用雙電源供電并在末端或適當(dāng)位置切換;其余一般負(fù)荷采用單電源供電；斷電后恢復(fù)供電時(shí)間t≤0．5s的負(fù)荷，應(yīng)采用在線(xiàn)式UPS供電，且自備電源維持時(shí)間不小于3h；設(shè)置了柴油發(fā)電機(jī)組，應(yīng)急自動(dòng)啟動(dòng)時(shí)UPS裝置應(yīng)急供電時(shí)間應(yīng)≥lOmin(一般取15min即可)。

綜上所述，根據(jù)以上對(duì)負(fù)荷的分析和配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，將大型醫(yī)療設(shè)備及各醫(yī)療場(chǎng)所用電設(shè)備負(fù)荷分成以下幾類(lèi)，并分別設(shè)置對(duì)應(yīng)的配電系統(tǒng)。

1)1、2類(lèi)場(chǎng)所，負(fù)荷之特別重要負(fù)荷，斷電后恢復(fù)供電時(shí)間t≤0．5s。

此類(lèi)負(fù)荷由變電所放射式直供，兩路電源(一路與發(fā)電機(jī)電源先行切換)，末端自動(dòng)切換，并有UPS做備用。主要負(fù)荷有急診室、手術(shù)室、重癥監(jiān)護(hù)病房Icu及HDU、產(chǎn)房、血液病房、血透室、DSA輔助電源等場(chǎng)所用電設(shè)備，其配電干線(xiàn)如圖2所示。

以急診室醫(yī)療用電為例，其配電箱系統(tǒng)圖參見(jiàn)圖3。

2)l、2類(lèi)場(chǎng)所，負(fù)荷之特別重要負(fù)荷，斷電后恢復(fù)供電時(shí)間0．5s<t≤]5s。

此類(lèi)負(fù)荷配電要求與一類(lèi)在中斷供電時(shí)間需求上有差別，發(fā)電機(jī)能在15s內(nèi)投入運(yùn)行并供電即可，自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)ATS(PC級(jí)切換時(shí)間小于0．6s)能滿(mǎn)足斷電后自動(dòng)恢復(fù)供電時(shí)間，無(wú)需UPS做備用，除此之外，其余配電系統(tǒng)與一類(lèi)基本類(lèi)同。主要負(fù)荷有負(fù)壓吸引站、病理科、檢驗(yàn)、生殖以及急診、手術(shù)等場(chǎng)所(除上述第一類(lèi)之外)的特別重要負(fù)荷。

3）1、2類(lèi)場(chǎng)所，負(fù)荷，斷電后恢復(fù)供電時(shí)間0．5s<t≤]5so

此類(lèi)醫(yī)療負(fù)荷數(shù)量多、范圍也廣，配電系統(tǒng)由兩路市電電源在末端自動(dòng)切換。大型醫(yī)療設(shè)備和一些重要負(fù)荷采用放射式配電，其他負(fù)荷采用樹(shù)干式和放射式混合式配電。大型醫(yī)療設(shè)備主要是指診療用的CT、MRI、DR、DSA、直線(xiàn)加速器等主機(jī)設(shè)備，其配電干線(xiàn)如圖4所示。

4)0、1類(lèi)場(chǎng)所，二級(jí)負(fù)荷，斷電后恢復(fù)供電時(shí)間0．5s<t≤15s。

此類(lèi)負(fù)荷也需要兩路電源，但可以在變電所通過(guò)低壓母線(xiàn)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)切換后單回路配電，又由于中斷供電時(shí)間要求小于]5s，手動(dòng)切換的低壓母聯(lián)不能滿(mǎn)足時(shí)間要求，還是需要雙電源自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)ATS來(lái)完成兩路電源的轉(zhuǎn)換。因此，為避免系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜，此類(lèi)負(fù)荷的配電干線(xiàn)基本上與上述第三類(lèi)負(fù)荷的樹(shù)干式配電系統(tǒng)合并，滿(mǎn)足要求的同時(shí)也簡(jiǎn)化了系統(tǒng)。

5)其他二、三級(jí)負(fù)荷，斷電后恢復(fù)供電時(shí)間t>15s

此類(lèi)負(fù)荷配電較為簡(jiǎn)單，單從切換時(shí)間考慮，變電所低壓母聯(lián)就能滿(mǎn)足要求，因此通常采用單回路酉己電口可。

至此，各種醫(yī)療用電負(fù)荷的配電方式及系統(tǒng)形式均已基本闡述完畢，可能還有個(gè)別遺漏的設(shè)備，但總歸還是要按照負(fù)荷分級(jí)和使用場(chǎng)所及其中斷時(shí)間的要求具體設(shè)計(jì)。醫(yī)院建筑電氣設(shè)計(jì)紛繁復(fù)雜的醫(yī)療設(shè)備配電系統(tǒng)已搭建完成，剩下末端配電的細(xì)節(jié)也有規(guī)范、圖集循，限于篇幅，此處不再詳述。

3經(jīng)濟(jì)性分析

醫(yī)院建筑的醫(yī)療設(shè)備數(shù)量多、容量大，供配電系統(tǒng)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(kāi)關(guān)、線(xiàn)路、自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)ATS等，造價(jià)成本遠(yuǎn)高于其他建筑類(lèi)型。但是，通常建筑電氣的設(shè)計(jì)除滿(mǎn)足規(guī)范要求的可靠性、安全性外，也需要根據(jù)建設(shè)方的投入資本，考慮到經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題，以求合理地簡(jiǎn)化系統(tǒng)、節(jié)省造價(jià)。

對(duì)于負(fù)荷中特別重要負(fù)荷，由于其用電性質(zhì)的重要性，供配電系統(tǒng)基本沒(méi)有優(yōu)化的余地，只能維持前述的系統(tǒng)架構(gòu)。而對(duì)于一、二級(jí)醫(yī)療負(fù)荷，《醫(yī)療建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》第4．3．1條規(guī)定，負(fù)荷宜在末端配電箱或用電設(shè)備處自動(dòng)切換：二級(jí)負(fù)荷可在配變電所或總配電箱處切換。

基于此條規(guī)定，如果建設(shè)方資金有限且得到了業(yè)主許可，那么對(duì)于樹(shù)干式配電的兩路干線(xiàn)(參看圖4的配單干線(xiàn))，可以在線(xiàn)路首端經(jīng)切換后轉(zhuǎn)為單路干線(xiàn)系統(tǒng)：對(duì)于其他雙路電源放射式配電到末端的系統(tǒng)，也可以將用電設(shè)備按區(qū)域、功能、路由等因素合并，在配變電所或區(qū)域總配電間處設(shè)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(shè)備。經(jīng)此優(yōu)化后，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，減少了大量備份回路的開(kāi)關(guān)、電纜、ATS等，造價(jià)也大為降低。

此外，只有當(dāng)變電所低壓母聯(lián)開(kāi)關(guān)采用手動(dòng)切換方式(時(shí)間以分鐘計(jì)算)，不能滿(mǎn)足一、二級(jí)負(fù)荷中斷供電時(shí)間t≤15s的要求時(shí)，才需要在配電回路中加入雙電源自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)ATS(切換時(shí)間以秒計(jì)，PC級(jí)小于0．6s)裝置，備份電源回路要延伸到二、三級(jí)配電處。如果能實(shí)現(xiàn)低壓母聯(lián)開(kāi)關(guān)與變壓器低壓主開(kāi)關(guān)之間的自動(dòng)切換，且切換時(shí)間控制在15s以?xún)?nèi)，則在理論上，除特別重要負(fù)荷外的幾乎所有一、二、三級(jí)非消防負(fù)荷均可以自變電所低壓屏單回路配電，從而地簡(jiǎn)化低壓配電系統(tǒng)，節(jié)省造價(jià)。

4安科瑞醫(yī)院EMS能效管理系統(tǒng)

4.1平臺(tái)拓?fù)鋱D

4.2醫(yī)院電力監(jiān)控解決方案

電力監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器、柴油發(fā)電機(jī)、斷路器以及其它重要設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視、測(cè)量、記錄、報(bào)警等功能，并與保護(hù)設(shè)備和遠(yuǎn)方控制及其他設(shè)備通信，實(shí)時(shí)掌握供電系統(tǒng)運(yùn)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(duì)開(kāi)閉所和10/0.4kV變電所，對(duì)高壓回路配置微機(jī)保護(hù)裝置及多功能儀表進(jìn)行保護(hù)和監(jiān)控，對(duì)0.4kV出線(xiàn)配置多功能計(jì)量?jī)x表，用于測(cè)控出線(xiàn)回路電氣參數(shù)和用能情況。同時(shí)對(duì)醫(yī)院重要設(shè)備如柴油發(fā)電機(jī)、無(wú)功補(bǔ)償裝置、有源濾波裝置、UPS、隔離電源系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

電力監(jiān)控系統(tǒng)硬件配置

5結(jié)束語(yǔ)

醫(yī)院建筑電氣設(shè)計(jì)離不開(kāi)可靠性高的供配電系統(tǒng)。本文單獨(dú)將醫(yī)療用電的配電作為論題，剖析影響醫(yī)療用電可靠安全性的各要素，形成較為完善的配電系統(tǒng)架構(gòu)。另一方面又從經(jīng)濟(jì)性角度探討了優(yōu)化系統(tǒng)、節(jié)省成本的可能性，希望能對(duì)其他醫(yī)院項(xiàng)目的設(shè)計(jì)起到一定的參考借鑒作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]醫(yī)療用電設(shè)備配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)及經(jīng)濟(jì)性分析 王志翔

[2]余爽．探究 LED顯示屏的技術(shù) 及其市 場(chǎng)和 產(chǎn)業(yè)發(fā) 展 [J]．電

子制作 ，2015，(12)：105．

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2020.06版．

[4]安科瑞用戶(hù)變電站變配電監(jiān)控解決方案2021.10