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(guān)鍵性部分，其系統可靠性、安全性直接影響醫療效果。通過(guò)分析該類(lèi)負荷的重要性及分類(lèi)場(chǎng)所中斷供電時(shí)間等要素，闡述了較為完善的醫療用電配電系統架構，同時(shí)從經(jīng)濟性的角度探討了簡(jiǎn)化系統、節省造價(jià)的可能性和措施。

關(guān)鍵詞:醫療用電設備 配電系統 負荷分級 經(jīng)濟性分析

0引言

隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟的高速發(fā)展，作為民生項目重要環(huán)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(tài)。

由于醫院內大都是各種用電設備，對用電的依賴(lài)性較高，因此可以說(shuō)電氣設計是整個(gè)醫院建筑設計中的重要環(huán)節，其供電可靠性和安全性直接影響醫療效果。而隨著(zhù)現代醫療技術(shù)的發(fā)展，各種先進(jìn)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(lèi)設備應用的醫療場(chǎng)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(wèn)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(lèi)要求和對應的配電系統設計，并從經(jīng)濟性角度進(jìn)行優(yōu)化分析。

1醫療設備負荷分析

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

典型醫療場(chǎng)所包括門(mén)診、急診、手術(shù)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(chǎng)所分為0、1、2三類(lèi)：0類(lèi)場(chǎng)所醫療設備與患者不接觸，1類(lèi)場(chǎng)所設備與患者體表和體內(除2類(lèi)場(chǎng)所所列部位)接觸，2類(lèi)場(chǎng)所設備與患者體內接觸、供電中斷危及患者生命，具體場(chǎng)所詳見(jiàn)《規范》中表3．0．2。其中，該表還對中斷供電后的自動(dòng)恢復時(shí)間提出具體要求，分t≤0．5S、0．5s<t≤15s、t>15s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(jìn)行分級。典型場(chǎng)所內(如急診搶救室、重癥監護室、手術(shù)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(jiàn)《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(fā)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(jiàn)表2。

注：某些用電如供應不屬于特別重要負荷，但與院方協(xié)商后，認為終端供電也會(huì )影響其他特別重要場(chǎng)所的運行使用，所以也歸人發(fā)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(fā)電機組，供電方案如圖1。

配電系統采用放射式與樹(shù)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(shí)，可采用樹(shù)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(dòng)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(shí)間t≤0．5s的負荷，應采用在線(xiàn)式UPS供電，且自備電源維持時(shí)間不小于3h；設置了柴油發(fā)電機組，應急自動(dòng)啟動(dòng)時(shí)UPS裝置應急供電時(shí)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(chǎng)所用電設備負荷分成以下幾類(lèi)，并分別設置對應的配電系統。

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

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

以急診室醫療用電為例，其配電箱系統圖參見(jiàn)圖3。

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

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

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

此類(lèi)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(dòng)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(shù)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(xiàn)加速器等主機設備，其配電干線(xiàn)如圖4所示。

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

此類(lèi)負荷也需要兩路電源，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)完成兩路電源的轉換。因此，為避免系統過(guò)于復雜，此類(lèi)負荷的配電干線(xiàn)基本上與上述第三類(lèi)負荷的樹(shù)干式配電系統合并，滿(mǎn)足要求的同時(shí)也簡(jiǎn)化了系統。

5)其他二、三級負荷，斷電后恢復供電時(shí)間t>15s

此類(lèi)負荷配電較為簡(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(gè)別遺漏的設備，但總歸還是要按照負荷分級和使用場(chǎng)所及其中斷時(shí)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(jīng)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(kāi)關(guān)、線(xiàn)路、自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)ATS等，造價(jià)成本遠高于其他建筑類(lèi)型。但是，通常建筑電氣的設計除滿(mǎn)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(jīng)濟性問(wèn)題，以求合理地簡(jiǎn)化系統、節省造價(jià)。

對于負荷中特別重要負荷，由于其用電性質(zhì)的重要性，供配電系統基本沒(méi)有優(yōu)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(dòng)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(yè)主許可，那么對于樹(shù)干式配電的兩路干線(xiàn)(參看圖4的配單干線(xiàn))，W全可以在線(xiàn)路首端經(jīng)切換后轉為單路干線(xiàn)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(jīng)此優(yōu)化后，系統結構簡(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)間以分鐘計算)，不能滿(mǎn)足一、二級負荷中斷供電時(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，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(shí)現低壓母聯(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)?，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(jiǎn)化低壓配電系統，節省造價(jià)。

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(shí)現對變壓器、柴油發(fā)電機、斷路器以及其它重要設備進(jìn)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(shí)時(shí)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(kāi)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(jìn)行保護和監控，對0.4kV出線(xiàn)配置多功能計量?jì)x表，用于測控出線(xiàn)回路電氣參數和用能情況。同時(shí)對醫院重要設備如柴油發(fā)電機、無(wú)功補償裝置、有源濾波裝置、UPS、隔離電源系統狀態(tài)進(jìn)行監測。

電力監控系統硬件配置

5結束語(yǔ)

醫院建筑電氣設計離不開(kāi)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(jīng)濟性角度探討了優(yōu)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。

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