大型综合医院配电系统设计及应用方小燕

1、大型综合医院配电系统设计及应用王乃帮（上海安科瑞电气股份有限公司 上海市嘉定 201800）摘 要：本文结合大型综合医院工程的配电设计实例，介绍了大型综合医院的负荷分级、供电系统、应急电源系统、照明系统及医疗特殊场所的医用隔离电源柜低压配电系统的设计，并对相应规范在设计过程中的操作性及应用进行了简要论述，以供电气设计人员参考。关键词：供电系统；医疗供电解决方案；应急电源；绝缘监测仪；照明系统0引言随着时代的发展及科学技术的进步，医疗技术及人民生活水平不断提高，医院中的新型医疗电气设备不断增多，人们对医院配电系统设计的要求也越来越高，大型综合医院配电系统设计显得尤为重要。1工程概况某大学附属医院

2、属三级甲等医院，该院医疗综合楼建筑面积为109 505 m2，建筑高度为6855 m，地下有3层，地上有16层。地下3层及地下2层部分平时为汽车停车场，战时作为人防使用。变配电所、水泵房、楼宇自动化管理控制室、信息中心等设备用房均设在地下2层。地下1层为柴油发电机房、放疗科、中心供应室、洗衣房等。13层为门诊医技楼，4层为手术室及ICU，5层为行政办公楼及设备层，6层为产科及产房，716层为标准护理单元。医院设置病房420间、诊室52间、手术室23间，其中4层设洁净手术室21间、I级(百级)手术室4间、级(千级)手术室8间、级9间。安科瑞结合对该工程的配电系统设计体会，对医疗特殊场所的配电系统

3、设计进行简要论述。2供电系统2.1 负荷分级在确定医院供电系统之前，首先根据供电要求进行负荷分级。IEC标准中供电等级按照恢复供电时间分为05 S内、15 S内、大于15 S。而我国国内规范将用电负荷根据供电可靠性及中断供电所造成的损失或影响的程度，分为一级负荷、二级负荷及三级负荷。该工程主要依据的规范有JGJ 49-1988综合医院建筑设计规范、GB50333-2002(医院洁净手术部建筑技术规范、JGJ 16-2008民用建筑电气设计规范等。IEC标准和JGJ 16-2008民用建筑电气设计规范第1282条规定，按医疗电气设备与人体接触的状况和断电的后果，将医疗场所作如下分类：0类场所为不

4、使用接触部件的医疗场所；1类场所为接触部件接触躯体外部及除2类场所规定外的接触部件侵入躯体的任何部分；2类场所为将接触部件用于诸如心内诊疗术、手术室以及断电将危及生命的重要治疗场所（ICU病房配电解决方案以GGF-I8隔离配电柜系统化图为例）。可见，医院的负荷等级应以医疗场所与人体生命的安全程度及电气设备与人体的接触程度进行划分。根据我国现行规范标准并参照IEC标准，根据供电可靠性及中断供电所造成的损失或影响程度，消防设备、医用客梯、氧气供应系统设备、真空吸引系统设备、中心供应室内的医用蒸汽、洁净空调系统用电设备、走道照明用电及生活泵用电等，按一级负荷供电。其中，所有消防设备、重症监护室、急救

5、室、重要手术室（手术室配电解决方案以以GGF-O8隔离配电柜系统化图为例）等涉及患者生命安全的设备及照明用电，为一级负荷中特别重要的负荷。一般空调电源、客梯用电、自动扶梯电源、电子显微镜、高级病房照明用电等为二级负荷，其他用电按三级负荷设计。2.2 供电方案用电设备负荷采用两路10 kV独立市电电源作为常用电源，电缆专线供电，自设柴油发电机组作为第三电源。电压波动大的空调用电负荷属季节性负荷，采用一台专用变压器供电；电压波动小的照明及一般医疗用电(插座)采用两台变压器供电；电压要求高且自身压降大，医用数字减影成像系统设备(如x光机、CT机等)，单独采用一台变压器供电，电力负荷单独采用一台变压器

6、供电。变压器容量为：22 500 kVA+21 600 kVA+800 kVA，变压器安装指标为82 VAm2。配电系统的主接线图如图1所示。图1配电系统的主接线图低压系统的供电分为4大部分，即照明部分(由TMl、TM2变压器及1、2段母线承担)、医疗设备、空调通风部分及动力部分(由TM3、TM4、TM5变压器及3、4、6段母线承担)。运行方式为两路10 kV电源采用单母线分段接线，平时两路分列运行，互为备用。当一路电源故障时，通过手动、自动联络开关，由另一路电源负担全部负荷。高压主进线开关与联络开关之间设电气联锁，任何情况下只能闭合两个开关。04023 kV低压侧采用单母线分段接线，共6段母

7、线。5台变压器对应5段母线，其中l段与2段母线互投；3段与4段母线互投；6段母线为空调母线段；5段母线为应急母线段，为一、二级负荷在两路市电均失电情况下供电。正常情况下，应急母线引自2、4段低压母线；紧急情况下，应急母线的电源引自柴油发电机组出线。当2、4段母线失电时，将在15 s内起动应急柴油发电机组完成供电。对于重要手术室及重要医疗设备等对间断供电时问要求更高的设备，需在末端配置UPS设备来满足要求。2.3 应急电源的选择对于不同医疗场所的电源等级要求，应急电源系统根据医院规模不同，采用双电源切换或柴油发电机组系统、应急电源系统(EPS)。应急电源(第三电源)供电方案首先考虑采用柴油发电机

8、组系统。由于受建筑的使用功能和面积等因素的限制，为节约有效使用面积，柴油发电机组设置在地下一层，但存在进排风、排烟、机组冷却、噪音、消防、柴油储存、供油系统等问题。为解决这些问题，采取了一系列相应措施，如增没进排风井、排烟井，通风专业设计进风机、排风机等。为达到环保要求，烟气通过排烟管经消声器沿排烟竖井一直排至五层裙房，再从侧墙引出。排烟口处装设二次燃烧网，使废气在高温下进行二次燃烧，以达到排放标准。另外一个供电方案是采用一套大容量的应急电源系统(EPS)来代替柴油发电机组，转换时间O.2 s。它的最大优点是可以带感性、阻性负载，适应负载能力强，从而解决了柴油发电机进排风及排烟井等问题。而EP

9、S的缺点是供电时间偏短，设备费用较高，占地面积大。经过两个方案比对，为提高供电的可靠性，节约投资，应急电源最终选用柴油发电机组。2.4 供电系统主要监控设备应用场合型号主要功能进线保护M5-FLCD显示、线路保护测控装置、测控一体化装置、故障录波、SOE事件记录、通讯电动机保护M5-MLCD显示、电动机保护、测控一体化装置、故障录波、SOE事件记录、通讯备自投保护M5-BLCD显示，备自投保护、测控一体化装置、故障录波、SOE事件记录、通讯电容器保护M5-CLCD显示，补偿电容器的全面综合保护、测控一体化装置、故障录波、SOE事件记录、通讯变压器保护M5-TLCD显示、配变电保护测控装置、测控

10、一体化装置、故障录波、SOE事件记录、通讯综合自动化保护M5-XLCD显示、变电站公用装置、测控一体化装置、故障录波、SOE事件记录、通讯PT柜M4-ULCD显示、两段PT供电切换，PT柜的全面综合保护、测控一体化装置、故障录波、SOE事件记录、通讯固定柜、手车柜、335kV中置柜、环网柜等多种开关柜ASD200一次电路模拟图、带电显示、温湿度显示及加热除湿控制、分合闸、储能、远方/就地、柜内照明操作、人体感应及语音功能ASD300一次电路模拟图、带电显示、温湿度显示及加热除湿控制、分合闸、储能、远方/就地、柜内照明操作、人体感应及语音功能、测所有电参量（含电能）高压重要回路或低压进线柜ACR

11、330ELHLCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限电能计量、复费率电能统计；THDu，THDi、2-31次各次谐波分量；电压波峰系数、电话波形因子、电流K系数、电压与电流不平衡度计算；电网电压电流正、负、零序分量（含负序电流）测量；4DI+3DO（DO3做过压、欠压、过流、不平衡报警）；RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T645规约3低压配电系统3.1 配电系统及线路低压配电系统采用放射式与树干式相结合的配电方式，个别部分采用链接方式配电。冷水机组、大型医疗设备(X光机、CT机、MIR机、DSA机、ECT机)、中心供应室、净化机房、电梯、自动扶梯及屋面消防设

12、备分别由变电所低压屏放射式供电。消防用电设备、应急照明及特殊要求的医疗用电没备均采用两路供电。一路电源由正常母线配出，另一路电源由应急母线配出，即一、二级负荷均为双路供电末端自投。根据GB50333-2002第831条医院洁净手术部建筑技术规范，洁净手术部的供电采用双路电源，直接从本建筑物的1004 kV的变电所供给，末端采用ATS(自动转换开关)自动切换。ATS一般切换时间在l s内，满足规范要求。对恢复供电时间IK手术室或ICU绝缘故障评估仪绝缘故障测试仪图2手术室或ICU配电系统图安科瑞公司的医疗IT隔离电源系统主要包括以下部件：1）AIM-M100绝缘监视仪2）AITR系列隔离变压器3

13、）AID100外接报警和显示仪4）ACLP10-24型的仪用直流稳压电源3.5主要产品型号规格及配置安科瑞（Acrel）公司的医用隔离电源柜是针对医疗2类场所的供电需求而设计的具有局部IT系统的配电柜，IT系统装设绝缘监测装置来监测系统的绝缘状况，各输出回路采用了具有短路保护功能的断路器；其它系统输出回路则采用了具有漏电保护功能的断路器。产品根据使用场所的不同分为GGF-O系列手术室用隔离电源柜和GGF-I系列ICU/CCU等病房用隔离电源柜两大类，能够很好的满足各类手术室和重症监护室对电源安全性和可靠性的要求，并符合GB16895.24-2005/IEC60364-7-710:2002建筑物

14、电气装置第7-710部分：特殊装置或场所的要求-医疗场所和GB7251.1-2005/IEC 60439-1:1999低压成套开关设备和控制设备等标准。应用场合型号主要功能ICU/CCU病房隔离电源柜GGF-I系列为医院ICU/CCU病房提供安全可靠的IT系统隔离供电电源，并具有对IT系统绝缘监测功能。手术室隔离电源柜GGF-O系列为医院各类手术室提供安全完美的供电解决方案，为重要的手术设备提供安全可靠的IT系统隔离供电电源，并具有对IT系统绝缘监测功能。医疗IT配电系统绝缘监测装置AIM-M100具有对被监测IT系统对地绝缘电阻、隔离变压器负荷电流、变压器绕组温度实时监测及 故障报警功能；

15、ACLP10-24仪表专用的直流稳压模块，导轨式安装， AID100具有绝缘电阻、变压负荷率实时显示功能；可远程设置绝缘监测仪的报警阀值AKH-0.66P26与AIM-M100绝缘监测仪配套使用的保护型电流互感器。最大可测电流为50A，变比为2000:1 隔离变压器AITR系列医院专用的隔离变压器，为各类手术室和重症监护室提供安全的电源隔离3.5.1 ICU、CCU病房配电解决方案（以GGF-I8隔离配电柜系统图为例）表1 方案配置表规格配置GGF-I6.3GGF-I8隔离变压器AITR6300AITR8000绝缘监测仪AIM-M100直流稳压电源ACLP10-24输出回路IT系统：4路、8路

16、等（可根据实际需求定制）电流互感器AKH-0.66P26带短路保护的断路器C65H-ICB-16A/2P不间断电源可选配置，也可外置报警与显示仪AID100(安装与柜子面板上)3.5.2 手术室配电解决方案（以GGF-O8隔离配电柜系统图为例）表2 方案配置表规格配置GGF-O6.3GGF-O8隔离变压器AITR6300AITR8000绝缘监测仪AIM-M100IT系统直流稳压电源ACLP10-24电流互感器AKH-0.66P26带短路保护断路器C65H-ICB-16A/2P报警与显示仪AID100(安装与柜子面板上)馈电回路8路AC220V1路AC380V、8路AC220VTN系统浪涌保护器

17、PR20 20KA 3P+N多功能仪表ADL3000剩余电流动作保护器动作电流30mA(A型)不间断电源可选配置，也可外置双电源切换装置可选配置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。医疗电气设备防电击措施有局部等电位联结、特低电压供电、1：l隔离变压器供电、过电流保护、剩余电流保护断路器(一般场所的移动式设备均采用剩余电流断路器

18、保护，采用局部IT系统的设备除外)、共用接地系统等。该工程10 kV高压系统为中性点不接地系统，低压配电系统的接地形式为TNS系统，局部为IT系统(如手术室、ICU加护病房等)，建筑物内的电气装置做等电位联结(总等电位联结MEB及局部等电位联结LEB)。电气装置内的PE保护线与接地干线、各种金属管路及建筑物结构等互相连接。在强弱电井内分别敷设一条40 mm4 mm镀锌扁钢作接地干线，与强电井内母线槽的金属外壳连接。在各层强弱电井、相关各室内设局部等电位联结端子箱，将室内高度在25 m以下的配电箱PE母排、电气装置的金属外壳及其他金属管道、金属窗框、病床的金属框架等均进行等电位联结。一般医疗用电

19、系统供电回路装有剩余电流保护器(RCD)。手术室等场所用电采取防微电击措施。在手术室、ICU加护病房、层流病房等设专用配电箱(内设隔离变压器及绝缘监察装置)。固定式或手握式医疗电气设备(急救和手术用电设备等除外)，高度在25 m以下的设备装设剩余电流保护器。由于该工程施工图设计完成于2005年10月，根据旧版JGJT 16一1992民用建筑电气设计规范第1431条规定，漏电电流保护装置的的动作电流宜按下列数值选择：手握式用电设备为15 mA，医疗电气设备为6 mA。根据我国国情，只有少数进口剩余电流保护装置的动作电流可以整定到6 mA，有些维持生命的电气医疗设备一旦断电也将危及病人。在该工程设计中，对所有需要将剩余电流保护装置的动作电流整定到6 mA的医疗电气设备均采用局部IT系统供电。新版JGJ 16-2008民用建筑电气设计规范第7710条明确规定，用于电子信息设备、医疗电气设备的剩余电流保护器应采用电磁式。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，如中心供应室、真空吸引室、手术室专用气体站房等。医院的照明设