浅谈智能配电能源管理平台在医院的设计应用

胡冠楠

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定

【摘要】随着科学技术的快速发展，我国医疗条件也有了很大改善，人们对于医院医疗水平的重视程度逐渐提升，为了为患者提供高水平医疗服务，营造良好的医院环境。对此，文章主要以医院供配电系统为研究对象，首先对医院供配电系统设计的重要性进行介绍，然后对医院供配电系统用电负荷进行分析，并结合某医院实际情况，对供配电系统设计要点进行详细探究，以期为类似工程提供借鉴。

【关键词】医院；供配电系统；用电负荷；IT配电

0引言

在医疗领域中，电能的应用至关重要，只有优化医疗建筑工程供配电设计，才能够为诊疗设备提供稳定电源。近年来，医院在用电需求类型、数量方面都呈现增长态势，医院供配电设计难度逐渐提升，对于医院运转水平和诊疗服务会产生较大影响。因此，亟需对医院供配电设计尽心更详细探究。

1、医院供配电系统设计的重要性

新时期，通过优化医院供配电系统设计，能够提升医院整体服务水平，医院供配电系统设计的重要性主要体现在以下几点：先进技术，提升电能利用率，才能够提升医院设计水平，更好的适应社会发展。

2、医院供配电系统用电负荷

2.1国内医疗机构的等级划分

根据功能和服务能力不同，可以将医疗服务机构分为三个级别，第三，综合性大医院，即跨地区、省市的全国性医院，其不仅能够提供医疗工作，而且还可以进行科研、教育等，能够体现国内医疗服务水平。

2.2医院用电负荷

在医院医疗设备、空调、照明设备等运行过程中，供配电系统会在很大程度上影响设备运转情况。在医院供配电系统设计过程中，要求对各个设备系统的用电负荷等级进行科学合理的划分，并根据重要程度进行排序，确保设备供电稳定性。根据我国供电相关标准、规范等等，对于医院用电负荷，可以将其分为一 级、二 级和三 级这三类。

2.2.1一 级负荷

一 级负荷指的是当医院发生供电故障时，会造成医院设备瘫痪和人员伤亡的供电负荷，对于二、三级医院具体包括消防系统以及下列场所的诊疗设备及照明用电：急诊诊室、急诊观察室及处置室、婴儿室、内镜检查室、影像科、放射治疗室、核医学室等；高压氧舱、血库、培养箱、恒温箱；病理科的取材室、制片室、镜检室的用电设备；计算机网络系统用电；门诊部、医技部及住院部30%的走道照明等等，对于影响人员生命安全这类系统，应该将其纳入至一 级负荷中特别重要负荷，比如医院急诊抢救室、手术室、重症监护室等都可以作为医院供配电系统一 级负荷管理要点。

2.2.2二级负荷

医院二级负荷指的是公共服务设备，对于二、三级医院具体具体包括电子显微镜、影像科诊断用电设备；肢体伤残康复病房照明用电；中心供应室、空气净化机组；贵重药品冷库、太平柜；扶梯、采暖锅炉及换热站等用电负荷，如果这类设备发生供电故障，就会对医院正常运转造成不良影响，因此，应优化供配电系统设计，在*大程度上保障设备供电正常。

2.2.3三级负荷

在医院供配电系统中，在排除一 级设备、二级设备后，剩余其他设备均为三级负荷，在供电保障中居于次要位置。

3、医院供配电系统设计实例

3.1项目概况

某综合性二级甲等医院医疗综合楼，其功能涵盖门诊、急诊、健康管理中心、病理科、地下车库及设备机房等，总建筑面积约为6.5万m2，建筑主体高度为37m，地下1层，地上9层，属于一类高层建筑。

3.2供配电系统设计

3.2.1市电电源设计

结合负荷分级、医疗场所及设施的类别划分与自动恢复供电时间要求，与当地供电部门沟通后该工程采用两路10kV进线，进线采用电缆埋地方式引入，两路电源同时工作互为备用。其中一路电源中断供电时，另一路电源能承担全部一 负荷中的特别重要负荷、一 级负荷及二级负荷。

3.2.2应急电源设计

为保证一 级负荷中特别重要负荷、一 级负荷，以及甲方要求市电断电时需保障的负荷及消防

负荷供电的可靠性，该工程设置一台800kW快速自起动柴油发电机作为应急电源。当正常供电电源中断供电时自动起动，在15s内，还可以向规定的用电负载供电；一旦恢复供电电源供电，即可延时切换并停机。此外，对于停电时间要求自动恢复供电的时间≤0.5s的负荷，如手术室、术前准备室、术后复苏室、麻醉室、抢救室、血透、检验科大型生化仪器、产房、早产儿室以及重要的计算机机房设备用电等，设置在线式不间断电源（UPS），且应急供电时间≥30min。

3.2.3配电变压器数量设计

根据负荷具体情况，在-1F变电所内设置SCBH15-1600kVA 2台，SCBH15-1250kVA 2台，其中1#~2#变压器对大楼的照明、动力及消防负荷供电，3#、4#变压器对空调动力等供电。供电方案示意如图1所示。

3.3典型医疗场所低压配电设计

3.3.1洁净手术部

为了保证用电可靠性，洁净手术部根据防火分区及洁净区的划分，分别设置配电总柜。配电总柜设置在非洁净区，采用双电源供电，其中一路引自应急母线，设置自动切换。后端经UPS后再分配至每个洁净手术室的配电箱。手术室内除手术台驱动机构及非生命支持系统的电气设备外，对于其他医疗设备，均应用医疗场所局部IT系统供电方式。另外，还需要注意，设置短路及过负荷保护。

3.3.2大型诊疗设备配电

考虑到放射科及体检中心设置大量的诊疗设备，其中CT，DSA，MRI等诊疗设备均采用双电源供电，设置自动切换，X光采用单回路放射式供电。为了确保诊疗设备的正常运行，设备厂家往往会对电源内阻或线路压降提出要求。以飞利浦PrecedenceSPECTCT为例，按厂家提供数据，要求容量为112kVA，额定负载为80kVA，瞬时电流为135a，要求相间内阻小于0.2Ω。因此，采用额定电流为160A的塑壳断路器进行保护。另结合该工程实际情况，变压器与配电柜距离为50m左右，电缆线径建议不小于70mm2，且保护接地线的线径与相线相同。

3.3.3 ICU配电

为保证用电可靠性，重症监护室（ICU）采用双电源供电，其中一路引自应急母线，设置自动切换。后端经UPS后再分配至末端各用电回路。ICU内除照明及非生命支持系统的电气设备外，其他设备均应用局部IT系统供电方式。

3.3.4检验科供电

检验科设备仪器众多且用电要求各不相同，因此在设计之前需与甲方确认科室内主要设备的用电功率及供电要求。考虑到该工程检测仪器较多，且血液自动分析流水线、尿液分析流水线、科室内电脑等均要求采用UPS供电。为提高用电可靠性，在检验科内设置2个配电箱，两者均采用双电源供电（一路引自应急母线）。其中，一只配电箱后端经UPS后再分配至末端各用电回路，供要求自动恢复供电的时间≤0.5s的负荷使用。

3.3.5普通病房配电

该工程病房主要集中在塔楼区域，考虑到安全性与可扩展性，除走道照明外，塔楼照明及插座采用两条密集型封闭母线供电，两条母线互为备用。奇偶楼层总配电箱电源分别引自不同母线，当一条母线出现故障或检修时，有供电需求的楼层可手动切换到另一条母线上，以保证该区域的供电需求。病房内设置小配电箱，电源引自楼层总配电箱。

3.3.6阳光产房配电

阳光产房为院区特色医疗项目，因此甲方对该区域供电提出较高的要求。在电气设计中产房楼层设产房照明插座用总配电箱，采用双电源供电，其中一路引自应急母线，设自动切换。产房内设小配电箱，电源引自楼层总配电箱。阳光产房楼层空调及热水均采用放射式供电方式。

4、医院能源管理平台的选型与应用

4.1平台概述

AcrelEMS-MED医院能源管理平台充分结合《医疗建筑电气设计规范》《绿色医院建筑评价标准》、《医院建筑能耗监管系统建设技术导则》等行业规范、根据医院用户需求以及能源管理部门要求，采集分析能源、能耗、能效数据，监测以电能质量、智慧用电相关指标以及其他用能指标，并与国家能源政策与用能模式改革结合。能够辅助医院后勤管理人员进行能源供应系统及设备的运行管理工作，帮助医院管理层实时掌握医院的能耗情况，为医院能源信息化建设和节能管理提供了良好的技术平台。

4.2平台组成

安科瑞医院能源管理系统建立基于云平台的“监、控、维"一体化的能源管理系统，从数据采集、设备控制、数据分析、异常预警、运维派单、系统架构和综合数据服务等方面的设计，帮助医院后勤管理部门了解医院能源运行情况，关注消防和电气安全，及时预警异常情况，提高运维效率。它集成了10KV/O.4KV变电站电力监控系统、变电所运维云平台，配电房综合监控系统，能耗管理系统，智能照明控制系统，智慧消防平台，电气火灾监控系统，消防设备电源监控系统，防火门监控系统，消防应急照明和疏散指示系统，充电桩管理系统，电能质量治理解决方案，医疗隔离电源解决方案，

4.3平台拓扑图

4.4平台子系统

4.4.1医院电力监控解决方案

电力监控系统实现对变压器、柴油发电机、断路器以及其它重要设备进行监视、测量、记录、报警等功能，并与保护设备和远方控制中心及其他设备通信，实时掌握供电系统运行状况和可能存在的隐患，快速排除故障，提高医院供电可靠性。

电力监控系统主要针对开闭所和10/0.4kV变电所，对高压回路配置微机保护装置及多功能仪表进行保护和监控，对0.4kV出线配置多功能计量仪表，用于测控出线回路电气参数和用能情况。同时对医院重要设备如柴油发电机、无功补偿装置、有源滤波装置、UPS、隔离电源系统状态进行监测。

4.4.2医院变电所运维云平台解决方案

AcrelCloud-1000电力运维云平台采用多功能电力传感器、无线通信、边缘计算网关及大数据分析技术，通过智能网关采集现场数据并存储在本地，再定时向云平台推送数据。平台采集的数据包括变电所回路电气参数和变压器温度、环境温湿度、浸水、烟雾、视频、门禁等信息，有异常发生10S内通过短信和APP发出告警信号。平台通过手机APP下发运维任务到手机上，并通过GPS跟踪运维执行过程进行闭环，提高运维效率，即时发现运行缺陷并做消缺处理。

4.4.3医院配电房综合监控系统解决方案

Acrel-2000E配电室综合监控系统，可实现开关柜运行监控、高压开关柜带电显示、母线及电缆测温监测、环境温湿度监测、有害气体监测、安防监控，可对灯光、风机、除湿机、空调控制等设备进行联动控制。实现动力环境各数据的检测与设备控制，优化动力环境，避免运行环境的失控导致配电设备运行故障，保证维护人员安全，延长设备使用寿命，实现配电动力环境的分布式远程管理。

4.4.4医院能耗管理系统解决方案

对建筑各类耗能设备能耗数据进行实时测量，对采集数据进行统计和分析。能够合理的确定各科室建筑能耗经济指标及绩效考核指标，发现能源使用规律和能源浪费情况，提高人员主动节能的意识。

①搭建医院智慧能源管理系统的基本框架，对各个用能环节进行实时监测；

②排碳数据化：通过系统可实现建筑单位内人均能耗分析（包括水、电、能量），实现低碳办公数据化；

③区域能效比：实现建筑单位内区域能耗对比，方便能耗考核；

④同期能效比：实现同年、同期、同一区域能耗对比，方便节能数据分析；

⑤能耗评估管理：按照能源消耗定额标准约束值、标准值、引导值进行分析单位面积能耗和人均能耗指标；

⑥能耗竞争排名：各个科室能耗对比，实现能耗排名，增强全院工作人员的节能意识；

⑦对能耗的使用数据进行综合的分析、统计、打印和查询等功能，并根据能耗监测管理系统的需要可选择不同样式报表的打印。为能耗运营管理部门提供可靠的依据；

⑧能耗数据采集，随时查询，并根据采集数据进行统计分析，监测异常能源用量，对能源智能仪表故障进行报警，提高系统信息化、自动化水平。

4.4.5医院智能照明控制系统解决方案

医院人流比较密集，科室较多，照明用电在医院电能消耗中约占到15%左右。所以合理使用照明控制系统，在提升医生和患者的体验情况下大程度使用自然光照明，通过感应控制做到人来灯亮，人走灯灭或保持地强度照明，尽量解决照明用电。

ASL1000智能照明控制系统可以实现场景控制、时间控制、区域控制、光照度感应控制以及红外感应控制等多种控制方式，能有效避免公共区域的照明浪费，还可以帮助医院管理照明。

系统在配电箱内的模块主要有总线电源、开关驱动器、IP网关、耦合器、干接点输入模块等。这些模块使用35mm标准导轨安装。

安装在控制现场的模块主要有光照度传感器、红外传感器和智能面板。有人经过可以设定红外感应控制亮灯，人离开后在设定的时间内熄灯，智能面板等手动控制设备，可实现自动控制、现场控制和值班室远程控制相结合。

4.4.6医院智慧消防平台解决方案

智慧消防云平台基于物联网、大数据、云计算等现代信息技术，将分散的火灾自动报警设备、电气火灾监控设备、智慧烟感探测器、智慧消防用水等设备连接形成网络，并对这些设备的状态进行智能化感知、识别、定位，实时动态采集消防信息，通过云平台进行数据分析、挖掘和趋势分析，帮助实现科学预警火灾、网格化管理、落实多元责任监管等目标。实现了无人化值守智慧消防，实现智慧消防“自动化"、“智能化"、“系统化"需求。从火灾预防，到火情报警，再到控制联动，在统一的系统大平台内运行，用户、安保人员、监管单位都能够通过平台直观地看到每一栋建筑物中各类消防设备和传感器的运行状况，并能够在出现细节隐患、发生火情等紧急和非紧急情况下，在几秒时间内，相关报警和事件信息通过手机短信、语音电话、邮件提醒和APP推送等手段，就迅速能够迅速通知到达相关人员。

4.4.7医院电气火灾监控系统解决方案

电气火灾监控系统作为火灾自动报警系统的预警子系统，由电气火灾监控主机、电气火灾监控单元、剩余电流式电气火灾探测器以及测温式电气火灾探测器组成，通过现场总线构成一套完整的预防电气火灾的监控系统，数据可集成至企业消控室监控系统。

医院电气火灾监控系统以建筑为单位设置，采集数据后上传至值班室监控主机，实现对建筑电气安全预警。现场设置的传感器监测配电系统回路的漏电电流和线缆温度，异常时实时发出报警信号，重点关注门诊楼、住院楼、医技楼等区域漏电或者电缆发热等问题。

4.4.8医院消防设备电源监控系统解决方案

医院消防安全非常重要，消防设备比较多，消防设备电源监控系统主要功能就是用于监测消防设备的工作电源是否正常，保障在发生火灾时消防设备可以正常投入使用。

消防设备电源监控监控系统采用消防二总线，以建筑为单位设置区域分机采集消防设备电源状态，区域分机通过二总线接收多台传感器的电压、电流信息和开关状态信息，以此实现对消防设备电源工作状态的实时监视。

4.4.9医院防火门监控系统解决方案

医院防火门数量比较多，由于部分区域经常有人走动，常开常闭防火门数量都不少，防火门监控系统的作用就是监测防火门开闭状态，在发生火灾后自动关闭常开防火门，防止烟雾扩散。防火门监控系统采用消防二总线将具有通信功能的监控模块相互连接起来，用于监测和控制防火门状态，当防火门发生异常位置信号时，防火门监控器能发出故障报警信号，指示故障报警部位并保存故障报警信息。发生火灾时，关闭事故区域所有常开防火门，防止烟雾向安全区域扩散。

4.4.10医院消防应急照明和疏散指示系统解决方案

医院人员流动性强，密度大，消防比较复杂，一旦发生火灾，疏散指示系统非常重要。消防应急照明和指示系统可以和火灾报警系统联动，提供应急照明和疏散路径指示，指引人群快速找到疏散出口，并可以一键选择疏散应急预案，提升人员逃生概率。

4.4.11医院有源谐波治理系统解决方案

都是谐波源，比如X光机、CT机等都会产生大量谐波，谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。谐波还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱。对于医院的化验设备可能会产生干扰。

为了消除配电系统谐波对医院设备的影响，方案配置AnSin I有源滤波器，滤除电网2~31次谐波干扰。

AnSin I系列有源电力滤波装置，以并联方式接入电网，通过实时检测负载的谐波和无功分量，采用PWM变流技术，从变流器中产生一个和当前谐波分量和无功分量对应的反向分量并实时注入电力系统，从而实现谐波治理和无功补偿。

4.4.12医院充电桩系统解决方案

医院停车场有电动汽车和电动自行车，均需要提供充电桩。充电桩管理系统通过物联网技术对接入系统的充电桩站点和各个充电桩进行不间断地数据采集和监控，解决物业、用电管理部门的充电桩使用、监控问题。电动自行车充电可采用投币、扫码充电方式，电动汽车支持IC卡和扫码充电方式。远程充电桩系统可实时远程完成启动充电、强制停止、单价设置等控制指令，用户可通过APP、微信、支付宝小程序扫描二维码，进行支付后，系统发起充电请求，控制二维码对应的充电桩完成电动汽车的充电过程。同时对各类故障如充电机过温保护、充电机输入输出过压、欠压、绝缘检测故障等一系列故障进行预警；能够远程控制，提供财务报表和数据分析等功能。

4.4.13医院医疗隔离电源解决方案

《民用建筑电气设计规范》14.7.6.3条明确规定：在电源突然中断后，重大医疗危险的场所，应采用电力系统不接地（IT系统）的供电方式。同时《医院洁净手术部建筑技术规范》GB50333-2002中规定：2类医疗场所在维持患者生命，外科手术和其他位于患者周围的电气装置均应采用医用IT系统。如：抢救室（门诊手术室）、手术室、心脏监控治疗室、导管介入室、血管照影检查室等。

安科瑞电气股份有限公司的医疗隔离电源解决方案是针对医疗Ⅱ类场所的供电需求而开发设计的，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，并符合国家相关标准。

4.5相关平台部署硬件选型清单

4.5.1电力监控系统硬件配置

4.5.2变电所运维云平台硬件配置

4.5.3电房综合监控系统硬件配置方案

4.5.4能耗管理系统硬件配置方案

5、结语

综上所述，医院建筑工程复杂程度比较高，在医院供配电系统设计过程中，不仅需要满足建筑工程功能要求，同时还应该满足设备、人员安全实际需要。医院属于电能消耗大户，在供配电系统设计过程中，应该注意合理确定供电负荷，合理划分医疗场所及设施的类别，并根据医疗建筑中不同分区，优化供配电系统设计，积极采用用电设备，并贯彻落实节能降耗理念，促进医院供配电系统设计水平的提升，实现较高的社会经济效益。

参考文献：

[1]李二宝,彭梦龙,舒彬.高层建筑电气工程供配电系统设计探讨[J].科技展望,2016,26(10):00038.

[2]朱青.高层建筑电气工程供配电系统设计探讨[J].工程技术:全文版,2016,26(8):00236.

[3]陈铿.医院供配电系统设计分析

[4]安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.05版