王晶晶
安科瑞電氣股份有限公司
0 前言
為保障北京市醫(yī)療系統(tǒng)用電安全，北京市醫(yī)管中心和北京市醫(yī)院后勤管理質(zhì)控中心多次組織行業(yè)專家和專業(yè)單位，對北京市三十多家三級以上醫(yī)院進(jìn)行了為期三年的用電安全隱患排查。這些安全隱患問題以《北京市醫(yī)院用電安全隱患分析》和《醫(yī)療場所電氣火災(zāi)分析》為題發(fā)表后，引起了北京市醫(yī)療系統(tǒng)各級負(fù)責(zé)供配電的領(lǐng)導(dǎo)和工作人員高度重視，許多單位還多次組織行業(yè)專家和專業(yè)單位共同探討，圍繞提高重要醫(yī)療場所供電保障能力和大型醫(yī)療設(shè)備電能質(zhì)量獻(xiàn)計獻(xiàn)策，提出許多切實可行的醫(yī)院用電安全隱患消除對策。其中一部分建議，作者在參與北京市地方標(biāo)準(zhǔn)DB11/T527-2021《配電室安全管理規(guī)范》的修訂過程中已將其采納。
1 從應(yīng)急電源設(shè)計入手，提高重要醫(yī)療場所供電保障能力
1.1對UPS/EPS安裝位置進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計
某醫(yī)院在初期規(guī)劃時UPS/EPS系統(tǒng)采用分布式安裝，并設(shè)計了各UPS/EPS機(jī)房位置。但在系統(tǒng)BIM仿真后，發(fā)現(xiàn)分布式無法實現(xiàn)。系統(tǒng)提示：400kg/m2的樓板承重設(shè)計載荷無法安裝手術(shù)室和搶救室UPS，其主機(jī)自身差不多有1噸，配套電池更是重達(dá)數(shù)噸，樓板加固處理起來難度很大。醫(yī)院負(fù)責(zé)運維的領(lǐng)導(dǎo)也指出，作為一家大型醫(yī)療場所分布式安裝UPS/EPS管理難度大，需配備UPS/EPS的搶救室、手術(shù)室、ICU、RCU、CCU、NCU、導(dǎo)管介入室、DSA及消防系統(tǒng)分布在不同醫(yī)技科室，位置分散造成運維人員不足，同時也會增加管理難度。經(jīng)各方專家會商決定，在人員密度和危險度較低的停車場，建設(shè)由電池、電池管理系統(tǒng)(BMS)、儲能變流器(PCS)及智能化管理系統(tǒng)組成的儲能電站。
據(jù)醫(yī)院特殊需要，儲能電站進(jìn)行了特殊設(shè)計：在儲能變流器(PCS)后串接濾波模塊，保證了醫(yī)療設(shè)備的供電質(zhì)量；儲能電站容量設(shè)計為供電負(fù)荷的1.5倍，保證重要負(fù)荷的“n+1"安全冗余；電池管理系統(tǒng)(BMS)將電池分為五個模組，根據(jù)應(yīng)用環(huán)境可自動選擇工作模式，使儲能電站同時兼具不間斷供電、應(yīng)急供電和用電調(diào)峰的功能；為防止切換過程中產(chǎn)生的“閃變"，模組切換開關(guān)并接了電容。
儲能電站建成后實現(xiàn)了“平戰(zhàn)結(jié)合"。既可用電調(diào)峰、節(jié)省用電成本，還可進(jìn)行不間斷供電和應(yīng)急供電。首先實現(xiàn)了UPS/EPS系統(tǒng)的全部功能，即為ICU、EICU、NICU、住院手術(shù)室、門診手術(shù)室、DSA、檢驗科、信息中心機(jī)房、弱電井道和消防保衛(wèi)系統(tǒng)提供應(yīng)急電源和不間斷電源；其次，通過調(diào)節(jié)峰谷用電時間節(jié)約近三分之一的用電費用；再次利用智能化管理系統(tǒng)節(jié)省了近半數(shù)人力；另外，儲能電站容量大又可以較長時間供電，故可省掉原來計劃購買應(yīng)急發(fā)電機(jī)的開支。
1.2UPS和EPS不能混用
在醫(yī)療場所，既有為重要醫(yī)療場所提供應(yīng)急保障的UPS系統(tǒng)，也有根據(jù)消防部門要求建設(shè)的EPS系統(tǒng)。兩者功能、適用場合和安全等級不同，但筆者在許多醫(yī)院發(fā)現(xiàn)UPS和EPS混用濫用的現(xiàn)象。UPS和EPS的主要區(qū)別如下：UPS電源一般用于醫(yī)院智能性電子負(fù)載，如醫(yī)療設(shè)備、電腦、服務(wù)器等。EPS一般用于消防保安設(shè)備，應(yīng)急照明和事故照明等；UPS根據(jù)所保護(hù)的設(shè)備要求而設(shè)計，有三大功能：穩(wěn)定供電電壓和頻率、克服電壓暫降、過濾電源諧波。EPS根據(jù)消防規(guī)范要求設(shè)計，以消防應(yīng)急類的一級負(fù)荷為目標(biāo)，功能是提供獨立回路的供電系統(tǒng)。EPS能夠提供應(yīng)急電源，只能實現(xiàn)持續(xù)供電、沒有改進(jìn)設(shè)備供電質(zhì)量的功能。
EPS電源與UPS電源兩者都具有電子旁路、維修旁路及逆變?nèi)N工作模式。在功能上的區(qū)別是：EPS電源具有持續(xù)供電功能，平時采用旁路供電，市電停電時才轉(zhuǎn)為逆變供電。UPS電源平時處于在線狀態(tài)，失去市電后繼續(xù)供電、但會發(fā)出告警；UPS電源逆變后直接供應(yīng)負(fù)載，冗余較小、發(fā)熱量低、無須阻燃、不需要互投功能。EPS電源在失電后才連接負(fù)載，逆變器冗余大，對有變頻啟動的電機(jī)負(fù)荷、機(jī)殼和導(dǎo)線瞬時發(fā)熱量變大，需要有阻燃措施，同時要配置多路互投功能，方便與消防聯(lián)動。
1.3工頻UPS和高頻UPS不能選錯
目前，UPS從結(jié)構(gòu)上通常分為工頻和和高頻。二者從原理、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用場合都有本質(zhì)的不同，根據(jù)不同的負(fù)荷設(shè)備，慎重選擇。工頻UPS基于變壓器，即升壓隔離變壓器。此外還包括可控硅整流器、逆變器和旁路電路。因其整流器和變壓器工作頻率均為50Hz，與電網(wǎng)頻率一致，所以叫工頻UPS。高頻UPS無變壓器，升降壓基于電池電壓變換器，此外還包括高頻整流器、逆變器和旁路電路。高頻UPS相比傳統(tǒng)的工頻UPS，由于整流頻率在10kHz以上，甚至高達(dá)上百kHz而得名。許多數(shù)據(jù)中心服務(wù)器要求零地電壓小于1V，如果選擇高頻UPS，由于引入的整流器零線是正負(fù)母線的中性點，整流器和逆變器的高頻諧波在零線上耦合，零地電壓被諧波疊加升高，負(fù)載端零地電壓也因此升高，從而使服務(wù)器無法正常工作。
UPS的對外干擾一般有兩種，一種是聽得到的機(jī)械噪聲、一種是聽不到的電噪聲。工頻UPS會產(chǎn)生這兩種噪聲，以可控硅整流器產(chǎn)生的諧波為主體，電噪聲會影響機(jī)器的穩(wěn)定度，也會對電力系統(tǒng)的其它設(shè)備造成干擾；變壓器鐵芯和散熱風(fēng)扇產(chǎn)生的機(jī)械噪聲影響人的身心健康，降低工作效率。高頻UPS的工作頻率在20kHz以上，這個頻率范圍是人耳聽不見的，不會產(chǎn)生環(huán)境噪音；高頻UPS的功率因數(shù)可達(dá)0.99以上，無功功率很小，不會對其他設(shè)備產(chǎn)生干擾。對于影像設(shè)備，如果選用工頻UPS，就會由于出現(xiàn)無法消掉的橫帶干擾，最終使醫(yī)療影像設(shè)備無法正常工作。
綜上分析，對醫(yī)療場所，除醫(yī)院信息系統(tǒng)機(jī)房和相關(guān)設(shè)備選用工頻UPS外，其余都應(yīng)配置高頻UPS。
2 采取專項治理，提升大型醫(yī)療設(shè)備供電質(zhì)量
2.1消除閃絡(luò)，減少精密醫(yī)療設(shè)備的損壞
消除閃絡(luò)的方法主要有UPS（不間斷電源）、STS（靜態(tài)切換開關(guān)）、SVC（靜止無功補(bǔ)償器）、AVC（自動無功補(bǔ)償器）、CVT（諧振變壓器）、MG（電動機(jī)發(fā)電機(jī)組）、TCR（變壓器分接頭調(diào)節(jié)器）和DVR（動態(tài)電壓恢復(fù)器）等。
根據(jù)醫(yī)療場所的特點，推薦使用電容儲能式動態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR）。它采用電容作為儲能單元。閃絡(luò)發(fā)生時DVR處于逆變供電模式，電容的能量經(jīng)DVR轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電壓源給負(fù)載供電。供電恢復(fù)正常范圍內(nèi)時，DVR處于旁路模式，電網(wǎng)直接給負(fù)載供電，同時DVR從輸出側(cè)獲取能量給電容充電。這種電容儲能式DVR可智能跟蹤電壓暫降，保護(hù)策略完善。采用直流電容進(jìn)行穩(wěn)壓，性能上比傳統(tǒng)的電池元件更加穩(wěn)定，壽命也更長，維護(hù)成本與維護(hù)工作量也大為減少。系統(tǒng)供電電壓正常時，DVR處于旁路狀態(tài)，只有發(fā)生電壓暫降時啟動補(bǔ)償機(jī)制。只有在此時裝置核心部分才被喚醒，這種特殊的工作機(jī)制可大幅度的提高設(shè)備整體的壽命。
IEEEStd1668對額定電壓低于1kV用電設(shè)備的電壓暫降耐受能力測試進(jìn)行了規(guī)定，在采購精密醫(yī)療設(shè)備時，應(yīng)當(dāng)要求設(shè)備廠家依據(jù)中國電源學(xué)會團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)TCPSS1008-2020《低壓電氣設(shè)備電壓暫降及短時中斷耐受能力測試方法》提交測試報告，并依據(jù)測試結(jié)果采取相應(yīng)的設(shè)備保護(hù)措施。
2.2治理諧波，使醫(yī)療設(shè)備運行安全
目前諧波治理方法按技術(shù)手段可分為無源濾波（PF）和有源濾波（APF）；按治理策略又可分為高壓母線治理、低壓母線治理和就地治理。
有源濾波（APF）是利用現(xiàn)代控制論的方法，根據(jù)輸出端數(shù)據(jù)反饋的結(jié)果，智能調(diào)節(jié)器采用一系列智能算法，自動在系統(tǒng)中產(chǎn)生一個大小相同、相位相反的諧波分量注入系統(tǒng)，以此抵消系統(tǒng)中的諧波成分，達(dá)到消除諧波的目的。APF治理策略有高壓母線治理（在變壓器的上端，高壓（10kV）母線上治理諧波）和低壓母線治理（在變壓器的下端，低壓母線上治理諧波），它能迅速補(bǔ)償或者抵消所需的諧波成分，實現(xiàn)快速治理諧波的目的。
作為有源補(bǔ)償裝置，不僅可跟蹤負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流，而且可對外來侵入的諧波電流進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償。由于醫(yī)療場所諧波源主要是大型醫(yī)療設(shè)備，它們既怕諧波干擾，又產(chǎn)生大量工作諧波，采用智慧型APF來抑制諧波。這種有源濾波器能夠自動檢測、自動補(bǔ)償，不受諧波頻率的制約；在治理諧波的過程中不影響功率因數(shù)。對于諧波頻段不固定的大型醫(yī)療設(shè)備，部署一臺智慧型APF單機(jī)就可對抗2~51次全頻諧波電流，消除諧振對供電系統(tǒng)的危害。
無源濾波（PF）治理策略是就地治理，主要用于消除重點諧波源設(shè)備的諧波危害。對MRI、CT、伽瑪?shù)兜却笮歪t(yī)療設(shè)備，在其供電電源入口處裝設(shè)HTHF（設(shè)備級無源諧波濾波器）或?qū)Ｓ酶綦x變壓器，既可防止這些醫(yī)療設(shè)備工作時產(chǎn)生的諧波注入電網(wǎng)，又可降低其他諧波源對該醫(yī)療設(shè)備的影響。
消除醫(yī)療場所諧波的方法是找到源頭，治標(biāo)先治本。一方面要降低電網(wǎng)和醫(yī)療設(shè)備的諧波分量，另一方面要提高醫(yī)療設(shè)備自身的抗諧波干擾能力。目前在醫(yī)療場所的諧波治理策略中，將非線性負(fù)載在設(shè)備端轉(zhuǎn)變成線性負(fù)載，既能防止醫(yī)療設(shè)備產(chǎn)生的諧波外竄，又能保證醫(yī)療設(shè)備不受外來諧波干擾，這也是目前理想化的諧波治理策略。
3 加強(qiáng)針對性培訓(xùn)，提高醫(yī)院用電管理水平
由于醫(yī)療單位對供電安全和供電質(zhì)量的特殊要求，進(jìn)行經(jīng)常性的針對性培訓(xùn)，這對提升各類人員的業(yè)務(wù)水平和工作責(zé)任心尤為重要。醫(yī)療系統(tǒng)電力安全培訓(xùn)可在增強(qiáng)重要醫(yī)療場所供電保障能力、促進(jìn)供電質(zhì)量的提高以及利用供電智慧樹進(jìn)行電力故障仿真等方面發(fā)力，從而進(jìn)一步保障醫(yī)療供電系統(tǒng)安全。
首先，培訓(xùn)可增強(qiáng)重要醫(yī)療場所供電保障能力。根據(jù)國家規(guī)定，醫(yī)院的搶救室、手術(shù)室、ICU、RCU、CCU、NCU、導(dǎo)管介入室、DSA屬于2類醫(yī)療場所，即最重要的醫(yī)療場所，斷電故障會直接危及患者生命。這些場所接入兩路以上市電電源，同時配備UPS（不間斷電源）和應(yīng)急發(fā)電機(jī)作為后備電源，這就是通常所說的“四重保障"。大多數(shù)醫(yī)療單位在硬件上都滿足要求，但由于這些應(yīng)急保障設(shè)備使用者與維護(hù)者的水平不足及責(zé)任心不夠，降低了這些重要醫(yī)療場所的供電保障能力。要想提升重要醫(yī)療場所的供電保障能力，不斷加強(qiáng)培訓(xùn)，通過培訓(xùn)努力提高使用單位的UPS管理水平，提高應(yīng)急發(fā)電機(jī)維保單位的責(zé)任心，并提高運維人員對互投裝置的故障辨析能力。
其次，培訓(xùn)可加強(qiáng)醫(yī)療設(shè)備供電質(zhì)量控制。醫(yī)院的大型醫(yī)療設(shè)備，如PET-CT、核磁共振、DR系統(tǒng)、CR、工頻X光機(jī)、推車式B型超聲波診斷儀、體外沖擊波碎石機(jī)、高壓氧艙和直線加速器等對供電質(zhì)量的要求很高，但由于醫(yī)院的供電質(zhì)量存在嚴(yán)重問題，直接影響著醫(yī)療設(shè)備的正常運行。通過針對性培訓(xùn)，可讓醫(yī)院用電的管理者和大型醫(yī)療設(shè)備的使用者認(rèn)識到供電質(zhì)量的重要性，學(xué)會排查由于供電質(zhì)量問題對大型醫(yī)療設(shè)備的干擾和破壞。最終實現(xiàn)以下目標(biāo)：消除閃絡(luò)，保護(hù)精密醫(yī)療設(shè)備；減少諧波，保障大型醫(yī)療設(shè)備正常運行；處理三相不平衡，延長醫(yī)療設(shè)備的使用壽命。
為提高醫(yī)院供電系統(tǒng)的整體安全，應(yīng)著力加強(qiáng)的培訓(xùn)工作，積極發(fā)揮電力安全培訓(xùn)作用，保障醫(yī)療供電系統(tǒng)安全，保障醫(yī)療系統(tǒng)提供醫(yī)療服務(wù)的及時性和穩(wěn)定性，推動其承擔(dān)為患者生命保駕護(hù)航的重要使命，構(gòu)筑更加健康的首都醫(yī)療生態(tài)圈。
4 推行柔性管理，提高醫(yī)院供配電系統(tǒng)的整體安全
醫(yī)院普遍存在用電環(huán)境復(fù)雜、用電設(shè)備種類繁多和用電管理專業(yè)人員匱乏的問題。因此有必要構(gòu)建醫(yī)院供配電柔性安全體系，即通過柔性安全的技術(shù)手段實現(xiàn)以下目標(biāo)：運行狀態(tài)的可視性、運行邏輯的自發(fā)現(xiàn)、運行過程的可控性和運行故障的自修復(fù)。
4.1堅持科學(xué)評估，實現(xiàn)運行狀態(tài)的可視性
4.1.1確定醫(yī)院供配電可靠性指標(biāo)體系
在邊界條件確定上，指標(biāo)體系以醫(yī)院中的重要醫(yī)療場所和大型醫(yī)療設(shè)備供電為核心，以四重保障能力和電能質(zhì)量為重點，定義各項指標(biāo)仿真態(tài)勢及逼近公式確定邊界約束條件。在參數(shù)選擇上，指標(biāo)體系立足于北京市醫(yī)院供配電系統(tǒng)現(xiàn)狀，對數(shù)據(jù)進(jìn)行有效性校驗，識別典型業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)及故障數(shù)據(jù)，提取醫(yī)院供配電系統(tǒng)的基本特征，最終選擇了五類采樣節(jié)點和六類輸入接口。
4.1.2建立醫(yī)院供配電可靠性評估模型
采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，也就是通過人工智能算法模仿人類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的思維邏輯，并進(jìn)行簡化、抽象和模擬，利用各元節(jié)點和軸突之間的相互傳導(dǎo)來處理信息，從而形成由節(jié)前神經(jīng)元、神經(jīng)元、節(jié)后神經(jīng)元、樹突和軸突構(gòu)成數(shù)學(xué)模型。這種模型呈現(xiàn)鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，具有環(huán)境應(yīng)激處理特性、知識網(wǎng)格存儲特性、數(shù)據(jù)冗余容錯特性和自我社會仿真特性等。
醫(yī)院供配電可靠性評估模型通過潮流計算等方法，對于正在運行的供配電系統(tǒng)，可判斷重要醫(yī)療場所的四重保障能力和大型醫(yī)療設(shè)備的電能質(zhì)量，如果有風(fēng)險就會自動提醒醫(yī)院采取措施，調(diào)整運行方式。對于正在改擴(kuò)建的醫(yī)院供配電系統(tǒng)，若將該模型與BIM系統(tǒng)結(jié)合，可為設(shè)計市電供電方案和電氣設(shè)備選型提供依據(jù)。該模型還可為定值計算、繼電保護(hù)調(diào)試、電力故障仿真等提供數(shù)據(jù)支撐。醫(yī)院供配電可靠性評估模型的輸出為：醫(yī)院供配電可靠性指標(biāo)、重要醫(yī)療場所供電保障能力指標(biāo)和大型醫(yī)療設(shè)備供電質(zhì)量評價指標(biāo)。
4.1.3完善繳費渠道架設(shè)以及繳費服務(wù)布點
進(jìn)行節(jié)點級設(shè)計是確定元節(jié)點類型，區(qū)分出節(jié)前元節(jié)點、元節(jié)點和節(jié)后元節(jié)點。元節(jié)點主要承擔(dān)組合和轉(zhuǎn)移的功能。組合功能是對節(jié)點信號進(jìn)行組合，組合過程中要對節(jié)點輸入進(jìn)行簡單加權(quán)；轉(zhuǎn)移功能是對節(jié)點信號進(jìn)行輸出實現(xiàn)，轉(zhuǎn)移變換由節(jié)點的轉(zhuǎn)移因子決定。例如，對于重要醫(yī)療場所這種元節(jié)點，供配電四重保障能力的組合和轉(zhuǎn)移主要通過ATS(自動轉(zhuǎn)換開關(guān)）來實現(xiàn)。
進(jìn)行結(jié)構(gòu)級設(shè)計是建立傳入樹突和傳出軸突組件，實現(xiàn)元節(jié)點的連接。首先確定模型的層數(shù)和各層節(jié)點數(shù)量，通過傳入樹突和傳出軸突實現(xiàn)元節(jié)點的連接。根據(jù)連接方式可分為饋入連接和饋出連接，饋入連接的上一層的元節(jié)點只與傳入樹突連接，元節(jié)點之間不直接連接，醫(yī)院中核磁和PET-CT等大型醫(yī)療設(shè)備屬于此種；饋出連接的各層元節(jié)點都可接入多重饋入，醫(yī)院中手術(shù)室和急救室等重要醫(yī)療場所屬于此種。
進(jìn)行訓(xùn)練級設(shè)計是選擇學(xué)習(xí)訓(xùn)練算法，確定閾值、邊界條件、初始值以及模型的終止條件。我們已完成了樣本訓(xùn)練，即提供供電系統(tǒng)實際運行的輸入和輸出數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本。目前正進(jìn)行知識學(xué)習(xí)方式，即在樣本訓(xùn)練的基礎(chǔ)上，利用人工智能的方法，利用輸入的動態(tài)信息建立數(shù)學(xué)模型，并利用模型的反饋調(diào)節(jié)功能對輸入信息自動調(diào)整連接權(quán)值或閥值。完成以上工作后，醫(yī)院供配電管理部門就可堅持經(jīng)常性評估，實現(xiàn)運行狀態(tài)的可視性。
4.2建立供電智慧樹，實現(xiàn)醫(yī)院供配電運行邏輯的自發(fā)現(xiàn)
醫(yī)院供電智慧樹可解決醫(yī)院供電線路不清的問題。它用節(jié)點矩陣描述了醫(yī)院供配電系統(tǒng)各節(jié)點順序關(guān)系，用矢量矩陣描述了各節(jié)點的位置關(guān)系。因此，供電智慧樹模型可表明各層節(jié)點和鄰近節(jié)點的連接關(guān)系，如果底層節(jié)點負(fù)荷已知，利用逆向推衍可方便求出鄰近節(jié)點的負(fù)荷。供電智慧樹通過現(xiàn)場分支測試，建立供電樹的拓?fù)浞謱幽Ｐ?，最終在管理平臺上直觀展示完整的供配電拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和設(shè)備參數(shù)。利用供電智慧樹算法，可快捷偵測各匯聚點的負(fù)荷指向及各節(jié)點負(fù)荷的組成情況；可方便地展示供電系統(tǒng)中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并將各分散的負(fù)荷有機(jī)地整合成完整的供電系統(tǒng)。
供電智慧樹在醫(yī)院供配電系統(tǒng)運行中也發(fā)揮了重要作用。正常運行時能監(jiān)視供電系統(tǒng)各支路負(fù)荷情況，并通過改變供配電系統(tǒng)的運行方式，實現(xiàn)負(fù)荷合理分配；在故障發(fā)生后能將故障分區(qū)管理，防止醫(yī)院出現(xiàn)大面積停電，并在恢復(fù)供電時幫助管理人員編寫送電指導(dǎo)文件，幫助操作人員進(jìn)行仿真模擬演練，避免誤操作。供電智慧樹的實現(xiàn)算法將配電網(wǎng)的物理結(jié)構(gòu)和運行參數(shù)有機(jī)地結(jié)合，實現(xiàn)了從智能配電到智慧用電的飛躍。由于圖紙和技術(shù)資料的缺失，許多醫(yī)院無法編制針對重要醫(yī)療場所和大型醫(yī)療設(shè)備的供電應(yīng)急演練方案，無法進(jìn)行電力故障仿真。利用供電智慧樹拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)自動形成的功能，還可將其作為供電系統(tǒng)分析和電力故障仿真演練的重要工具。
4.3監(jiān)測斷路器的健康狀態(tài)，實現(xiàn)運行過程的可控性
醫(yī)院供配電系統(tǒng)中，斷路器占醫(yī)院配電系統(tǒng)資產(chǎn)總額的70%~80%。而80%以上的電力故障也是由斷路器引發(fā)，核心斷路器一旦發(fā)生故障就會造成大面積突然停電，直接威脅患者生命。目前，通過大數(shù)據(jù)技術(shù)可實現(xiàn)斷路器健康狀態(tài)監(jiān)測，即根據(jù)智能監(jiān)測平臺采集的斷路器平均負(fù)荷、操作次數(shù)和觸頭磨損等參數(shù)，通過建模，自動生成設(shè)備健康狀況曲線，及時給出小修、大修和退役等維護(hù)提示，實現(xiàn)了斷路器健康狀態(tài)在線監(jiān)測。
斷路器健康狀態(tài)監(jiān)測通過運行數(shù)據(jù)采集積累，利用線性回歸算法科學(xué)計算出斷路器全壽命周期曲線，可讓運維人員及時了解斷路器的目前狀態(tài)，提醒運維人員提前進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)。通過斷路器健康狀態(tài)監(jiān)測，運行維護(hù)工作可真正實現(xiàn)從“事故后搶修"到“事故前預(yù)防"的飛躍；可有效預(yù)防惡性安全事故。通過及時監(jiān)測斷路器的每次動作，根據(jù)系統(tǒng)故障預(yù)警，職能部門可及時組織有效檢查，將故障消滅在萌芽階段；可為優(yōu)化醫(yī)療設(shè)備的運行方式提供數(shù)據(jù)支持。在醫(yī)院，通過監(jiān)測斷路器的運行情況，所采集的大量斷路器運行數(shù)據(jù)反應(yīng)了醫(yī)療設(shè)備運行規(guī)律，可籍此查找醫(yī)療設(shè)備故障的原因。如某醫(yī)院手術(shù)室中的高頻電刀工作狀態(tài)不穩(wěn)且經(jīng)常損壞，通過調(diào)取該回路斷路器健康狀態(tài)發(fā)現(xiàn)大量奇次諧波，諧波治理后高頻電刀工作狀態(tài)恢復(fù)穩(wěn)定。
斷路器健康狀態(tài)在線監(jiān)測通過自動評估斷路器的性能可實現(xiàn)科學(xué)的計劃檢修。斷路器健康狀態(tài)正常時不發(fā)生報警，沒有必要進(jìn)行例行維修；斷路器健康狀態(tài)不正常時會立即發(fā)出預(yù)警信息，通知運行維護(hù)人員及時檢修，此種方法可避免過度檢修或檢修不足。如果堅持對斷路器進(jìn)行周期性狀態(tài)評估和預(yù)防性維修，可將配電維修由“被動維修"變成“主動預(yù)防"，就可有效提高配電系統(tǒng)安全水平。
5 安科瑞AcrelEMS-MED醫(yī)院能源管理平臺
5.1平臺概述
AcrelEMS-MED醫(yī)院能源管理平臺充分結(jié)合《醫(yī)療建筑電氣設(shè)計規(guī)范》《綠色醫(yī)院建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》、《醫(yī)院建筑能耗監(jiān)管系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則》等行業(yè)規(guī)范、根據(jù)醫(yī)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(shù)據(jù)，監(jiān)測以電能質(zhì)量、智慧用電相關(guān)指標(biāo)以及其他用能指標(biāo)，并與國家能源政策與用能模式改革結(jié)合。能夠輔助醫(yī)院后勤管理人員進(jìn)行能源供應(yīng)系統(tǒng)及設(shè)備的運行管理工作，幫助醫(yī)院管理層實時掌握醫(yī)院的能耗情況，為醫(yī)院能源信息化建設(shè)和節(jié)能管理提供了良好的技術(shù)平臺。
5.2平臺組成
安科瑞醫(yī)院能源管理系統(tǒng)建立基于云平臺的“監(jiān)、控、維"一體化的能源管理系統(tǒng)，從數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、數(shù)據(jù)分析、異常預(yù)警、運維派單、系統(tǒng)架構(gòu)和綜合數(shù)據(jù)服務(wù)等方面的設(shè)計，幫助醫(yī)院后勤管理部門了解醫(yī)院能源運行情況，關(guān)注消防和電氣安全，及時預(yù)警異常情況，提高運維效率。它集成了10KV/O.4KV變電站電力監(jiān)控系統(tǒng)、變電所運維云平臺，配電房綜合監(jiān)控系統(tǒng)，能耗管理系統(tǒng)，智能照明控制系統(tǒng)，智慧消防平臺，電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)，防火門監(jiān)控系統(tǒng)，消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)，充電樁管理系統(tǒng)，電能質(zhì)量治理解決方案，醫(yī)療隔離電源解決方案。
5.3平臺拓?fù)鋱D
5.4平臺子系統(tǒng)
5.4.1醫(yī)院電力監(jiān)控解決方案
電力監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對變壓器、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、測量、記錄、報警等功能，并與保護(hù)設(shè)備和遠(yuǎn)方控制中心及其他設(shè)備通信，實時掌握供電系統(tǒng)運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)主要針對開閉所和10/0.4kV變電所，對高壓回路配置微機(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(shù)和用能情況。同時對醫(yī)院重要設(shè)備如柴油發(fā)電機(jī)、無功補(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。
5.4.2醫(yī)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(wǎng)關(guān)及大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，通過智能網(wǎng)關(guān)采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)并存儲在本地，再定時向云平臺推送數(shù)據(jù)。平臺采集的數(shù)據(jù)包括變電所回路電氣參數(shù)和變壓器溫度、環(huán)境溫濕度、浸水、煙霧、視頻、門禁等信息，有異常發(fā)生10S內(nèi)通過短信和APP發(fā)出告警信號。平臺通過手機(jī)APP下發(fā)運維任務(wù)到人員手機(jī)上，并通過GPS跟蹤運維執(zhí)行過程進(jìn)行閉環(huán)，提高運維效率，即時發(fā)現(xiàn)運行缺陷并做消缺處理。
5.4.3醫(yī)院配電房綜合監(jiān)控系統(tǒng)解決方案
Acrel-2000E配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)，可實現(xiàn)開關(guān)柜運行監(jiān)控、高壓開關(guān)柜帶電顯示、母線及電纜測溫監(jiān)測、環(huán)境溫濕度監(jiān)測、有害氣體監(jiān)測、安防監(jiān)控，可對燈光、風(fēng)機(jī)、除濕機(jī)、空調(diào)控制等設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動控制。實現(xiàn)動力環(huán)境各數(shù)據(jù)的檢測與設(shè)備控制，優(yōu)化動力環(huán)境，避免運行環(huán)境的失控導(dǎo)致配電設(shè)備運行故障，保證維護(hù)人員安全，延長設(shè)備使用壽命，實現(xiàn)配電動力環(huán)境的分布式遠(yuǎn)程管理。
5.4.4醫(yī)院能耗管理系統(tǒng)解決方案
對建筑各類耗能設(shè)備能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行實時測量，對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計和分析。能夠合理的確定各科室建筑能耗經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及績效考核指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)能源使用規(guī)律和能源浪費情況，提高人員主動節(jié)能的意識。
① 搭建醫(yī)院智慧能源管理系統(tǒng)的基本框架，對各個用能環(huán)節(jié)進(jìn)行實時監(jiān)測；
② 排碳數(shù)據(jù)化：通過系統(tǒng)可實現(xiàn)建筑單位內(nèi)人均能耗分析（包括水、電、能量），實現(xiàn)低碳辦公數(shù)據(jù)化；
③ 區(qū)域能效比：實現(xiàn)建筑單位內(nèi)區(qū)域能耗對比，方便能耗考核；
④ 同期能效比：實現(xiàn)同年、同期、同一區(qū)域能耗對比，方便節(jié)能數(shù)據(jù)分析；
⑤ 能耗評估管理：按照能源消耗定額標(biāo)準(zhǔn)約束值、標(biāo)準(zhǔn)值、引導(dǎo)值進(jìn)行分析單位面積能耗和人均能耗指標(biāo)；
⑥ 能耗競爭排名：各個科室能耗對比，實現(xiàn)能耗排名，增強(qiáng)全院工作人員的節(jié)能意識；
⑦ 對能耗的使用數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合的分析、統(tǒng)計、打印和查詢等功能，并根據(jù)能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)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(jù)；
⑧ 能耗數(shù)據(jù)采集，隨時查詢，并根據(jù)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，監(jiān)測異常能源用量，對能源智能儀表故障進(jìn)行報警，提高系統(tǒng)信息化、自動化水平。
5.4.5醫(yī)院智能照明控制系統(tǒng)解決方案
醫(yī)院人流比較密集，科室較多，照明用電在醫(yī)院電能消耗中約占到15%左右。所以合理使用照明控制系統(tǒng)，在提升醫(yī)生和患者的體驗情況下大程度使用自然光照明，通過感應(yīng)控制做到人來燈亮，人走燈滅或保持地強(qiáng)度照明，盡量解決照明用電。
ASL1000智能照明控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)場景控制、時間控制、區(qū)域控制、光照度感應(yīng)控制以及紅外感應(yīng)控制等多種控制方式，能有效避免公共區(qū)域的照明浪費，還可以幫助醫(yī)院管理照明。
系統(tǒng)在配電箱內(nèi)的模塊主要有總線電源、開關(guān)驅(qū)動器、IP網(wǎng)關(guān)、耦合器、干接點輸入模塊等。這些模塊使用35mm標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝。
安裝在控制現(xiàn)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(jīng)過可以設(shè)定紅外感應(yīng)控制亮燈，人離開后在設(shè)定的時間內(nèi)熄燈，智能面板等手動控制設(shè)備，可實現(xiàn)自動控制、現(xiàn)場控制和值班室遠(yuǎn)程控制相結(jié)合。
5.4.6醫(yī)院智慧消防平臺解決方案
智慧消防云平臺基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等現(xiàn)代信息技術(shù)，將分散的火災(zāi)自動報警設(shè)備、電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備、智慧煙感探測器、智慧消防用水等設(shè)備連接形成網(wǎng)絡(luò)，并對這些設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行智能化感知、識別、定位，實時動態(tài)采集消防信息，通過云平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現(xiàn)科學(xué)預(yù)警火災(zāi)、網(wǎng)格化管理、落實多元責(zé)任監(jiān)管等目標(biāo)。實現(xiàn)了無人化值守智慧消防，實現(xiàn)智慧消防“自動化"、“智能化"、“系統(tǒng)化"需求。從火災(zāi)預(yù)防，到火情報警，再到控制聯(lián)動，在統(tǒng)一的系統(tǒng)大平臺內(nèi)運行，用戶、安保人員、監(jiān)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(shè)備和傳感器的運行狀況，并能夠在出現(xiàn)細(xì)節(jié)隱患、發(fā)生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時間內(nèi)，相關(guān)報警和事件信息通過手機(jī)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(dá)相關(guān)人員。
5.4.7醫(yī)院電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)解決方案
電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)作為火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的預(yù)警子系統(tǒng)，由電氣火災(zāi)監(jiān)控主機(jī)、電氣火災(zāi)監(jiān)控單元、剩余電流式電氣火災(zāi)探測器以及測溫式電氣火災(zāi)探測器組成，通過現(xiàn)場總線構(gòu)成一套完整的預(yù)防電氣火災(zāi)的監(jiān)控系統(tǒng)，數(shù)據(jù)可集成至企業(yè)消控室監(jiān)控系統(tǒng)。
??醫(yī)院電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)以建筑為單位設(shè)置，采集數(shù)據(jù)后上傳至值班室監(jiān)控主機(jī)，實現(xiàn)對建筑電氣安全預(yù)警?，F(xiàn)場設(shè)置的傳感器監(jiān)測配電系統(tǒng)回路的漏電電流和線纜溫度，異常時實時發(fā)出報警信號，重點關(guān)注門診樓、住院樓、醫(yī)技樓等區(qū)域漏電或者電纜發(fā)熱等問題。
5.4.8醫(yī)院消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)解決方案
醫(yī)院消防安全非常重要，消防設(shè)備比較多，消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)主要功能就是用于監(jiān)測消防設(shè)備的工作電源是否正常，保障在發(fā)生火災(zāi)時消防設(shè)備可以正常投入使用。
消防設(shè)備電源監(jiān)控監(jiān)控系統(tǒng)采用消防二總線，以建筑為單位設(shè)置區(qū)域分機(jī)采集消防設(shè)備電源狀態(tài)，區(qū)域分機(jī)通過二總線接收多臺傳感器的電壓、電流信息和開關(guān)狀態(tài)信息，以此實現(xiàn)對消防設(shè)備電源工作狀態(tài)的實時監(jiān)視。
5.4.9醫(yī)院防火門監(jiān)控系統(tǒng)解決方案
醫(yī)院防火門數(shù)量比較多，由于部分區(qū)域經(jīng)常有人走動，常開常閉防火門數(shù)量都不少，防火門監(jiān)控系統(tǒng)的作用就是監(jiān)測防火門開閉狀態(tài)，在發(fā)生火災(zāi)后自動關(guān)閉常開防火門，防止煙霧擴(kuò)散。防火門監(jiān)控系統(tǒng)采用消防二總線將具有通信功能的監(jiān)控模塊相互連接起來，用于監(jiān)測和控制防火門狀態(tài)，當(dāng)防火門發(fā)生異常位置信號時，防火門監(jiān)控器能發(fā)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(fā)生火災(zāi)時，關(guān)閉事故區(qū)域所有常開防火門，防止煙霧向安全區(qū)域擴(kuò)散。
5.4.10醫(yī)院消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)解決方案
醫(yī)院人員流動性強(qiáng)，密度大，消防比較復(fù)雜，一旦發(fā)生火災(zāi)，疏散指示系統(tǒng)非常重要。消防應(yīng)急照明和指示系統(tǒng)可以和火災(zāi)報警系統(tǒng)聯(lián)動，提供應(yīng)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(yīng)急預(yù)案，提升人員逃生概率。
5.4.11醫(yī)院有源諧波治理系統(tǒng)解決方案
都是諧波源，比如X光機(jī)、CT機(jī)等都會產(chǎn)生大量諧波，諧波使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低，使電氣設(shè)備過熱、產(chǎn)生振動和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀。諧波可引起電力系統(tǒng)局部并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設(shè)備燒毀。諧波還會引起繼電保護(hù)和自動裝置誤動作，使電能計量出現(xiàn)混亂。對于醫(yī)院的精密化驗設(shè)備可能會產(chǎn)生干擾。
為了消除配電系統(tǒng)諧波對醫(yī)院設(shè)備的影響，方案配置AnSinI有源濾波器，濾除電網(wǎng)2~31次諧波干擾。
AnSinI系列有源電力濾波裝置，以并聯(lián)方式接入電網(wǎng)，通過實時檢測負(fù)載的諧波和無功分量，采用PWM變流技術(shù)，從變流器中產(chǎn)生一個和當(dāng)前諧波分量和無功分量對應(yīng)的反向分量并實時注入電力系統(tǒng)，從而實現(xiàn)諧波治理和無功補(bǔ)償。
5.4.12醫(yī)院充電樁系統(tǒng)解決方案
醫(yī)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(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統(tǒng)的充電樁站點和各個充電樁進(jìn)行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，解決物業(yè)、用電管理部門的充電樁使用、監(jiān)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(yuǎn)程充電樁系統(tǒng)可實時遠(yuǎn)程完成啟動充電、強(qiáng)制停止、單價設(shè)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(jìn)行支付后，系統(tǒng)發(fā)起充電請求，控制二維碼對應(yīng)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(jī)過溫保護(hù)、充電機(jī)輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進(jìn)行預(yù)警；能夠遠(yuǎn)程控制，提供財務(wù)報表和數(shù)據(jù)分析等功能。
5.4.13醫(yī)院醫(yī)療隔離電源解決方案
《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》14.7.6.3條明確規(guī)定：在電源突然中斷后，重大醫(yī)療危險的場所，應(yīng)采用電力系統(tǒng)不接地（IT系統(tǒng)）的供電方式。同時《醫(yī)院潔凈手術(shù)部建筑技術(shù)規(guī)范》GB50333-2002中規(guī)定：2類醫(yī)療場所在維持患者生命，外科手術(shù)和其他位于患者周圍的電氣裝置均應(yīng)采用醫(yī)用IT系統(tǒng)。如：搶救室（門診手術(shù)室）、手術(shù)室、心臟監(jiān)控治療室、導(dǎo)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(yī)療隔離電源解決方案是針對醫(yī)療Ⅱ類場所的供電需求而開發(fā)設(shè)計的，能夠很好的滿足各類手術(shù)室和重癥監(jiān)護(hù)室對電源安全性和可靠性的要求，并符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
5.5相關(guān)平臺部署硬件選型清單
5.5.1電力監(jiān)控系統(tǒng)硬件配置
5.5.2變電所運維云平臺硬件配置
5.5.3電房綜合監(jiān)控系統(tǒng)硬件配置方案
5.5.4能耗管理系統(tǒng)硬件配置方案
5.5.5智能照明控制系統(tǒng)硬件配置方案
5.5.6智慧消防平臺硬件配置方案
5.5.7電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)硬件配置方案
5.5.8消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)硬件配置方案
5.5.9防火門監(jiān)控系統(tǒng)硬件配置方案
5.5.10消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)硬件配置方
5.5.11有源諧波治理系統(tǒng)硬件配置方案
5.5.12充電樁運營收費平臺硬件配置方案
5.5.13醫(yī)療隔離電源解決方案硬件配置方案
6 結(jié)束語
隨著智能配電系統(tǒng)的推廣和普及，智能配電系統(tǒng)的自愈控制將成為從根本上消除用電安全隱患的重要手段。智能配電系統(tǒng)在實現(xiàn)了運行狀態(tài)的可視性，運行邏輯的自發(fā)現(xiàn)和運行過程的可控性之后，就可實現(xiàn)運行故障的自修復(fù)，即智能配電系統(tǒng)的自愈控制。自愈控制是指配電系統(tǒng)追求的目標(biāo)，即配電系統(tǒng)能自行分析并處理運行故障。如果是預(yù)案已有的故障，無需現(xiàn)場檢修，就可通過自愈控制指令將出現(xiàn)問題的狀態(tài)直接恢復(fù)到預(yù)先設(shè)定的正常狀態(tài)。
智能配電網(wǎng)的自愈控制主要包含了信息采集、診斷、決策、執(zhí)行4個過程。其中信息采集的關(guān)鍵是對數(shù)據(jù)系統(tǒng)進(jìn)行有效性校驗，提取數(shù)據(jù)特征，識別典型業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)與故障預(yù)警數(shù)據(jù)，排除干擾數(shù)據(jù)；診斷和決策將依據(jù)采集的信息，利用智能決策方法對整個配電網(wǎng)運行狀態(tài)進(jìn)行快速實時評估。如果是配電系統(tǒng)狀態(tài)出現(xiàn)問題系統(tǒng)就立即進(jìn)行處理,以保障安全供電，防止事故發(fā)生；執(zhí)行是對決策命令的實現(xiàn)，它建立在完備的預(yù)案體系和配套的備用裝備基礎(chǔ)之上。
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