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某县中医院供配电系统设计浅谈

吴鹏

重庆长厦安基建筑设计有限公司西安分公司

摘要: 随着医疗水平的提高和科学技术的发展,我国经济基础的不断攀升,广大群众对优质的医疗服务资源的需求也在日益扩大,越来越多的医疗电气设备应用于医院的临床治疗当中,这些设备直接关系到人的生命安全,所以供配电系统设计的安全稳定性的设计在医疗建筑设计中具有举足轻重的意义。
本文通过某县中医院的项目设计实例,阐述下医疗建筑的供配电系统设计。针对医疗建筑的特殊性,从系统的组成、配置、设计思路、新技术应用等方面对医疗建筑设计进行分析,并提出了一些有针对性的解决方案和措施。
关键词: 医院建筑;ICU/CCU等特殊房间配电;普通病房;配电系统
DOI:10.12721/ccn.2021.157020
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一、项目概况:

某县中医院医疗综合楼建设项目,总建筑面积为85110.66平方米。主楼地上十三层、地下二层,建筑高度54.75米。医院建设规模600床,日门诊量1500人次/日。项目定位是一所集医疗、教学、科研为一体的二级甲等医院。

二、医疗建筑的特殊性:

医疗建筑与其他建筑类型相比有着非常明显的特殊性,属于服务于功能的建筑类型。而医疗建筑的特殊性在供配电系统中主要体现在供电负荷的性质比较特殊。

1、医疗建筑的供电负荷等级相对比较高。

急诊抢救室、血液透析室、手术室、ICU、产房、重症监护室等对供电连续性的要求都非常高,主要是考虑到病人的人身安全和设备本身正常运行的要求;对感染病区的通风、净化设备的供电连续性要求也非常高,主要是考虑到病人间、病人与医护人员间、病人与院外健康人群间的交叉感染风险;医院的电子信息系统对于供电连续性的要求也很高,主要体现在现代化医院对电子信息系统的依赖程度不断提高,现代化医院的电子病历、数字化医学影像、数字化检验检测、病人社保等都需要电子信息系统作为支撑。

2、医疗设备的用电特性比较特殊。

大型医疗设备的瞬时启动电流都比较大,但是平稳运行电流却比较小;先进的大型医疗设备的电子化程度高,对于电网谐波干扰较为敏感,而其本身又是一个比较大的谐波源;大型医疗设备的冷却系统独立于设备本身,但是对于医疗设备的正常工作又不可或缺。

3、医疗建筑的功能呈现不确定因素。

科室功能会转变,科室使用的医疗设备也在转变,这种转变对于供配电系统在使用过程中的灵活性、扩展性都提出了新的要求。

4、医疗建筑的功能种类相对较多。

医疗建筑主要服务于病人,对于病人、医生的食、住、行都承担了相当重要的角色。

通常在医疗建筑项目中,除了直接诊疗使用的空间外还包含了病房、被服洗涤消毒、太平间、行政办公、食堂及厨房、车库及各类机房等。

针对这些不同的功能需求,供配电系统也相较其他类型建筑的系统要复杂许多。

三、10/0.4KV变配电系统:

1、电气负荷按其性质分为;一级负荷,二级负荷,三级负荷。本工程主要负荷为一,二级。其余负荷为三级负荷。

2、供电电源:根据项目性质和相关规范规定,采用两路双重10KV电缆线路作为电源进线,引入住院楼地下一层变配电室,每路均能承担本工程全部一级负荷中特别重要负荷、一级负荷和二级负荷,选用一台应急柴油发电机组作为第三路电源。

3、高、低压供电系统接线型式及运行方式:

1)高压为单母线互备运行方式,中间设机械电气连锁,两路电源分别运行,互为热备用,当一路电源故障时,通过连锁装置,由另一路电源负担全部一级负荷中特别重要的负荷、一级负荷和二级负荷。高压主进线两个开关及联络柜之间设机械电气联锁,任何情况下只能合其中的两个开关。

2)低压为单母线分段运行,联络开关设自投自复/手动转换开关。自投时应自动断开非保证负荷,以保证变压器正常工作。低压主进线开关与联络开关之间设电气联锁,任何情况下只能合其中的两个开关。

3)配电系统主接线形式:

0.4/0.23kV 低压侧工程采用单母线分段接线,共七段母线。七台变压器对应七段母线,平时分列运行。其中1段母线与2段母线互投,应急段两路母线通过ATS分别引至1段母线与2段母线,3段母线与4段母线互投,5、6段为医疗设备专用母线段,5段母线与6段母线互投,7段低压母线为空调专用母线段;正常情况下,应急母线段的电源引至1段及2段低压母线。紧急情况下,应急母线段的电源引自应急柴油发电机组出线。当各段母线均失电时,将在15秒内起动应急柴油发电机组完成供电。

4)备用电源:项目选用的一台1100KW固定式柴油发电机组作为第三路应急电源。当10KV市电停电、缺相、电压或频率超出范围,或相关两台变压器同时故障时,可从变配电室的自动互投开关ATS处拾取柴油发电机的延时启动信号电缆NHKVV-10X2.5送至柴油发电机组,信号延时0~15S(可调)自动启动柴油发电机组,全自动型应急柴油发电机组采用直流24V起励方式。当市电恢复30~60S(可调)后,自动恢复市电供电,柴油发电机组经延时后,自动停机。对应柴油发电机组供油时间:三级医院应大于24h,二级医院宜大于12h,二级以下医院宜大于3h。

四、电力配电系统:

1、配电形式的合理布置:

1)低压配电系统采用220/380V放射式与树干式相结合的方式,对于单台容量较大或重要用电设备的负荷采用放射式供电;对于照明及一般负荷采用树干式与放射式相结合的供电方式。每间手术室、重症监护室、抢救室等医疗场所局部IT系统设置隔离变压器。

2)标准层采用树干方式供电,较为分散的负荷采用放射方式供电。

3)电动机额定功率不超过电源变压器额定容量的30%时,采用全压启动方式;额定功率超过电源变压器额定容量的30%以上,则要求电动机启动时配电母线的电压不低于系统标称电压的85%;当不能满足要求时,非消防负荷电动机采用变频或软启动方式;消防负荷电动机采用星三角或自耦变压器等启动方式(消防负荷电动机需变压器和柴油发电机组同时校验)。

4)医用磁共振成像设备、医用高能射线设备的主机、冷水机组应采用专用的两路供电。

2、配电设备的合理选型:

1)作为配电系统的硬件保证,合理的配电设备选型应兼顾设备的可靠性、系统的扩展性及维护的便捷性等诸多方面。

2)针对医院的性质,项目中所有的非消防配电电缆、电线均采用了最高阻燃级别的低烟无卤电缆、电线,竖向系统中对于各层负荷相近的配电干线采用了预分支电缆,负荷级别相同但是容量变化较大的采用了中小电流插接母线,消防设备的配电干线采用了柔性矿物绝缘电缆。

这里要特别说明:采用插接母线主要考虑到系统的扩展性比较强,医院科室用电可能会随着医疗技术的升级有所变化,而且有些楼层配电设备可能安装在配电竖井外,使用插接母线既可以方便增加配出电源,而且可以避免超过3m配电支线需要在分支线上增设保护电器的问题。

五、配电系统的优化:

1、电力系统中的谐波问题日益被人们所重视,随着用电设备的不断更新,特别是变频类的用电设备的增多,致使谐波含量也在不断攀升,谐波不仅降低了电网的品质,给电力系统增加了不必要的负担,同时也会影响到一些设备的正常稳定运行。

谐波问题在医疗建筑中的影响可能相比其他类型的建筑要更加严重。

产生谐波的谐波源用电设备,通常产生谐波的设备其谐波主要的含量是低次谐波,比如大型变频设备、大型医疗设备、UPS备用电源等,针对这类设备就地设置有源滤波装置,在谐波源头就将含量较高的低次谐波消除掉,避免低次谐波污染到配电系统。

在一些容易受到谐波干扰的系统处设置针对高次谐波治理的谐波保护器,防止电网中的高次谐波对系统产生干扰,在配电系统中低压配电柜处集中设置。

对于一些先进的大型医疗设备,其主机产生较多谐波,但其控制系统又对高次谐波比较敏感,可在其主机的配电系统中设置有源滤波,控制系统的配电系统中设置无源的谐波保护器,进入NMR-CT机房扫描室的电源必须装设有源(或无源)滤波装置。

2、为消除谐波严重的X射线设备、CT机、磁共振成像等大型诊疗设备对配电系统的影响,本项目对大型医疗设置采用专用变压器供电。

3、大型医疗设备电缆选择和距变压器的距离密切相关,本项目变配电室位置靠近放射科设置。

4、舒适空调系统采用专用变压器季节性运行。

六、结束语:

随着医疗资源的不断充实,对中、大型医疗建筑的投入也会日益增加。医疗建筑不同于普通的一般公建,医疗电气设备的特殊性决定了其对供电具有的严格要求,科技发展带来许多新的医疗手段和设备,绿色节能和一些新的设计理念的引入,对于现代医疗建筑设计无疑是一种新的挑战。只有结合过去的使用经验,立足自身的特色,长远考虑医疗发展趋势,才能更好地设计医疗建筑的供配电系统,为医院能够提供适应群众的、可靠的、可持续发展的医疗服务,打好坚实的硬件基础。

参考文献:

《综合医院建筑设计规范》GB 51039-2014

《医疗建筑电气设计规范》JGJ 312-2013

《低压配电设计规范》             GB50054-2011

《民用建筑电气设计标准》         GB 51348-2019

《20KV及以下变电所设计规范》GB50053-2013