大型三级综合医院应急电源设计综述

2017-07-06陈亚爱陈景轩

赤峰学院学报·自然科学版 2017年11期

关键词：市电发电机组柴油

陈亚爱，陈景轩

（1.北方工业大学北京市变频技术工程技术研究中心；2.北方工业大学电气与控制工程学院，北京 100144）

大型三级综合医院应急电源设计综述

陈亚爱1，陈景轩2

（1.北方工业大学北京市变频技术工程技术研究中心；2.北方工业大学电气与控制工程学院，北京 100144）

随着科学技术的快速发展和医疗技术水平的不断提高，医院的电气化程度也越来越高，因此对供电的可靠性和安全性提出了更高的要求.由于大型三级综合医院属于一级负荷，应急电源的设计具有其特殊性，因此，论文结合GB 51039-2014《综合医院建筑设计规范》和JGJ 312-2013《医疗建筑电气设计标准》，在深入分析现阶段大型三级综合医院应急电源配置方案的基础上，针对这些方案实施过程中存在的问题，提出了切实可行的解决办法，为大型三级综合医院应急电源设计、实施和改扩建提供参考.

大型三级综合医院；应急电源；柴油发电机组；UPS；EPS

1 引言

大型三级综合医院既是跨地区、省、市以及向全国范围提供医疗卫生服务的医院，又是具有全面医疗、教学、科研能力的医疗预防技术中心，更是承担服务区域内急危重症和疑难疾病的诊疗所.由于担负着保障人民生命的重任，根据GB 50052-2009《供配电系统设计规范》中负荷分级的规定，大型三级综合医院属于一级负荷，并且其部分医疗场所属于一级负荷中特备重要的负荷，因此为确保大型三级综合医院对供配电系统要求的安全和可靠，应急电源被视为最重要的保障措施.我国自JGJ49-88《综合医院建筑设计规范》在1989年开始试行，到建标110-2008《综合医院建设标准》的制定，再到2014年JGJ312-2013《医疗建筑电气设计标准》的实施和GB51039-2014《综合医院建筑设计规范》的发布，历时25年，这个时期也是科学技术和中国医疗技术水平高速发展的时期，大量先进的医疗装备被发明并应用于临床诊疗，医院的电气化程度也越来越高，这些情况在JGJ49-88《综合医院建筑设计规范》制定时是无法预测的.在JGJ312-2013《医疗建筑电气设计标准》实施和GB51039-2014《综合医院建筑设计规范》发布之前，国内大型综合医院应急电源的设计一直在摸索中前进，在电气设计行业中是一个相对薄弱的领域.随着深化医疗改革全面推开，允许民营资本进入公立医院，越来越多的医院将实施新建、改扩建项目，在具体的工程中，如何设计大型三级综合医院的应急电源就显得尤为重要.

2 现阶段大型三级综合医院应急电源配置方案

GB50052-2009《供配电系统设计规范》中规定“一级负荷应由双重电源供电，当一电源发生故障时，另一电源不应受到损坏.一级负荷中特别重要的负荷供电，除应有双重电源供电外，尚应增设应急电源，并严禁将其他负荷接入应急供电系统；设备供电电源的切换时间，应满足设备允许中断供电的要求.可作为应急电源的电源有独立于正常电源的发电机组、供电网络中独立于正常电源的专用馈电线路、蓄电池和干电池”[1].现阶段大型三级综合医院应急电源配置方案可分为：以市电作为应急电源、以UPS作为应急电源、以柴油发电机组作为应急电源、EPS作为应急电源以及组合型等配置方案，其分类如图1所示.

图1 应急电源配置方案分类

2.1 市电作为应急电源的配置方案

大型三级综合医院由于负荷较大，市电电源的供电等级一般选用10kV.此类配置方案采用两路专线供电，两路供电电源取自两个不同区域的变电站，一路检修或故障时，另一路不能同时断电，且两路均能保证为100%的满负荷供电.一旦电网主回路电源故障，通过备用电源自动投入装置使备用电源投入运行.市电作为应急电源配置方案多应用于旧的医院建筑内，赤峰市某医院即采用此配置方案，其具有设计简单、成本低、无需特殊维护等特点，但多年来运行经验表明，电气故障无法限制在某个范围内，当两路供电电源同时故障停电时将出现严重后果.鉴于以上原因，近期新建的医院已不再采用此配置方案.

2.2 UPS作为应急电源的配置方案

UPS（Uninterruptible Power System），即不间断电源，是将蓄电池与主机相连接，通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备，最初大都应用于计算机系统的应急电源，近年来在医疗建筑领域也得到广泛应用，尤其是医院一级负荷中特别重要负荷不可或缺的应急电源.以UPS作为应急电源一般又可分为一路市电和两路市电两种配置方案.一路市电的配置方案多应用于市政条件限制无法提供第二路市电，或提供第二路市电成本太高的医院建设项目，较之两路市电的配置方案，一路市电的配置方案可靠性差.

UPS作为应急电源的配置方案多用于一级负荷中特别重要负荷相对分散的医院，其具有以下优点：

（1）能实现电源不间断，满足一级负荷中特别重要负荷的运行要求；（2）能自动切换，可实现无人值守；（3）在线式UPS可消除浪涌、谐波干扰、电压不稳等现象，能改善电源质量；（4）运行可靠性高，环保.

UPS的不足之处在于：对使用环境要求高，电池寿命短、成本高，容量低、应急供电运行时间短，有运行损耗，尤其是带负载能力较弱，不适合带感性负载，所以常被用作医院信息中心及突然断电可能造成损害的精密电子仪器和设备的应急电源[4].

2.3 柴油发电机组作为应急电源的配置方案

柴油发电机组作为应急电源由来已久，尤其在某些市电可靠性差的地区，柴油发电机组既能起到应急电源的作用，又能作为备用电源，因此在工程中得到广泛的应用.以柴油发电机组作为应急电源也可分为一路市电和两路市电两种配置方案.一路市电的配置方案多应用于市政条件限制无法提供第二路市电，或提供第二路市电成本太高的医院建设项目，由于柴油发电机组容量大，运行时间长，所以较之两路市电的配置方案可靠性差别不大.

柴油发电机组作为应急电源的配置方案是医院应急电源设计的主流，其具有以下优点：（1）容量大，连续工作时间长；（2）运行可靠；（3）带负载能力强；（4）成本低.

柴油发电机组作为应急电源的不足之处在于：启动时间较长，不能满足一级负荷中特别重要负荷的运行要求，占地面积大，有火灾隐患，电源质量相对较差，有噪音和污染等.尽管存在这些不足，但由于连续工作时间长，大部分医院都选择装设柴油发电机作为应急电源[4].

2.4 EPS作为应急电源的配置方案

EPS(Emergency Power Supply)是由互投装置、自动充电机、逆变器及蓄电池组等组成的一种应急电源设备.EPS应急电源是现代建筑安全保障设施的重要组成部分，可以灵活地运用在消防供电回路末端、个别重要场合等.以EPS作为应急电源可分为一路市电和两路市电两种配置方案.一路市电的配置方案多应用于市政条件限制无法提供第二路市电，或提供第二路市电成本太高的医院建设项目，较之两路市电的配置方案，一路市电的配置方案可靠性差.

EPS作为应急电源的配置方案多用于医院改、扩建项目，主要原因是由于安装条件限制无法装设柴油发电机组.此类配置方案具有以下优点：（1）电网有电时处于静态，无噪音，无污染；（2）能自动切换，可实现无人值守；（3）带负载能力强，适合电感性、电容性及综合性负载的设备；（4）运行可靠；（5）环保，对环境要求低.

EPS作为应急电源的不足之处在于：成本高，容量低、应急供电运行时间短，尤其是有切换时间，不能满足一级负荷中别重要的负荷运行要求，所以常被用作医院的应急照明、消防用电设备（如消防电梯、消防高压泵等）的应急电源[5].

2.5 组合型的配置方案

随着医疗技术和医学装备的发展，单一种类的应急电源已远远不能满足急危重症患者诊疗活动，近年来大型三级综合医院的应急电源设计多采用组合型的配置方案.组合型配置方案一般有EPS和UPS组合，柴油发电机组和UPS组合，柴油发电机组和EPS组合及柴油发电机组、UPS、EPS组合四种配置方案.

组合型的配置方案被广泛应用于近年来新建的大型三级综合医院里，其综合了UPS、柴油发电机组及EPS三种应急电源配置方案的优点，组合型的配置方案的不足之处在于：设计复杂，占地面积大，成本高，有运行损耗，要求运行人员专业技术水平较高[6].

3 各种应急电源配置方案技术分析

大型单机综合医院应急电源的配置应依据一级负荷的允许断电时间、容量、停电影响等负荷特性，按照各类应急电源在启动时间、容量大小、持续供电时间、电能质量、节能环保、适用场所等方面的技术性能，选取合理的应急电源配置方案，各种应急电源配置方案技术分析列于表1.

表1 各种应急电源配置方案技术分析表

通过分析，大型三级综合医院市电电源宜采用两路专线供电到医院的变配电所，且两路应均能保证为100%的满负荷供电，当一路检修或故障时，另一路不能同时断电.对于急诊抢救室、、重症监护室、血液病房的净化室、产房、早产儿室、血液透析室、烧伤病房手术室、术前准备室、术后复苏室、麻醉室、心血管造影检查室等场所中涉及患者生命安全的设备及照明用电，大型生化仪器、重症呼吸感染区的通风系统及计算机中心机房等一级负荷中的特别重要负荷[2][3]都宜设置分散式UPS电源，且宜配备1小时的延迟电池；消防系统和应急照明系统宜设置EPS应急电源；应急发电机组应能带动全院所有一级负荷.