5G时代医院智能配电系统建设要点解析

陈木子 汪 剑 谭西平*

医院配电系统的智能化、数字化和信息化管理，对医院的长远发展、节能降效管理及人力资源管理具有重要的意义。医院建设的发展正经历前所未有的变革，越来越多智能设备与系统挑战着医院基础设施的运行连贯性和稳定性。5G(5th generation mobile networks)技术作为跨时代的第5代移动通信技术，将其运用在医院建设中，既能提高智能设施、设备及系统的高效传送和抵抗风险的能力，降低了电力能源和其他能源的消耗，又构筑起万物互联的基础设施，加速支撑智慧化医院的新发展。

1 传统模式下的医院配电系统管理

1.1 配电系统的重要性

随着多院区发展模式的发展，医院规模越来越大的同时电气负荷也越来越重。医院内大量的一级负荷、二级负荷及一级负荷中特别重要的负荷对医院内部电网的电能质量和供电可靠性要求极高，一旦电网出现故障或电能质量下降，将严重影响医院医疗业务的开展，甚至影响患者及医院工作人员的生命安全，造成重大经济损失和不良社会影响[1]。因此，配电系统作为一个重要的子系统，在医院支持保障体系中占有举足轻重的地位，其运行状态的好坏直接影响医院的运营安全。

1.2 配电系统管理现状及不足

传统模式下，医院配电系统采用计算机控制技术、通信技术和网络技术，通过采集模块和现场检测仪表，将用电设备相关数据采集到中控站上位组态软件，实现数据显示、管理和调度功能，其网络拓扑见图1[2]。

图1 传统模式下医院配电系统网络拓扑图

配电系统的运行维护主要依靠系统运维班组，运维班组工作人员又多根据医院建筑面积来核定，二者间的配置对比见图2。

图2 医院建筑面积与配电运维人员配置对比

实际工作中，系统多只提供运行参数显示和数据统计，当系统发生故障时，虽有报警功能，然而受系统响应速度影响，并不能对故障发生点进行准确定位，无法精确指导运维班组工作人员开展应急处置工作[3]。

传统模式下的配电系统通常存在以下5方面不足：①缺乏全过程用电安全保证；②分散的运行值班导致巡检手段单一，造成人力资源浪费；③管理及维修效率较低；④无法对重点用能设备或系统进行节能分析；⑤系统响应速度慢，数据更新延迟[4]。

2 5G背景下的智能配电系统概述

2.1 5G背景下的智能配电系统

5G是第5代移动通信技术，是最新一代蜂窝移动通信技术，其性能目标是高数据速率、减少延迟、节省能源、降低成本、提高系统容量和大规模设备连接[5]。对智能配电系统领域而言，5G网络的运行可加快数据采集设备传输速率，提高系统响应速度并改变系统数据更新延迟的现状，有利于提升配电系统安全性和运行管理主动性。

2.2 基于5G技术智能配电系统的特有功能

智能配电系统是未来配电系统的发展方向，通信则是智能配电系统发展的基础[6]。在配电系统智能化业务中，通信是最为薄弱的环节，严重制约配电设备智能化程度，在时间进度上也影响了智能配电系统发展。目前，市场上主流配电系统公司竞相开发智能配电系统，虽然系统构架不同，但产品核心均基于物联网的数字化配电解决方案，通过将数据采集、处理和存储将控制技术、云计算、大数据分析与服务集于一体，使配电系统中的智能设备互联互通，实现主动和高效维护，保障配电运行更加安全和可靠，全方位改善配电系统[7]。

3 5G时代医院智能配电箱系统建设目标

智能配电系统建设不仅需满足基础的计量要求，更需强化降低用电成本、提高供电可靠性、优化资源和维护提升设备设施安全等综合目标[8]。对用户而言，如何通过客户端实时掌握和了解系统运行状况，方便快捷地对系统进行运行管理，实现配电系统运行管理智能化和智慧化，是5G时代医院智能配电系统建设过程中应重点关注的话题。

3.1 事前-事中-事后全过程保证用电安全

传统模式中，防范配电系统发生安全故障的主要措施是通过人工隐患排查，没有预警信息，由于电气线路隐患存在广泛、隐蔽、持续和动态等特性，电气火灾隐患排查的实际成效有赖于排查人员的工作经验以及排查对象(物)所处状态等[9]。因此，常规的专业电工巡检和排查方法均无法做到线路全面监测和24 h持续监测，即使医院后勤配备专业电工队伍也无法实现完全解除电气火灾隐患。故障事件处理时间表见图3。

5G超低时延和高可靠性的信息传输特性，有助于降低电力系统潜在停电影响的范围和时长，当配网局部发生故障时，5G通信系统使得毫秒级自动定位并隔离故障成为可能，从而保障非故障区域的不间断供电，可大幅度提高应急效率[10]。同时，借助智能配电预警系统的信息发布可直接将预警信息推送到所有相关管理人员的电脑和手机等终端，有利于应急处置工作的开展。医院开关站于2018年12月20日发出故障预警，借助智能配电预警系统，仅用5 h即完成检修并恢复用电，其处理时间表见图4。

图3 故障事件处理时间表

图4 故障预警事件处理时间表

对比上述案例，图3案例所示由于没有故障预警系统，故配电系统厂家工作人员无法预知故障发生原因，花费较长时间做准备工作及现场检修与故障排除。图4案例中利用物联网的智能化技术和5G快速运行模式，可根据当日操作，实时更新变电站的检测结果，在检测的同时，将检测数据和结果传送至相关维修人员，以便其及时分析检测数据，并决定是否进行维修。物联网和5G的结合，提高了检测效率，明确了检测结果，有效保证了变电站的安全使用。

3.2 实时数据监控与挖掘节能潜力

因5G传输速率快且延迟低，使电力消耗数据实时采集、准确统计、综合分析和协同控制得以实现[11]。在此基础上，医院可通过建立电力消耗数据库，掌握电力消耗历史用能规律，预测未来电力消耗情况，判断是否存在电力资源不合理使用或电力资源浪费情况，进而挖掘医院节能潜力和节能方向，优化运行管理和用电设备管理模式，管理和技术手段并用，降低电力资源消耗，进一步完善医院运营成本控制[12]。同时，集中监控，进行数字化巡检，移动运维，班组重新优化整合，减少人力配置，降低医院人力运行成本[13]。

4 5G时代医院智能配电系统建设关键过程

4.1 深化设计

深化设计作为智能化配电系统建设的一个重要阶段，在整个系统建设过程中举足轻重，其开展情况直接决定系统的整体架构[14]。而建设目标、原则和设计思路的不明确，成为本阶段工作开展的主要难题。

医院应向已有类似成功案例的企事业单位、高校或其他医院学习，调研其在本阶段应对上述难题的具体举措，结合自身实际情况明确建设目标和原则，设计时硬件的先进性、软件的适用性、信息的安全性、系统的可操作性、系统的稳定性、系统的经济性及计量表计的可扩展性等综合考虑[15]。

4.2 组织施工

医院作为一个特殊场合，具有内部活动人员多且流动性大、配电系统复杂、分散和计量点位多等特点[16]。如何在保证建设工作正常推进的同时，减少对临床医疗业务开展的影响，是本阶段的主要难点。

在阶段性工作开展过程中，医院和系统承建单位应通力合作，积极开展资料收集和现场勘查工作，制定切实可行的施工组织方案，明确硬件设备安装方式、方法和步骤，并根据施工图纸，明确安全要求并制定应急预案，保证建设工作正常推进的同时，对医院医疗业务的开展不构成影响。医院智能配电系统建设电表安装分级设计方案见表1。

表1 医院智能配电系统建设电表安装分级设计方案

4.3 软件搭接

软件功能模块的搭建关系到系统交付使用后的实际利用价值。如何对配电系统进行分项建模，是本阶段工作开展的一大难点[17]。在开展阶段性工作时应充分解析相关指导性文件，并结合医院用能特点，建立既有配电系统主要特点又有医院特色的用电分项模型。

4.4 系统调试与试运行

作为系统建设的尾声阶段，调试与试运行的结果直接决定了该系统能否通过竣工验收。调试性工作在此阶段易发生以下3种情况，使调试难度增大，试运行期限延长，进而影响系统建设的整体进度：①计量表计实施数据、回路名称、配电箱柜位置编号及开关分合闸状态等软件平台显示信息与现场实际不符或缺失；②计量表计实施数据采集频率不一致，时高时低或部分采集回路高，部分采集回路低[18]；③系统软硬件稳定性差等[19]。

智能配电系统建设进行到此阶段，医院和系统承建单位双方应仔细研究设计文件、图纸资料、工程变更文件和系统软硬件说明书等技术资料[20]。编写系统调试大纲，明确调试程序、测试项目、测试方法、协调方案、技术标准和技术指标等关键性内容，高效开展系统调试和试运行工作[21]。

5 结论

5G时代为建设医院智能配电系统提供了更加先进的技术支撑，医院在建设智能配电系统过程中，应对建设目标和关键性过程进行把控，分析各环节可能遇到的问题和困难，进而制定切实可行的应对办法和措施，使医院智能配电系统建设更切合医院实际。