上海某大型综合医院供配电系统设计
2021-05-13戴乾帆
戴 乾 帆
(筑博设计股份有限公司 上海分公司, 上海 200070)
0 引 言
医院是与日常生活有着密切联系的配套建筑。一些大型城市,因庞大的人口基数往往需要建设一些大型综合医院,以满足人们的日常生活需求。医疗建筑供配电系统设计因其具有一定特殊性、复杂性,电气设计人员要引起重视。本文结合上海某大型综合医院项目,介绍了医疗建筑供配电系统设计。
1 工程概况
上海某大型综合医院分一、二期建设,建筑总面积约为123 019 m2,本次设计范围为一期建筑内容,总面积为99 799 m2,地上建筑面积为66 540 m2,地下建筑面积为33 259 m2。一期建筑地上12层,其中裙房5层,塔楼7层,建筑总高度为68.6 m,一类高层建筑,主要功能为门急诊、医技、手术、检验、科研及住院病房等;地下2层,-1F层高为6.8 m,-2F层高为4.8 m,主要功能为地下停车库、设备用房、职工餐厅、营养厨房、库房及人防等;医院床位数600个,医院等级为三级。
2 负荷等级的确定
医疗、医技、净化设备等用电负荷等级主要依据JGJ 312—2013《医疗建筑电气设计规范》[1]相关要求来确定,其余客梯、安防、水泵等设备用电负荷则主要依据GB 53148—2019《民用建筑电气设计标准》[2]中一类高层建筑相关要求来确定。项目负荷分级具体如下。
(1) 一级负荷。消防设备、弱电系统用电、重症加强护理病房(ICU)抢救、急诊急救、实验室、手术室、手术准备室、血液病房、走道照明、疏散照明、疏散标志、真空吸引、污水泵、客梯、洁净室通风系统、影像科、放射治疗室、核医学室等诊疗设备及照明用电、净化空调设备。其中ICU抢救、急诊急救、实验室、手术室、手术准备室、血液病房等场所中涉及患者生命安全的设备及其照明用电作为一级负荷中的特别重要负荷配电[3]。
(2) 二级负荷。包括影像科诊断用电设备;中心(消毒)供应室、采暖锅炉及换热站、空气净化机组、贵重药品冷库、太平柜等用电负荷。
(3) 三级负荷。除一、二级负荷以外的普通照明、动力等负荷。
3 供电电源及高压配电系统
高压配电系统设计宜结合整个院区及未来发展规划统筹考虑,可避免未来高压系统重新设计。该项目为大型综合医院,变压器装机容量指标一般为80~120 VA/m2,统筹一、二期建设考虑,总用电容量约为14 000 kVA。该项目建设地点为上海,根据地方供电相关规定并考虑院区未来发展,申请两路独立35 kV专线电源作为供电电源,两路电源互为备用。地上设置35 kV电业开关站1座,用于市政电源进线接驳分配。-1F西侧设置35/10 kV用户变电所1座,内设2台8 000 kVA变压器。同时为便于管理,项目10 kV电网分配也在该变电所内完成,并在高压进线处设置总的高压计量。高压主接线采用单母线分段运行,每段母线均馈线至10 kV变压器及高压冷冻机组配套柜,两段高压母线中间设联络开关与10 kV主进线开关之间电气及机械连锁,结构简单,便于管理。高压配电系统示意图如图1所示。
图1 高压配电系统示意图
4 10/0.4 kV变配电系统
项目一期设置10/0.4 kV变电所2座,共计8台变压器,总容量为12 100 kVA,具体配置及供电范围如下:1#变电所位于-1F西侧,内设4台1 600 kVA变压器、主要为西北侧塔楼、相应裙房区域及部分地下停车库供电;2#变电所位于-1F东侧,内设2台1 600 kVA及2台1 250 kVA变压器,主要为东北侧塔楼、相应裙房区域及部分地下停车库供电。变压器低压主接线采用单母线分段运行,中间设联络开关,低压主进线开关与联络开关之间设电气及机械联锁,平时分列运行,当一台变压器故障时,另一台可承担一、二级负荷用电。
10/0.4 kV变配电所负荷配置需结合医疗项目中负荷性质、容量大小、供电半径等因素统筹考虑。如手术室、ICU、急诊急救等特别重要负荷会尽量集中分配在一组或多组变压器内,这样可相对减少应急母线,具体则需结合项目实际情况,特别重要负荷总容量大小,负荷分布情况等因素进行判断。另外,医疗建筑中医技诊断设备会产生较多谐波,设计时需考虑防治措施,通常做法是在变压器低压母线上加装有源滤波器,有源滤波设备需估算容量并预留安装位置。所以,对这类医技设备较为集中的配置并整治也是有必要的。
综上所述,该项目变电所负荷配置基本原则为:变电所供电范围按区域划分,以就近供电为原则;每组变压器,按特别重要负荷,消防负荷及医技诊断设备这三类负荷进行集中配置,以减少应急母线和对谐波源集中整治为原则,使电气主系统更为经济合理,便于施工。低压配电系统示意图如图2所示。
图2 低压配电系统示意图
5 应急电源系统
为满足大型医院一级负荷中特别重要负荷连续供电的要求,需设置应急电源系统。该项目设置柴油发电机组、不间断电源(UPS)、应急电源(EPS)。-1F柴油发电机房内设置2台柴油发电机组(其中一台常载功率为1 500 kW,备载功率为1 650 kW;另一台常载功率为1 200 kW,备载功率为1 340 kW)供医院内手术、抢救、重症监护、血液病房、消防设备、弱电系统等一级负荷用电。需要说明,2台柴油发电机组并机运行通常会采用相同功率的机组,但该项目因考虑业主未来可能会采用磁悬储能飞轮装置结合柴油发电机组作为医疗特别重要负荷的应急电源。如果采用该系统,2台柴油发电机组将无法并机运行,需按医疗特别重要负荷及消防设备负荷分别设置,故目前按此条件设置,预留未来改造的可能性。根据JGJ 312—2013《医疗建筑电气设计规范》要求,对于三级医院,柴油发电机组供油时间应大于24 h,经与业主及建筑专业沟通后,另在院区室外隐蔽处设置埋地储油罐以满足要求。市电中断后,柴油发电机组起动时间往往需要数十秒,而一些特别重要医疗负荷要求自动恢复供电时间≤0.5 s。因此,该项目在手术室、急诊抢救、ICU等末端配电箱处还设置UPS,以满足连续供电切换时间的要求。UPS额定功率根据负荷性质、用途来选择,应急供电时间为30 min。应急照明采用柴油发电机结合EPS集中电源的形式作为其应急电源,EPS持续供电时间不小于90 min。此外,该项目被列为市重大工程,应尽可能保证其在应急状态下的供电可靠性。经与业主沟通,除上述应急电源外,另为重要负荷预留应急发电车接驳条件。在1F靠近外墙处设置应急发电车机房,机房可直通室外,同时在机房内预留应急母线接口,待深化设计后接至应急发电车配套柜。这样,对医院供电的可靠性又多了一重保障。
6 低压配电系统
该项目低压配电系统采用放射式与树干式相结合的方式,原则是对于重要负荷或单台容量较大的负荷采用放射式供电,对于照明及一般动力负荷,采用树干式与放射式相结合的供电方式,同时设置能耗监测管理系统,对空调用电、动力用电、照明插座用电和特殊用电分项分区域进行计量。
根据规范要求,大型诊疗设备应采用专用回路供电。该项目中CT、DSA、MRI等诊疗设备均由变电所放射式双回路供电,部分设备(如MRI)除主机外还配备冷水机组,也须按专用两回路供电。诊疗设备配电柜(箱)的安装位置通常是在相应设备机房内或控制走廊附近,设计时还需考虑末端有源滤波设备的安装位置。诊疗设备的隔离保护开关整定值需根据其瞬时负荷及持续负荷相应参数来确定,而导体截面需考虑设备内阻和压降适当放大。
手术室,重症监护室,急诊抢救等重要负荷采用柴油发电机组、变电所两路专用回路及UPS相结合的供电方式。手术室设置总配电柜,由总配电柜放射式供电至每个手术室专用配电箱,配电箱设置在清洁走道上,不可设置在手术室内。重症监护室,急诊抢救则按区域集中设置配电柜放置于专用UPS间内。对于手术室、重症监护室、急诊抢救中一些2类医疗场所负荷,还需设置局部IT系统并配置绝缘故障检测装置,以保障患者的人身安全和供电可靠性。
7 结 语
本文结合实际项目,对医疗建筑供电配系统进行了介绍,电气设计人员应以供配电的可靠性、安全性为准则,在满足规范标准的前提下合理规划布局优化设计,使其更具经济性和可操作性。