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文/孙海龙 中国建筑设计研究院有限公司 随着中国社会经济的快速发展、人民生活水平的不断提高以及人口老龄化加速，政府持续加大卫生投入、鼓励社会资本进入医疗领域。2020年的新冠疫情，进一步加快了应急医院、综合医院的建设速度。笔者作为电气专业负责人全程参与了同济贵安医院的设计工作，通过项目建设总结经验与利弊得失，思考传统供配电系统、手术部配电系统等设计的进一步优化以及智慧配电技术应用的可行性，以下阐述一些个人的思考和心得，以供参考。 项目一期建筑面积37.3万m2，地上建筑面积21.6万m2，地下建筑面积15.7万m2，建筑高度72.6m，1500床。主要由门急诊医技综合楼、医技综合楼、一号病房楼、行政办公楼、倒班宿舍、感染疾病楼、能源中心等组成。 根据GB/Z 29328-2012《重要电力用户供电电源及自备应急电源配置技术规范》（现已更新至2018 版）5.2.1条：“根据供电可靠性的要求以及中断供电的危害程度，重要电力用户可分为特级、一级、二级重要电力用户和临时性重要电力用户”。本工程为三级甲等医院，中断供电可能引发人身伤亡，应定义为一级重要电力用户。按附表C.1建议采用双重电源供电，互供互备，尽量配备备用电源自动投切装置。 本工程设计由市政引来2组双重10kV专线电源（共4路），每组双重10kV电源互供互备，当一路电源损坏时，另一路电源不致同时损坏。第1组双重10kV电源为西区供电，承担 1#~3#、6#、7#变电所电力供应，第2组双重10kV电源为东区供电，承担 4#、5#、8#变电所电力供应。变压器总装机容量34600kVA，各变电所容量、位置及10kV电源规划，详见表1。
在与当地贵安新区供电公司对接的过程中，供电公司提出当地电网存在用户申报变压器容量较大但变压器实际运行负载率普遍较低的情况，对供电间隔浪费较严重。本项目地理位置位于新区，周边居民较少，患者主要由城区医院介绍、转院而来，预测项目运营初期门诊、住院人数不高。基于此现状，经各方讨论，供电公司提出了近期过渡的供电方案，即从220kV 汪官变和110kV 湖潮变各出一路10kV 专线电源对同济贵安医院进行供电，待客户负荷达到设计负荷的60%时启动第三、四条10kV专线建设10kV过渡方案电源接线方式详图 1。
图1 10kV过渡方案电源接线
图2 变电所、柴发机房、储油罐规划 根据JGJ 312-2013《医疗建筑电气设计规范》第4.4.2条规定，除一级负荷中特别重要负荷外，工程中部分较为重要的一级负荷，如消防、安防、智能化、重要医疗场所、重要保障设施（客梯、生活水泵）等，建议也纳入柴油发电机组的供电范围。以一类高层医院为例，柴油发电机组供电范围的建议详见表2。  柴油发电机组容量应按非火灾状态与火灾状态分别做负荷计算，取大者作为机组容量选择的依据。需注意，火灾状态时仍需保障安保负荷、手术室、ICU 等涉及患者生命安全的负荷不可切除。以表2为基础，在不同状态下柴油发电机组需保障的负荷建议：(1)非火灾状态:①+②+④+⑤+⑥+⑦+⑧; (2)火灾状态: ①+②+③+④+⑤。 经负荷计算，本工程变压器容量指标为93VA/m2，下文梳理了近年来部分国内医院变压器负荷密度以及实际运营数据，详见表 3~4。
由表3统计数据可见，医疗建筑电气设计中，变压器负荷密度多集中在80~100VA/m2。质子中心因特殊医疗设备指标高于平均值，病房楼等诊疗设备较少，指标低于平均值。由表4统计数据可见，仅有一个单体案例最大高峰用电指标超过60VA/m2，多数案例分布在30~60VA/m2。结合表3~4的数据分析，综合型医院单位面积指标宜按80~100VA/m2估算，医技综合楼（无地下车库、病房等）或者有“N－1”要求的医疗建筑可适当将指标放大。 变电所作为电力系统的重要组成部分，其运行维护、管理水平直接关系到供配电系统的安全性、稳定性。从电网角度来看，电力公司早已实现无人值守的变电站，而量大面广的用户侧变电所仍处于监管的盲区，各项技术数据的统计也无法深入到用户供配电系统，因此智慧配电技术的应用有其现实性及必要性。常见的智慧配电技术有以下几种形式。 (1) 以常规断路器为核心，以太网架构详见图3。基于物联网的数字化配电解决方案，结合控制技术、云计算和大数据分析与服务等，将配电系统中的智能设备互联互通，实现主动性高效维护，保障配电运行更加安全、可靠，全方位改善配电系统。
图3 智慧配电系统典型架构（一） (2) 以物联网断路器（设备）为核心，无线网架构详见图 4。通过无线互联网云平台实现用电设备管理集成，形成全面监测、远程诊断、设备全生命周期管理等新型能力，实现生产用电管理各环节的互联互通。云服务提升管理协同水平，将故障预警、远程运维、质量诊断、远程过程化等在线服务优化增值。
图4 智慧配电系统典型架构（二） (3) 以智能仪表为核心，以太网架构详见图 5。采用典型的三层网络分布式结构，由智电终端、数据采集器和上位机系统组成，采用集中管理、分散控制的组织管理模式，可实现全方位监测、精细化保护、智能化控制、智慧化一体化管理四大功能。通过高精度的能耗数据采集和处理、多角度能耗情况分析、节能措施建议、条件控制自动节能等多个环节的紧密联结，构成节能降耗的闭环体系
图5 智慧配电系统典型架构（三） 以上各种智慧配电系统架构，均能在不降低传统供配电系统功能的基础上，利用物联网、人工智能、现代通信、大数据、云计算等新技术，实现系统的智能化、数字化。本工程采用以仪表为核心的智慧配电系统（系统形式三) 。 医疗建筑中断供电可能引发人身伤亡，所以对供电的安全性、可靠性要求极高。建议二级以上医院采用双重电源供电、互供互备，同时设置柴油发电机组作为自备电源。对于干部保健基地、国际医疗中心等高端医疗建筑，如院方提出更高的供电安全性、可靠性要求，可设置三路电源进线，组成两用一备的运行方式，进一步提升供电安全性。 医疗建筑低压母线通常采用单母线分段方式，中间设母联。柴油发电机组与市电转换分别设置非消防备用母线与消防应急母线。详见图6。
图6 医疗建筑低压配电系统典型接线方案 系统设计时，还应重点关注国家对绿建、低碳等相关方面的要求，在变配电室选址、能耗分区和分项计量、变压器节能标准、照明功率密度、可再生能源利用等方面给予重点关注，确保满足GB/T 51153-2015《绿色医院建筑评价标准》中的相关要求。另外，根据国家“碳达峰、碳中和”的相关要求，医疗建筑可在屋顶等区域设置光伏系统，采用380V低压并网方式运行。通过光伏发电，减少市电使用，节省市电费用，减少碳排放。 医疗建筑常用诊疗设备数量多、负荷大，对配电的要求也不尽相同。要做好常用诊疗设备的配电设计，需要充分了解其分类、主要内部结构、工作特性等。按设备类别划分，常用诊疗设备可分为四类: 医用磁共振成像设备、医用X射线设备、医用高能射线设备、医用核素设备。 配电原则:(1) 大型诊疗设备应采用专用回路供电; (2) 诊疗设备的电源系统应满足设备对电源内阻或线路允许压降的要求;(3) 连续工作制设备:按设备负荷进行断路器参数整定;(4) 断续反复工作制设备: 按设备瞬时负荷的50%和持续负荷的100%中较大值进行断路器参数整定。 结合工作特性、负荷等级、配电原则以及科室归属等，对常用诊疗设备的配电进行梳理，详见表5。
JGJ 312-2013《医疗建筑电气设计规范》表4.2.1中规定，二级以上医院手术室、术前准备室、术后恢复室、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其照明用电为一级负荷中特别重要的负荷，其他属于一级负荷。医疗场所类别划分中手术室属于2类医疗场所，手术室内涉及生命安全的电气设备及照明自动恢复供电时间T≤0.5s，不涉及的要求自动恢复供电时间0.5s＜t≤15s。 手术部供电系统按UPS设置位置划分，可分为集中式和分布式，按IT系统与非IT系统的组合方式划分，可分为共用配电箱及分设配电箱方式。 集中式 UPS 适用于大型手术部。其优点是可独立设置UPS间并设置空调，有利于散热、维护、检修、降噪等。弊端是当UPS故障时，受影响区域较大。典型系统详见图7。
图 7 手术部集中设 UPS，IT 系统与非 IT系统共用配电箱方案 分布式UPS采用专用配电箱一对一配置UPS。其优点是供电可靠性高，单台UPS 故障时不影响其他手术室。弊端是UPS总安装容量大、投资高，UPS嵌墙安装于手术室清洁走廊侧，散热条件较差，如后期运维不当可能产生安全事故。典型系统详见图8。
图 8 手术部分布式设UPS，IT系统与非IT系统共用配电箱方案 IT系统与非IT系统分别设置配电箱（可共用箱体）:把手术室内治疗与非治疗用电分开，是节约投资成本、降低三相不平衡因素的有效措施。此方案中，当TN-S 系统发生过载、短路等故障时，对IT系统的影响较小，可进一步增强手术室供电安全，推荐采用。典型系统详见图9。
图 9 手术部集中设UPS，IT系统与非IT系统分设配电箱方案 手术室、ICU对供电安全性、连续性要求较高，可考虑设置手术部智慧配电系统,既可对系统内各设备进行集中监控、集中管理、显示告警信息以满足规范要求，又可对手术室供电的电能质量进行保障，实现谐波抑制、稳频稳压、后备供电、正弦能量补偿、IT隔离供电等功能。典型系统详见图10。
图10 手术部智慧配电系统示意图 本工程人防工程设置在地下二层西北角，合计建筑面积8492m2。1#防护单元: 平时为汽车库，战时为中心医院。2#防护单元: 平时为汽车库，战时为二等人员掩蔽所。3#防护单元: 平时为汽车库，战时为二等人员掩蔽所。 医疗建筑的人防地下室具有其特殊性，战时中心医院、急救医院、救护站等人防工程较为常见。人防固定电站功能较复杂，需机电各专业与建筑专业密切配合，下文主要介绍人防固定电站设计时的土建配合、配电系统构建等，供大家参考。 7.1 土建配合 (1) 固定电站选址 柴油电站的位置，应根据防空地下室的用途和发电机组的容量等条件综合确定。柴油电站宜独立设置，并与主体连通。柴油电站宜靠近负荷中心，远离安静房间。 (2) 固定电站内部主要功能划分 1) 控制室: 固定电站的控制室宜与发电机房分室布置。其控制室和人员休息室、厕所等应设在清洁区; 控制室内配电柜平时安装到位。 2) 发电机房: 发电机房和贮水间、储油间、进/排风机室、机修间等应设在染毒区。当内部电站的控制室与主体相连通时，可不单独设休息室和厕所。机组不少于 2台，平时安装到位。 3) 贮油间: 贮油间宜与发电机房分开布置; 严禁柴油机排烟管、通风管、电线、电缆等穿过贮油间。燃油可用油箱、油罐或油池贮存，其数量不得少于两个。贮油时间 7～10d，位于染毒区。 (3) 电缆通道: 分别设置强电、弱电防爆波电缆井，为临近人防工程战时电源提供条件，尽量贴临控制室、防化值班室等。贮油间不允许电缆穿越，故不要与其贴临。 (4) 控制台: 控制室内设置控制台，用于柴油发电机组隔室操作平台。 (5) 观察窗: 控制室与发电机房之间应设置密闭隔墙、密闭观察窗和防毒通道。 (6) 进风、排风、排烟扩散室: 用于柴发机房的进风、排风、排烟等。 7.2 人防固定电站配电系统构建 人防固定电站配电系统分为平时电源和战时电源，配电系统平时安装到位，战时逐步转换。 在科学技术飞速发展的今天，医疗建筑的供配电设计既要对医疗建筑用电设备的特点进行全面梳理，掌握传统的配电知识，又要学习掌握物联网、人工智能、大数据、云计算等为代表的新技术、新科技，让新技术、新科技服务于供配电系统设计，实现供配电系统的智能化、数字化。 作者水平有限，如有不当之处，敬请批评指正。 作者简介 孙海龙，医疗科研建筑设计研究院机电所所长，教授级高级工程师。 本文引用格式： [1]孙海龙.医疗建筑供配电系统设计探讨[J].智能建筑电气技术,2021,15(06):25-31.
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