王晶晶
安科瑞電氣股份有限公司
0 前言
為保障北京市醫(yī)療系統(tǒng)用電安全，北京市醫(yī)管中心和北京市醫(yī)院后勤管理質(zhì)控中心多次組織行業(yè)專家和專業(yè)單位，對北京市三十多家三級以上醫(yī)院進行了為期三年的用電安全隱患排查。這些安全隱患問題以《北京市醫(yī)院用電安全隱患分析》和《醫(yī)療場所電氣火災分析》為題發(fā)表后，引起了北京市醫(yī)療系統(tǒng)各級負責供配電的領導和工作人員高度重視，許多單位還多次組織行業(yè)專家和專業(yè)單位共同探討，圍繞提高重要醫(yī)療場所供電保障能力和大型醫(yī)療設備電能質(zhì)量獻計獻策，提出許多切實可行的醫(yī)院用電安全隱患消除對策。其中一部分建議，作者在參與北京市地方標準DB11/T527-2021《配電室安全管理規(guī)范》的修訂過程中已將其采納。
1 從應急電源設計入手，提高重要醫(yī)療場所供電保障能力
1.1對UPS/EPS安裝位置進行規(guī)劃設計
某醫(yī)院在初期規(guī)劃時UPS/EPS系統(tǒng)采用分布式安裝，并設計了各UPS/EPS機房位置。但在系統(tǒng)BIM仿真后，發(fā)現(xiàn)分布式無法實現(xiàn)。系統(tǒng)提示：400kg/m2的樓板承重設計載荷無法安裝手術(shù)室和搶救室UPS，其主機自身差不多有1噸，配套電池更是重達數(shù)噸，樓板加固處理起來難度很大。醫(yī)院負責運維的領導也指出，作為一家大型醫(yī)療場所分布式安裝UPS/EPS管理難度大，需配備UPS/EPS的搶救室、手術(shù)室、ICU、RCU、CCU、NCU、導管介入室、DSA及消防系統(tǒng)分布在不同醫(yī)技科室，位置分散造成運維人員不足，同時也會增加管理難度。經(jīng)各方專家會商決定，在人員密度和危險度較低的停車場，建設由電池、電池管理系統(tǒng)(BMS)、儲能變流器(PCS)及智能化管理系統(tǒng)組成的儲能電站。
據(jù)醫(yī)院特殊需要，儲能電站進行了特殊設計：在儲能變流器(PCS)后串接濾波模塊，保證了醫(yī)療設備的供電質(zhì)量；儲能電站容量設計為供電負荷的1.5倍，保證重要負荷的“n+1"安全冗余；電池管理系統(tǒng)(BMS)將電池分為五個模組，根據(jù)應用環(huán)境可自動選擇工作模式，使儲能電站同時兼具不間斷供電、應急供電和用電調(diào)峰的功能；為防止切換過程中產(chǎn)生的“閃變"，模組切換開關并接了電容。
儲能電站建成后實現(xiàn)了“平戰(zhàn)結(jié)合"。既可用電調(diào)峰、節(jié)省用電成本，還可進行不間斷供電和應急供電。首先實現(xiàn)了UPS/EPS系統(tǒng)的全部功能，即為ICU、EICU、NICU、住院手術(shù)室、門診手術(shù)室、DSA、檢驗科、信息中心機房、弱電井道和消防保衛(wèi)系統(tǒng)提供應急電源和不間斷電源；其次，通過調(diào)節(jié)峰谷用電時間節(jié)約近三分之一的用電費用；再次利用智能化管理系統(tǒng)節(jié)省了近半數(shù)人力；另外，儲能電站容量大又可以較長時間供電，故可省掉原來計劃購買應急發(fā)電機的開支。
1.2UPS和EPS不能混用
在醫(yī)療場所，既有為重要醫(yī)療場所提供應急保障的UPS系統(tǒng)，也有根據(jù)消防部門要求建設的EPS系統(tǒng)。兩者功能、適用場合和安全等級不同，但筆者在許多醫(yī)院發(fā)現(xiàn)UPS和EPS混用濫用的現(xiàn)象。UPS和EPS的主要區(qū)別如下：UPS電源一般用于醫(yī)院智能性電子負載，如醫(yī)療設備、電腦、服務器等。EPS一般用于消防保安設備，應急照明和事故照明等；UPS根據(jù)所保護的設備要求而設計，有三大功能：穩(wěn)定供電電壓和頻率、克服電壓暫降、過濾電源諧波。EPS根據(jù)消防規(guī)范要求設計，以消防應急類的一級負荷為目標，功能是提供獨立回路的供電系統(tǒng)。EPS能夠提供應急電源，只能實現(xiàn)持續(xù)供電、沒有改進設備供電質(zhì)量的功能。
EPS電源與UPS電源兩者都具有電子旁路、維修旁路及逆變?nèi)N工作模式。在功能上的區(qū)別是：EPS電源具有持續(xù)供電功能，平時采用旁路供電，市電停電時才轉(zhuǎn)為逆變供電。UPS電源平時處于在線狀態(tài)，失去市電后繼續(xù)供電、但會發(fā)出告警；UPS電源逆變后直接供應負載，冗余較小、發(fā)熱量低、無須阻燃、不需要互投功能。EPS電源在失電后才連接負載，逆變器冗余大，對有變頻啟動的電機負荷、機殼和導線瞬時發(fā)熱量變大，需要有阻燃措施，同時要配置多路互投功能，方便與消防聯(lián)動。
1.3工頻UPS和高頻UPS不能選錯
目前，UPS從結(jié)構(gòu)上通常分為工頻和和高頻。二者從原理、結(jié)構(gòu)和應用場合都有本質(zhì)的不同，根據(jù)不同的負荷設備，慎重選擇。工頻UPS基于變壓器，即升壓隔離變壓器。此外還包括可控硅整流器、逆變器和旁路電路。因其整流器和變壓器工作頻率均為50Hz，與電網(wǎng)頻率一致，所以叫工頻UPS。高頻UPS無變壓器，升降壓基于電池電壓變換器，此外還包括高頻整流器、逆變器和旁路電路。高頻UPS相比傳統(tǒng)的工頻UPS，由于整流頻率在10kHz以上，甚至高達上百kHz而得名。許多數(shù)據(jù)中心服務器要求零地電壓小于1V，如果選擇高頻UPS，由于引入的整流器零線是正負母線的中性點，整流器和逆變器的高頻諧波在零線上耦合，零地電壓被諧波疊加升高，負載端零地電壓也因此升高，從而使服務器無法正常工作。
UPS的對外干擾一般有兩種，一種是聽得到的機械噪聲、一種是聽不到的電噪聲。工頻UPS會產(chǎn)生這兩種噪聲，以可控硅整流器產(chǎn)生的諧波為主體，電噪聲會影響機器的穩(wěn)定度，也會對電力系統(tǒng)的其它設備造成干擾；變壓器鐵芯和散熱風扇產(chǎn)生的機械噪聲影響人的身心健康，降低工作效率。高頻UPS的工作頻率在20kHz以上，這個頻率范圍是人耳聽不見的，不會產(chǎn)生環(huán)境噪音；高頻UPS的功率因數(shù)可達0.99以上，無功功率很小，不會對其他設備產(chǎn)生干擾。對于影像設備，如果選用工頻UPS，就會由于出現(xiàn)無法消掉的橫帶干擾，最終使醫(yī)療影像設備無法正常工作。
綜上分析，對醫(yī)療場所，除醫(yī)院信息系統(tǒng)機房和相關設備選用工頻UPS外，其余都應配置高頻UPS。
2 采取專項治理，提升大型醫(yī)療設備供電質(zhì)量
2.1消除閃絡，減少精密醫(yī)療設備的損壞
消除閃絡的方法主要有UPS（不間斷電源）、STS（靜態(tài)切換開關）、SVC（靜止無功補償器）、AVC（自動無功補償器）、CVT（諧振變壓器）、MG（電動機發(fā)電機組）、TCR（變壓器分接頭調(diào)節(jié)器）和DVR（動態(tài)電壓恢復器）等。
根據(jù)醫(yī)療場所的特點，推薦使用電容儲能式動態(tài)電壓恢復器（DVR）。它采用電容作為儲能單元。閃絡發(fā)生時DVR處于逆變供電模式，電容的能量經(jīng)DVR轉(zhuǎn)換為標準電壓源給負載供電。供電恢復正常范圍內(nèi)時，DVR處于旁路模式，電網(wǎng)直接給負載供電，同時DVR從輸出側(cè)獲取能量給電容充電。這種電容儲能式DVR可智能跟蹤電壓暫降，保護策略完善。采用直流電容進行穩(wěn)壓，性能上比傳統(tǒng)的電池元件更加穩(wěn)定，壽命也更長，維護成本與維護工作量也大為減少。系統(tǒng)供電電壓正常時，DVR處于旁路狀態(tài)，只有發(fā)生電壓暫降時啟動補償機制。只有在此時裝置核心部分才被喚醒，這種特殊的工作機制可大幅度的提高設備整體的壽命。
IEEEStd1668對額定電壓低于1kV用電設備的電壓暫降耐受能力測試進行了規(guī)定，在采購精密醫(yī)療設備時，應當要求設備廠家依據(jù)中國電源學會團體標準TCPSS1008-2020《低壓電氣設備電壓暫降及短時中斷耐受能力測試方法》提交測試報告，并依據(jù)測試結(jié)果采取相應的設備保護措施。
2.2治理諧波，使醫(yī)療設備運行安全
目前諧波治理方法按技術(shù)手段可分為無源濾波（PF）和有源濾波（APF）；按治理策略又可分為高壓母線治理、低壓母線治理和就地治理。
有源濾波（APF）是利用現(xiàn)代控制論的方法，根據(jù)輸出端數(shù)據(jù)反饋的結(jié)果，智能調(diào)節(jié)器采用一系列智能算法，自動在系統(tǒng)中產(chǎn)生一個大小相同、相位相反的諧波分量注入系統(tǒng)，以此抵消系統(tǒng)中的諧波成分，達到消除諧波的目的。APF治理策略有高壓母線治理（在變壓器的上端，高壓（10kV）母線上治理諧波）和低壓母線治理（在變壓器的下端，低壓母線上治理諧波），它能迅速補償或者抵消所需的諧波成分，實現(xiàn)快速治理諧波的目的。
作為有源補償裝置，不僅可跟蹤負載產(chǎn)生的諧波電流，而且可對外來侵入的諧波電流進行跟蹤補償。由于醫(yī)療場所諧波源主要是大型醫(yī)療設備，它們既怕諧波干擾，又產(chǎn)生大量工作諧波，采用智慧型APF來抑制諧波。這種有源濾波器能夠自動檢測、自動補償，不受諧波頻率的制約；在治理諧波的過程中不影響功率因數(shù)。對于諧波頻段不固定的大型醫(yī)療設備，部署一臺智慧型APF單機就可對抗2~51次全頻諧波電流，消除諧振對供電系統(tǒng)的危害。
無源濾波（PF）治理策略是就地治理，主要用于消除重點諧波源設備的諧波危害。對MRI、CT、伽瑪?shù)兜却笮歪t(yī)療設備，在其供電電源入口處裝設HTHF（設備級無源諧波濾波器）或?qū)Ｓ酶綦x變壓器，既可防止這些醫(yī)療設備工作時產(chǎn)生的諧波注入電網(wǎng)，又可降低其他諧波源對該醫(yī)療設備的影響。
消除醫(yī)療場所諧波的方法是找到源頭，治標先治本。一方面要降低電網(wǎng)和醫(yī)療設備的諧波分量，另一方面要提高醫(yī)療設備自身的抗諧波干擾能力。目前在醫(yī)療場所的諧波治理策略中，將非線性負載在設備端轉(zhuǎn)變成線性負載，既能防止醫(yī)療設備產(chǎn)生的諧波外竄，又能保證醫(yī)療設備不受外來諧波干擾，這也是目前理想化的諧波治理策略。
3 加強針對性培訓，提高醫(yī)院用電管理水平
由于醫(yī)療單位對供電安全和供電質(zhì)量的特殊要求，進行經(jīng)常性的針對性培訓，這對提升各類人員的業(yè)務水平和工作責任心尤為重要。醫(yī)療系統(tǒng)電力安全培訓可在增強重要醫(yī)療場所供電保障能力、促進供電質(zhì)量的提高以及利用供電智慧樹進行電力故障仿真等方面發(fā)力，從而進一步保障醫(yī)療供電系統(tǒng)安全。
首先，培訓可增強重要醫(yī)療場所供電保障能力。根據(jù)國家規(guī)定，醫(yī)院的搶救室、手術(shù)室、ICU、RCU、CCU、NCU、導管介入室、DSA屬于2類醫(yī)療場所，即最重要的醫(yī)療場所，斷電故障會直接危及患者生命。這些場所接入兩路以上市電電源，同時配備UPS（不間斷電源）和應急發(fā)電機作為后備電源，這就是通常所說的“四重保障"。大多數(shù)醫(yī)療單位在硬件上都滿足要求，但由于這些應急保障設備使用者與維護者的水平不足及責任心不夠，降低了這些重要醫(yī)療場所的供電保障能力。要想提升重要醫(yī)療場所的供電保障能力，不斷加強培訓，通過培訓努力提高使用單位的UPS管理水平，提高應急發(fā)電機維保單位的責任心，并提高運維人員對互投裝置的故障辨析能力。
其次，培訓可加強醫(yī)療設備供電質(zhì)量控制。醫(yī)院的大型醫(yī)療設備，如PET-CT、核磁共振、DR系統(tǒng)、CR、工頻X光機、推車式B型超聲波診斷儀、體外沖擊波碎石機、高壓氧艙和直線加速器等對供電質(zhì)量的要求很高，但由于醫(yī)院的供電質(zhì)量存在嚴重問題，直接影響著醫(yī)療設備的正常運行。通過針對性培訓，可讓醫(yī)院用電的管理者和大型醫(yī)療設備的使用者認識到供電質(zhì)量的重要性，學會排查由于供電質(zhì)量問題對大型醫(yī)療設備的干擾和破壞。最終實現(xiàn)以下目標：消除閃絡，保護精密醫(yī)療設備；減少諧波，保障大型醫(yī)療設備正常運行；處理三相不平衡，延長醫(yī)療設備的使用壽命。
為提高醫(yī)院供電系統(tǒng)的整體安全，應著力加強的培訓工作，積極發(fā)揮電力安全培訓作用，保障醫(yī)療供電系統(tǒng)安全，保障醫(yī)療系統(tǒng)提供醫(yī)療服務的及時性和穩(wěn)定性，推動其承擔為患者生命保駕護航的重要使命，構(gòu)筑更加健康的首都醫(yī)療生態(tài)圈。
4 推行柔性管理，提高醫(yī)院供配電系統(tǒng)的整體安全
醫(yī)院普遍存在用電環(huán)境復雜、用電設備種類繁多和用電管理專業(yè)人員匱乏的問題。因此有必要構(gòu)建醫(yī)院供配電柔性安全體系，即通過柔性安全的技術(shù)手段實現(xiàn)以下目標：運行狀態(tài)的可視性、運行邏輯的自發(fā)現(xiàn)、運行過程的可控性和運行故障的自修復。
4.1堅持科學評估，實現(xiàn)運行狀態(tài)的可視性
4.1.1確定醫(yī)院供配電可靠性指標體系
在邊界條件確定上，指標體系以醫(yī)院中的重要醫(yī)療場所和大型醫(yī)療設備供電為核心，以四重保障能力和電能質(zhì)量為重點，定義各項指標仿真態(tài)勢及逼近公式確定邊界約束條件。在參數(shù)選擇上，指標體系立足于北京市醫(yī)院供配電系統(tǒng)現(xiàn)狀，對數(shù)據(jù)進行有效性校驗，識別典型業(yè)務數(shù)據(jù)及故障數(shù)據(jù)，提取醫(yī)院供配電系統(tǒng)的基本特征，最終選擇了五類采樣節(jié)點和六類輸入接口。
4.1.2建立醫(yī)院供配電可靠性評估模型
采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡方法，也就是通過人工智能算法模仿人類神經(jīng)網(wǎng)絡的思維邏輯，并進行簡化、抽象和模擬，利用各元節(jié)點和軸突之間的相互傳導來處理信息，從而形成由節(jié)前神經(jīng)元、神經(jīng)元、節(jié)后神經(jīng)元、樹突和軸突構(gòu)成數(shù)學模型。這種模型呈現(xiàn)鏈式結(jié)構(gòu)，具有環(huán)境應激處理特性、知識網(wǎng)格存儲特性、數(shù)據(jù)冗余容錯特性和自我社會仿真特性等。
醫(yī)院供配電可靠性評估模型通過潮流計算等方法，對于正在運行的供配電系統(tǒng)，可判斷重要醫(yī)療場所的四重保障能力和大型醫(yī)療設備的電能質(zhì)量，如果有風險就會自動提醒醫(yī)院采取措施，調(diào)整運行方式。對于正在改擴建的醫(yī)院供配電系統(tǒng)，若將該模型與BIM系統(tǒng)結(jié)合，可為設計市電供電方案和電氣設備選型提供依據(jù)。該模型還可為定值計算、繼電保護調(diào)試、電力故障仿真等提供數(shù)據(jù)支撐。醫(yī)院供配電可靠性評估模型的輸出為：醫(yī)院供配電可靠性指標、重要醫(yī)療場所供電保障能力指標和大型醫(yī)療設備供電質(zhì)量評價指標。
4.1.3完善繳費渠道架設以及繳費服務布點
進行節(jié)點級設計是確定元節(jié)點類型，區(qū)分出節(jié)前元節(jié)點、元節(jié)點和節(jié)后元節(jié)點。元節(jié)點主要承擔組合和轉(zhuǎn)移的功能。組合功能是對節(jié)點信號進行組合，組合過程中要對節(jié)點輸入進行簡單加權(quán)；轉(zhuǎn)移功能是對節(jié)點信號進行輸出實現(xiàn)，轉(zhuǎn)移變換由節(jié)點的轉(zhuǎn)移因子決定。例如，對于重要醫(yī)療場所這種元節(jié)點，供配電四重保障能力的組合和轉(zhuǎn)移主要通過ATS(自動轉(zhuǎn)換開關）來實現(xiàn)。
進行結(jié)構(gòu)級設計是建立傳入樹突和傳出軸突組件，實現(xiàn)元節(jié)點的連接。首先確定模型的層數(shù)和各層節(jié)點數(shù)量，通過傳入樹突和傳出軸突實現(xiàn)元節(jié)點的連接。根據(jù)連接方式可分為饋入連接和饋出連接，饋入連接的上一層的元節(jié)點只與傳入樹突連接，元節(jié)點之間不直接連接，醫(yī)院中核磁和PET-CT等大型醫(yī)療設備屬于此種；饋出連接的各層元節(jié)點都可接入多重饋入，醫(yī)院中手術(shù)室和急救室等重要醫(yī)療場所屬于此種。
進行訓練級設計是選擇學習訓練算法，確定閾值、邊界條件、初始值以及模型的終止條件。我們已完成了樣本訓練，即提供供電系統(tǒng)實際運行的輸入和輸出數(shù)據(jù)作為訓練樣本。目前正進行知識學習方式，即在樣本訓練的基礎上，利用人工智能的方法，利用輸入的動態(tài)信息建立數(shù)學模型，并利用模型的反饋調(diào)節(jié)功能對輸入信息自動調(diào)整連接權(quán)值或閥值。完成以上工作后，醫(yī)院供配電管理部門就可堅持經(jīng)常性評估，實現(xiàn)運行狀態(tài)的可視性。
4.2建立供電智慧樹，實現(xiàn)醫(yī)院供配電運行邏輯的自發(fā)現(xiàn)
醫(yī)院供電智慧樹可解決醫(yī)院供電線路不清的問題。它用節(jié)點矩陣描述了醫(yī)院供配電系統(tǒng)各節(jié)點順序關系，用矢量矩陣描述了各節(jié)點的位置關系。因此，供電智慧樹模型可表明各層節(jié)點和鄰近節(jié)點的連接關系，如果底層節(jié)點負荷已知，利用逆向推衍可方便求出鄰近節(jié)點的負荷。供電智慧樹通過現(xiàn)場分支測試，建立供電樹的拓撲分層模型，最終在管理平臺上直觀展示完整的供配電拓撲結(jié)構(gòu)和設備參數(shù)。利用供電智慧樹算法，可快捷偵測各匯聚點的負荷指向及各節(jié)點負荷的組成情況；可方便地展示供電系統(tǒng)中的拓撲結(jié)構(gòu)，并將各分散的負荷有機地整合成完整的供電系統(tǒng)。
供電智慧樹在醫(yī)院供配電系統(tǒng)運行中也發(fā)揮了重要作用。正常運行時能監(jiān)視供電系統(tǒng)各支路負荷情況，并通過改變供配電系統(tǒng)的運行方式，實現(xiàn)負荷合理分配；在故障發(fā)生后能將故障分區(qū)管理，防止醫(yī)院出現(xiàn)大面積停電，并在恢復供電時幫助管理人員編寫送電指導文件，幫助操作人員進行仿真模擬演練，避免誤操作。供電智慧樹的實現(xiàn)算法將配電網(wǎng)的物理結(jié)構(gòu)和運行參數(shù)有機地結(jié)合，實現(xiàn)了從智能配電到智慧用電的飛躍。由于圖紙和技術(shù)資料的缺失，許多醫(yī)院無法編制針對重要醫(yī)療場所和大型醫(yī)療設備的供電應急演練方案，無法進行電力故障仿真。利用供電智慧樹拓撲結(jié)構(gòu)自動形成的功能，還可將其作為供電系統(tǒng)分析和電力故障仿真演練的重要工具。
4.3監(jiān)測斷路器的健康狀態(tài)，實現(xiàn)運行過程的可控性
醫(yī)院供配電系統(tǒng)中，斷路器占醫(yī)院配電系統(tǒng)資產(chǎn)總額的70%~80%。而80%以上的電力故障也是由斷路器引發(fā)，核心斷路器一旦發(fā)生故障就會造成大面積突然停電，直接威脅患者生命。目前，通過大數(shù)據(jù)技術(shù)可實現(xiàn)斷路器健康狀態(tài)監(jiān)測，即根據(jù)智能監(jiān)測平臺采集的斷路器平均負荷、操作次數(shù)和觸頭磨損等參數(shù)，通過建模，自動生成設備健康狀況曲線，及時給出小修、大修和退役等維護提示，實現(xiàn)了斷路器健康狀態(tài)在線監(jiān)測。
斷路器健康狀態(tài)監(jiān)測通過運行數(shù)據(jù)采集積累，利用線性回歸算法科學計算出斷路器全壽命周期曲線，可讓運維人員及時了解斷路器的目前狀態(tài)，提醒運維人員提前進行預防性維護。通過斷路器健康狀態(tài)監(jiān)測，運行維護工作可真正實現(xiàn)從“事故后搶修"到“事故前預防"的飛躍；可有效預防惡性安全事故。通過及時監(jiān)測斷路器的每次動作，根據(jù)系統(tǒng)故障預警，職能部門可及時組織有效檢查，將故障消滅在萌芽階段；可為優(yōu)化醫(yī)療設備的運行方式提供數(shù)據(jù)支持。在醫(yī)院，通過監(jiān)測斷路器的運行情況，所采集的大量斷路器運行數(shù)據(jù)反應了醫(yī)療設備運行規(guī)律，可籍此查找醫(yī)療設備故障的原因。如某醫(yī)院手術(shù)室中的高頻電刀工作狀態(tài)不穩(wěn)且經(jīng)常損壞，通過調(diào)取該回路斷路器健康狀態(tài)發(fā)現(xiàn)大量奇次諧波，諧波治理后高頻電刀工作狀態(tài)恢復穩(wěn)定。
斷路器健康狀態(tài)在線監(jiān)測通過自動評估斷路器的性能可實現(xiàn)科學的計劃檢修。斷路器健康狀態(tài)正常時不發(fā)生報警，沒有必要進行例行維修；斷路器健康狀態(tài)不正常時會立即發(fā)出預警信息，通知運行維護人員及時檢修，此種方法可避免過度檢修或檢修不足。如果堅持對斷路器進行周期性狀態(tài)評估和預防性維修，可將配電維修由“被動維修"變成“主動預防"，就可有效提高配電系統(tǒng)安全水平。
5 安科瑞AcrelEMS-MED醫(yī)院能源管理平臺
5.1平臺概述
AcrelEMS-MED醫(yī)院能源管理平臺充分結(jié)合《醫(yī)療建筑電氣設計規(guī)范》《綠色醫(yī)院建筑評價標準》、《醫(yī)院建筑能耗監(jiān)管系統(tǒng)建設技術(shù)導則》等行業(yè)規(guī)范、根據(jù)醫(yī)院用戶需求以及能源管理部門要求，采集分析能源、能耗、能效數(shù)據(jù)，監(jiān)測以電能質(zhì)量、智慧用電相關指標以及其他用能指標，并與國家能源政策與用能模式改革結(jié)合。能夠輔助醫(yī)院后勤管理人員進行能源供應系統(tǒng)及設備的運行管理工作，幫助醫(yī)院管理層實時掌握醫(yī)院的能耗情況，為醫(yī)院能源信息化建設和節(jié)能管理提供了良好的技術(shù)平臺。
5.2平臺組成
安科瑞醫(yī)院能源管理系統(tǒng)建立基于云平臺的“監(jiān)、控、維"一體化的能源管理系統(tǒng)，從數(shù)據(jù)采集、設備控制、數(shù)據(jù)分析、異常預警、運維派單、系統(tǒng)架構(gòu)和綜合數(shù)據(jù)服務等方面的設計，幫助醫(yī)院后勤管理部門了解醫(yī)院能源運行情況，關注消防和電氣安全，及時預警異常情況，提高運維效率。它集成了10KV/O.4KV變電站電力監(jiān)控系統(tǒng)、變電所運維云平臺，配電房綜合監(jiān)控系統(tǒng)，能耗管理系統(tǒng)，智能照明控制系統(tǒng)，智慧消防平臺，電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)，消防設備電源監(jiān)控系統(tǒng)，防火門監(jiān)控系統(tǒng)，消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)，充電樁管理系統(tǒng)，電能質(zhì)量治理解決方案，醫(yī)療隔離電源解決方案。
5.3平臺拓撲圖
5.4平臺子系統(tǒng)
5.4.1醫(yī)院電力監(jiān)控解決方案
電力監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對變壓器、柴油發(fā)電機、斷路器以及其它重要設備進行監(jiān)視、測量、記錄、報警等功能，并與保護設備和遠方控制中心及其他設備通信，實時掌握供電系統(tǒng)運行狀況和可能存在的隱患，快速排除故障，提高醫(yī)院供電可靠性。
電力監(jiān)控系統(tǒng)主要針對開閉所和10/0.4kV變電所，對高壓回路配置微機保護裝置及多功能儀表進行保護和監(jiān)控，對0.4kV出線配置多功能計量儀表，用于測控出線回路電氣參數(shù)和用能情況。同時對醫(yī)院重要設備如柴油發(fā)電機、無功補償裝置、有源濾波裝置、UPS、隔離電源系統(tǒng)狀態(tài)進行監(jiān)測。
5.4.2醫(yī)院變電所運維云平臺解決方案
AcrelCloud-1000電力運維云平臺采用多功能電力傳感器、無線通信、邊緣計算網(wǎng)關及大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，通過智能網(wǎng)關采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)并存儲在本地，再定時向云平臺推送數(shù)據(jù)。平臺采集的數(shù)據(jù)包括變電所回路電氣參數(shù)和變壓器溫度、環(huán)境溫濕度、浸水、煙霧、視頻、門禁等信息，有異常發(fā)生10S內(nèi)通過短信和APP發(fā)出告警信號。平臺通過手機APP下發(fā)運維任務到人員手機上，并通過GPS跟蹤運維執(zhí)行過程進行閉環(huán)，提高運維效率，即時發(fā)現(xiàn)運行缺陷并做消缺處理。
5.4.3醫(yī)院配電房綜合監(jiān)控系統(tǒng)解決方案
Acrel-2000E配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)，可實現(xiàn)開關柜運行監(jiān)控、高壓開關柜帶電顯示、母線及電纜測溫監(jiān)測、環(huán)境溫濕度監(jiān)測、有害氣體監(jiān)測、安防監(jiān)控，可對燈光、風機、除濕機、空調(diào)控制等設備進行聯(lián)動控制。實現(xiàn)動力環(huán)境各數(shù)據(jù)的檢測與設備控制，優(yōu)化動力環(huán)境，避免運行環(huán)境的失控導致配電設備運行故障，保證維護人員安全，延長設備使用壽命，實現(xiàn)配電動力環(huán)境的分布式遠程管理。
5.4.4醫(yī)院能耗管理系統(tǒng)解決方案
對建筑各類耗能設備能耗數(shù)據(jù)進行實時測量，對采集數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析。能夠合理的確定各科室建筑能耗經(jīng)濟指標及績效考核指標，發(fā)現(xiàn)能源使用規(guī)律和能源浪費情況，提高人員主動節(jié)能的意識。
① 搭建醫(yī)院智慧能源管理系統(tǒng)的基本框架，對各個用能環(huán)節(jié)進行實時監(jiān)測；
② 排碳數(shù)據(jù)化：通過系統(tǒng)可實現(xiàn)建筑單位內(nèi)人均能耗分析（包括水、電、能量），實現(xiàn)低碳辦公數(shù)據(jù)化；
③ 區(qū)域能效比：實現(xiàn)建筑單位內(nèi)區(qū)域能耗對比，方便能耗考核；
④ 同期能效比：實現(xiàn)同年、同期、同一區(qū)域能耗對比，方便節(jié)能數(shù)據(jù)分析；
⑤ 能耗評估管理：按照能源消耗定額標準約束值、標準值、引導值進行分析單位面積能耗和人均能耗指標；
⑥ 能耗競爭排名：各個科室能耗對比，實現(xiàn)能耗排名，增強全院工作人員的節(jié)能意識；
⑦ 對能耗的使用數(shù)據(jù)進行綜合的分析、統(tǒng)計、打印和查詢等功能，并根據(jù)能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)的需要可選擇不同樣式報表的打印。為能耗運營管理部門提供可靠的依據(jù)；
⑧ 能耗數(shù)據(jù)采集，隨時查詢，并根據(jù)采集數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，監(jiān)測異常能源用量，對能源智能儀表故障進行報警，提高系統(tǒng)信息化、自動化水平。
5.4.5醫(yī)院智能照明控制系統(tǒng)解決方案
醫(yī)院人流比較密集，科室較多，照明用電在醫(yī)院電能消耗中約占到15%左右。所以合理使用照明控制系統(tǒng)，在提升醫(yī)生和患者的體驗情況下大程度使用自然光照明，通過感應控制做到人來燈亮，人走燈滅或保持地強度照明，盡量解決照明用電。
ASL1000智能照明控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)場景控制、時間控制、區(qū)域控制、光照度感應控制以及紅外感應控制等多種控制方式，能有效避免公共區(qū)域的照明浪費，還可以幫助醫(yī)院管理照明。
系統(tǒng)在配電箱內(nèi)的模塊主要有總線電源、開關驅(qū)動器、IP網(wǎng)關、耦合器、干接點輸入模塊等。這些模塊使用35mm標準導軌安裝。
安裝在控制現(xiàn)場的模塊主要有光照度傳感器、紅外傳感器和智能面板。有人經(jīng)過可以設定紅外感應控制亮燈，人離開后在設定的時間內(nèi)熄燈，智能面板等手動控制設備，可實現(xiàn)自動控制、現(xiàn)場控制和值班室遠程控制相結(jié)合。
5.4.6醫(yī)院智慧消防平臺解決方案
智慧消防云平臺基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等現(xiàn)代信息技術(shù)，將分散的火災自動報警設備、電氣火災監(jiān)控設備、智慧煙感探測器、智慧消防用水等設備連接形成網(wǎng)絡，并對這些設備的狀態(tài)進行智能化感知、識別、定位，實時動態(tài)采集消防信息，通過云平臺進行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現(xiàn)科學預警火災、網(wǎng)格化管理、落實多元責任監(jiān)管等目標。實現(xiàn)了無人化值守智慧消防，實現(xiàn)智慧消防“自動化"、“智能化"、“系統(tǒng)化"需求。從火災預防，到火情報警，再到控制聯(lián)動，在統(tǒng)一的系統(tǒng)大平臺內(nèi)運行，用戶、安保人員、監(jiān)管單位都能夠通過平臺直觀地看到每一棟建筑物中各類消防設備和傳感器的運行狀況，并能夠在出現(xiàn)細節(jié)隱患、發(fā)生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時間內(nèi)，相關報警和事件信息通過手機短信、語音電話、郵件提醒和APP推送等手段，就迅速能夠迅速通知到達相關人員。
5.4.7醫(yī)院電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)解決方案
電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)作為火災自動報警系統(tǒng)的預警子系統(tǒng)，由電氣火災監(jiān)控主機、電氣火災監(jiān)控單元、剩余電流式電氣火災探測器以及測溫式電氣火災探測器組成，通過現(xiàn)場總線構(gòu)成一套完整的預防電氣火災的監(jiān)控系統(tǒng)，數(shù)據(jù)可集成至企業(yè)消控室監(jiān)控系統(tǒng)。
??醫(yī)院電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)以建筑為單位設置，采集數(shù)據(jù)后上傳至值班室監(jiān)控主機，實現(xiàn)對建筑電氣安全預警。現(xiàn)場設置的傳感器監(jiān)測配電系統(tǒng)回路的漏電電流和線纜溫度，異常時實時發(fā)出報警信號，重點關注門診樓、住院樓、醫(yī)技樓等區(qū)域漏電或者電纜發(fā)熱等問題。
5.4.8醫(yī)院消防設備電源監(jiān)控系統(tǒng)解決方案
醫(yī)院消防安全非常重要，消防設備比較多，消防設備電源監(jiān)控系統(tǒng)主要功能就是用于監(jiān)測消防設備的工作電源是否正常，保障在發(fā)生火災時消防設備可以正常投入使用。
消防設備電源監(jiān)控監(jiān)控系統(tǒng)采用消防二總線，以建筑為單位設置區(qū)域分機采集消防設備電源狀態(tài)，區(qū)域分機通過二總線接收多臺傳感器的電壓、電流信息和開關狀態(tài)信息，以此實現(xiàn)對消防設備電源工作狀態(tài)的實時監(jiān)視。
5.4.9醫(yī)院防火門監(jiān)控系統(tǒng)解決方案
醫(yī)院防火門數(shù)量比較多，由于部分區(qū)域經(jīng)常有人走動，常開常閉防火門數(shù)量都不少，防火門監(jiān)控系統(tǒng)的作用就是監(jiān)測防火門開閉狀態(tài)，在發(fā)生火災后自動關閉常開防火門，防止煙霧擴散。防火門監(jiān)控系統(tǒng)采用消防二總線將具有通信功能的監(jiān)控模塊相互連接起來，用于監(jiān)測和控制防火門狀態(tài)，當防火門發(fā)生異常位置信號時，防火門監(jiān)控器能發(fā)出故障報警信號，指示故障報警部位并保存故障報警信息。發(fā)生火災時，關閉事故區(qū)域所有常開防火門，防止煙霧向安全區(qū)域擴散。
5.4.10醫(yī)院消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)解決方案
醫(yī)院人員流動性強，密度大，消防比較復雜，一旦發(fā)生火災，疏散指示系統(tǒng)非常重要。消防應急照明和指示系統(tǒng)可以和火災報警系統(tǒng)聯(lián)動，提供應急照明和疏散路徑指示，指引人群快速找到疏散出口，并可以一鍵選擇疏散應急預案，提升人員逃生概率。
5.4.11醫(yī)院有源諧波治理系統(tǒng)解決方案
都是諧波源，比如X光機、CT機等都會產(chǎn)生大量諧波，諧波使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低，使電氣設備過熱、產(chǎn)生振動和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀。諧波可引起電力系統(tǒng)局部并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設備燒毀。諧波還會引起繼電保護和自動裝置誤動作，使電能計量出現(xiàn)混亂。對于醫(yī)院的精密化驗設備可能會產(chǎn)生干擾。
為了消除配電系統(tǒng)諧波對醫(yī)院設備的影響，方案配置AnSinI有源濾波器，濾除電網(wǎng)2~31次諧波干擾。
AnSinI系列有源電力濾波裝置，以并聯(lián)方式接入電網(wǎng)，通過實時檢測負載的諧波和無功分量，采用PWM變流技術(shù)，從變流器中產(chǎn)生一個和當前諧波分量和無功分量對應的反向分量并實時注入電力系統(tǒng)，從而實現(xiàn)諧波治理和無功補償。
5.4.12醫(yī)院充電樁系統(tǒng)解決方案
醫(yī)院停車場有電動汽車和電動自行車，均需要提供充電樁。充電樁管理系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統(tǒng)的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，解決物業(yè)、用電管理部門的充電樁使用、監(jiān)控問題。電動自行車充電可采用投幣、掃碼充電方式，電動汽車支持IC卡和掃碼充電方式。遠程充電樁系統(tǒng)可實時遠程完成啟動充電、強制停止、單價設置等控制指令，用戶可通過APP、微信、支付寶小程序掃描二維碼，進行支付后，系統(tǒng)發(fā)起充電請求，控制二維碼對應的充電樁完成電動汽車的充電過程。同時對各類故障如充電機過溫保護、充電機輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進行預警；能夠遠程控制，提供財務報表和數(shù)據(jù)分析等功能。
5.4.13醫(yī)院醫(yī)療隔離電源解決方案
《民用建筑電氣設計規(guī)范》14.7.6.3條明確規(guī)定：在電源突然中斷后，重大醫(yī)療危險的場所，應采用電力系統(tǒng)不接地（IT系統(tǒng)）的供電方式。同時《醫(yī)院潔凈手術(shù)部建筑技術(shù)規(guī)范》GB50333-2002中規(guī)定：2類醫(yī)療場所在維持患者生命，外科手術(shù)和其他位于患者周圍的電氣裝置均應采用醫(yī)用IT系統(tǒng)。如：搶救室（門診手術(shù)室）、手術(shù)室、心臟監(jiān)控治療室、導管介入室、血管照影檢查室等。
安科瑞電氣股份有限公司的醫(yī)療隔離電源解決方案是針對醫(yī)療Ⅱ類場所的供電需求而開發(fā)設計的，能夠很好的滿足各類手術(shù)室和重癥監(jiān)護室對電源安全性和可靠性的要求，并符合國家相關標準。
5.5相關平臺部署硬件選型清單
5.5.1電力監(jiān)控系統(tǒng)硬件配置
5.5.2變電所運維云平臺硬件配置
5.5.3電房綜合監(jiān)控系統(tǒng)硬件配置方案
5.5.4能耗管理系統(tǒng)硬件配置方案
5.5.5智能照明控制系統(tǒng)硬件配置方案
5.5.6智慧消防平臺硬件配置方案
5.5.7電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)硬件配置方案
5.5.8消防設備電源監(jiān)控系統(tǒng)硬件配置方案
5.5.9防火門監(jiān)控系統(tǒng)硬件配置方案
5.5.10消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)硬件配置方
5.5.11有源諧波治理系統(tǒng)硬件配置方案
5.5.12充電樁運營收費平臺硬件配置方案
5.5.13醫(yī)療隔離電源解決方案硬件配置方案
6 結(jié)束語
隨著智能配電系統(tǒng)的推廣和普及，智能配電系統(tǒng)的自愈控制將成為從根本上消除用電安全隱患的重要手段。智能配電系統(tǒng)在實現(xiàn)了運行狀態(tài)的可視性，運行邏輯的自發(fā)現(xiàn)和運行過程的可控性之后，就可實現(xiàn)運行故障的自修復，即智能配電系統(tǒng)的自愈控制。自愈控制是指配電系統(tǒng)追求的目標，即配電系統(tǒng)能自行分析并處理運行故障。如果是預案已有的故障，無需現(xiàn)場檢修，就可通過自愈控制指令將出現(xiàn)問題的狀態(tài)直接恢復到預先設定的正常狀態(tài)。
智能配電網(wǎng)的自愈控制主要包含了信息采集、診斷、決策、執(zhí)行4個過程。其中信息采集的關鍵是對數(shù)據(jù)系統(tǒng)進行有效性校驗，提取數(shù)據(jù)特征，識別典型業(yè)務數(shù)據(jù)與故障預警數(shù)據(jù)，排除干擾數(shù)據(jù)；診斷和決策將依據(jù)采集的信息，利用智能決策方法對整個配電網(wǎng)運行狀態(tài)進行快速實時評估。如果是配電系統(tǒng)狀態(tài)出現(xiàn)問題系統(tǒng)就立即進行處理,以保障安全供電，防止事故發(fā)生；執(zhí)行是對決策命令的實現(xiàn)，它建立在完備的預案體系和配套的備用裝備基礎之上。
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