魏方興

(江西省建筑設(shè)計(jì)研究總院，南昌330046)

0 引言

根據(jù)國務(wù)院辦公廳2015年發(fā)布的《全國醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)體系規(guī)劃綱要》，2004～2013年全國醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)總診療人次由每年39.91億人次增加到73.14億人次，年均增長6.96%，住院人數(shù)年均增長12.42%。我國城鎮(zhèn)化率不斷提高，2013年達(dá)到53.73%，分地區(qū)醫(yī)療衛(wèi)生資源供需矛盾更加突出，醫(yī)療衛(wèi)生資源布局調(diào)整面臨更大挑戰(zhàn)。故在2015～2020年，我國在不同的屬地層級(jí)實(shí)行資源梯度配置。地市級(jí)及以下，基本醫(yī)療服務(wù)和公共衛(wèi)生資源按照常住人口規(guī)模和服務(wù)半徑合理布局；省部級(jí)及以上，分區(qū)域統(tǒng)籌考慮、重點(diǎn)布局。

對(duì)于醫(yī)療建筑而言，無論新建工程還是現(xiàn)有改造工程，都應(yīng)符合綠色建筑要求。所謂“綠色醫(yī)院”，就是指在醫(yī)院的全壽命周期內(nèi)(規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行、維護(hù)和拆解等)對(duì)周圍環(huán)境的有害影響較小，對(duì)資源的需求相對(duì)較少，但是在節(jié)省資源(比如節(jié)地、節(jié)水、節(jié)能、節(jié)材等)的情況下并不減少醫(yī)院內(nèi)部使用人員(包括病人、醫(yī)務(wù)人員以及訪客)的良好體驗(yàn)。

GB/T 51153-2015《綠色醫(yī)院建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》5.5.2規(guī)定，建筑能耗進(jìn)行分區(qū)和分項(xiàng)計(jì)量。本條評(píng)分總分值為16分，并應(yīng)按表1規(guī)則評(píng)分。

建筑能耗分區(qū)分項(xiàng)評(píng)分規(guī)則表 表1

GB/T51141-2015《既有建筑綠色改造評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》8.2.1規(guī)定，供配電系統(tǒng)按系統(tǒng)分類或管理單元設(shè)置電能計(jì)量表，評(píng)價(jià)分值為5分。

根據(jù)以上兩規(guī)范條文規(guī)定，改造的醫(yī)院建筑，應(yīng)對(duì)供配電系統(tǒng)分類或分管理單元設(shè)置電能計(jì)量表。

1 工程現(xiàn)狀及改造需求及困難

本工程為江西省某三甲醫(yī)院項(xiàng)目的老院改造項(xiàng)目。醫(yī)院原有門診樓一棟，8層，約3萬m2；住院樓一棟，26層，約6萬m2；其余附屬用房辦公樓、后勤樓、科研樓等，均為3～4層建筑，總面積約0.5萬m2。

醫(yī)院原有變壓器4臺(tái)，容量均為1 600kVA/臺(tái)，設(shè)置在地下車庫?，F(xiàn)有空調(diào)變壓器高峰時(shí)負(fù)載率約為75%，照明動(dòng)力變壓器高峰時(shí)負(fù)載率約為70%。

老院以節(jié)約資源，改善環(huán)境，提升功能等為目標(biāo)，對(duì)現(xiàn)有建筑進(jìn)行更新改造。醫(yī)院的供配電系統(tǒng)按需改造，既要滿足醫(yī)院改造時(shí)的供配電調(diào)整，如用電負(fù)荷的增加和調(diào)配；也要滿足建筑綠色改造的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，需增加電能計(jì)量表。

按照改造需求，有以下幾處困難。

(1)醫(yī)院改造主要為了改善醫(yī)療條件，服務(wù)更多的患者，使得醫(yī)療設(shè)備增加，用電負(fù)荷增大。但醫(yī)院的就診人員較多，無法停診進(jìn)行改造，改造工程只能分期進(jìn)行，無法停電更換變壓器。

(2)工程現(xiàn)有變電所布置已經(jīng)較為緊湊，雖然原有空調(diào)變壓器的配電柜還有少量增加空間，但原有照明動(dòng)力變壓器的配電柜可增加空間不足，如圖1所示。

圖1 醫(yī)院現(xiàn)有變電所平面布局

(3)醫(yī)院原有配電柜內(nèi)抽屜均為指針表，并無智能儀表，無法實(shí)現(xiàn)計(jì)量及遠(yuǎn)傳的功能。

2 確定改造方案

2.1 配電柜抽屜計(jì)量方案

根據(jù)本院變電所改造的需求，配電柜內(nèi)需增設(shè)計(jì)量表?，F(xiàn)在市場及行業(yè)大部分使用的是“互感器＋通訊協(xié)議”的智能電表模式，如在改造中使用此方案，需要互感器作為中間環(huán)節(jié)測量電能參數(shù)，雖現(xiàn)有配電柜已有互感器，但大多老化、變比需調(diào)整，且改造時(shí)互感器的安裝要求比較復(fù)雜，安裝的方式及品質(zhì)均會(huì)影響測量結(jié)果。

針對(duì)以上問題，改造中選用了針對(duì)塑殼斷路器的無線電能測量模塊，該模塊有如下優(yōu)點(diǎn):(1)電能采集測量裝置與斷路器一體化設(shè)置，在安裝時(shí)能快速完成安裝，節(jié)約人工成本及改造時(shí)間。(2)保障測量精度，選用1%的電能測量精度，符合IEC61557-12的標(biāo)準(zhǔn)。(3)充分節(jié)約安裝空間，開發(fā)更多柜內(nèi)空間，節(jié)約出來的空間可用于整體容量的增加。(4)采用無線通訊，使安裝工作更加簡單。(5)可以組建從低壓配電柜至終端配電端的無線電能測量方案，覆蓋更廣、更多、更復(fù)雜的應(yīng)用場景。

綜上所述，使用針對(duì)塑殼斷路器的無線電能測量模塊，為一體化安裝，節(jié)約改造時(shí)間；能夠滿足院方內(nèi)部計(jì)量及核算成本的計(jì)量精度；能夠配合運(yùn)維軟件平臺(tái)收集斷路器信息。斷路器通信與多功能表通訊方式的對(duì)比如圖2所示。

圖2 斷路器通信與多功能表通訊方式對(duì)比圖

2.2 變壓器增容解決方案

醫(yī)院位于城區(qū)中心，就醫(yī)人數(shù)較多，無法停診；但改造中醫(yī)療設(shè)備增加，用電負(fù)荷增大。根據(jù)實(shí)際計(jì)算的改造后負(fù)荷，空調(diào)變壓器增量不大，峰值負(fù)載率由原來75%增加為85%，在變壓器的正常負(fù)載率，照明動(dòng)力變壓器峰值負(fù)載率由原來70%增加為105%，超過正常負(fù)載率。

如果更換原有變壓器，再優(yōu)化的施工方案也需停電一周左右，醫(yī)院無法停診，故改造中，采用數(shù)字化電力監(jiān)控系統(tǒng)及電能管理系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析、控制優(yōu)化負(fù)載曲線。

(1)實(shí)時(shí)監(jiān)控:通過一體化電能采集測量裝置，實(shí)時(shí)采集用電功率，在云平臺(tái)監(jiān)控，并可就地及遠(yuǎn)程訪問，如用電功率出現(xiàn)異常可以通過云平臺(tái)和手機(jī)APP報(bào)警。

(2)數(shù)據(jù)分析:定期生成用電情況數(shù)據(jù)報(bào)告，報(bào)告中含有用電需量分析、峰值統(tǒng)計(jì)、不平衡分析、諧波檢測等；數(shù)據(jù)報(bào)表可以提供設(shè)備能耗橫向及縱向?qū)Ρ?，挖掘能效提高的可行性方案?！半娔苄枨蠼y(tǒng)計(jì)＋變壓器容量優(yōu)化”可節(jié)約用電成本，“電能管理系統(tǒng)＋削峰填谷”可避免超出用電限額，“功率因數(shù)檢測＋電網(wǎng)質(zhì)量分析”可合理調(diào)整電容補(bǔ)償。

(3)控制優(yōu)化:在以上監(jiān)控及分析的基礎(chǔ)上，可以進(jìn)行主動(dòng)的電能管理，降低最高負(fù)荷功率15%，提高系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性；并通過系統(tǒng)能耗數(shù)據(jù)管理和分析，準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)能耗異常，優(yōu)化能源使用結(jié)構(gòu)，提高能源效率。

2.3 低壓柜空間不足解決方案

醫(yī)院原有低壓柜為MNS柜，多為8E(200mm)及16E(400mm)抽屜柜，抽屜柜內(nèi)安裝的儀表為指針式電流電壓表，每個(gè)柜7個(gè)抽屜左右，留有1～2個(gè)備用，每臺(tái)照明動(dòng)力變壓器有7個(gè)出線柜。

為了滿足改造時(shí)間的要求，改造方案保留原有MNS柜體，抽屜柜改為固定插拔柜，采用電能采集測量裝置與斷路器一體化后，柜體內(nèi)取消互感器；每個(gè)出線間隔取消儀表，改為每個(gè)柜裝一臺(tái)智能多回路電能儀表，160A斷路器及以下的斷路器采用8E/2規(guī)格，250A斷路器采用8E規(guī)格，400A及以上斷路器采用16E或24E。節(jié)約出線間隔空間，在不增加配電柜數(shù)量的前提下，滿足改造后供電回路數(shù)量要求。

3 改造中的其他問題

3.1 電力監(jiān)控/能源管理系統(tǒng)組網(wǎng)

根據(jù)之前確定的解決方案，設(shè)置現(xiàn)場層、通訊接口層、監(jiān)控管理層三層結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)場層為一體化電能采集測量裝置，完成測量、保護(hù)、控制、操作監(jiān)控等功能，可通過無線網(wǎng)(ZigBee)與通訊接口層上送裝置測量、保護(hù)動(dòng)作等信息，并能接收上層操作命令，在斷路器上加裝分勵(lì)脫扣及自動(dòng)合閘附件，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

通訊接口層是系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的紐帶，可完成監(jiān)控管理層與現(xiàn)場層之間的實(shí)時(shí)信息交換，包括通訊管理機(jī)、交換機(jī)、網(wǎng)關(guān)等。與現(xiàn)場層通訊為無線link網(wǎng)關(guān)，每個(gè)網(wǎng)關(guān)可以監(jiān)測和控制12臺(tái)一體化電能采集測量裝置，網(wǎng)關(guān)通過以太網(wǎng)向上一層傳輸數(shù)據(jù)。

監(jiān)控管理層由后臺(tái)監(jiān)控設(shè)備構(gòu)成，顯示人機(jī)界面，完成對(duì)數(shù)據(jù)的收集處理顯示監(jiān)視等功能，可為一臺(tái)計(jì)算機(jī)主機(jī)或雙服務(wù)器冗余結(jié)構(gòu)。

3.2 系統(tǒng)的擴(kuò)展性

電力監(jiān)控/能源管理系統(tǒng)組網(wǎng)完成后，還能根據(jù)業(yè)主方的實(shí)際需求，做橫向及縱向的擴(kuò)展。

(1)橫向擴(kuò)展:即為系統(tǒng)除了監(jiān)控低壓配電柜外，還能監(jiān)控高壓配電柜、重要空調(diào)配電柜以及其他就地的小配電箱，對(duì)其用電量、能耗情況作出實(shí)時(shí)的監(jiān)測，也可以在斷路器上安裝附件后實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

(2)縱向擴(kuò)展:除監(jiān)控用電量及能耗外，可以加入電能質(zhì)量分析系統(tǒng)、遠(yuǎn)程運(yùn)維管理系統(tǒng)以及邊緣控制。電能質(zhì)量分析系統(tǒng)即是對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行中的諧波等電能質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析，遠(yuǎn)程運(yùn)維管理系統(tǒng)是對(duì)設(shè)備作出資產(chǎn)管理、報(bào)警管理及維護(hù)計(jì)劃管理，邊緣控制是不論在現(xiàn)場還是遠(yuǎn)程，均能幫助業(yè)主及時(shí)精確專業(yè)的部署和運(yùn)營。

4 結(jié)束語

智能化配電在今后的項(xiàng)目將會(huì)應(yīng)用的越來越廣，場景及內(nèi)容越來越豐富，且新技術(shù)也越來越多，以實(shí)現(xiàn)配電更加高效、安全、舒適、方便的目的。希望通過本改造中的解決方案，能對(duì)今后的智能化配電有所借鑒和幫助。