趙德全

（北京市新廈建筑設(shè)計(jì)有限公司，北京100080）

1 引言

與一般的民用建筑相比，醫(yī)療建筑可被視為一種特殊建筑。這一特殊性來源于“醫(yī)療體系”所具有的專業(yè)性、用電設(shè)備的多樣性和復(fù)雜性等。近年來，社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人民群眾對醫(yī)療服務(wù)的需求不斷提高，相應(yīng)地，新建醫(yī)療建筑的規(guī)模越來越大，醫(yī)療手段日新月異，醫(yī)療設(shè)備日益繁多，在這樣的情況下，醫(yī)療建筑的供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)也日益復(fù)雜。本文試圖以某醫(yī)院病房醫(yī)技綜合樓的供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，總結(jié)其中的規(guī)律和經(jīng)驗(yàn)，意圖能夠化繁為簡，抓住本質(zhì)，提高供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平。

2 工程基本情況

某病房醫(yī)技綜合樓建筑面積127 958m2；其中，地上面積90 617m2；地下面積37 341m2。建筑共21層，建筑高度88.70m。地下室主要為設(shè)備用房和停車場，停車數(shù)量732輛。地上1層主要為放射科、藥房；2層主要為內(nèi)鏡科、介入中心、超聲科及心電科；3層為檢驗(yàn)中心和配液中心；4層為內(nèi)科ICU、外科ICU及病理科；5層主要為手術(shù)室及輸血科；6層為手術(shù)辦公區(qū)及數(shù)據(jù)中心；7層為婦產(chǎn)科和病房；8～12層為?？艻CU和病房；9～21層為病房，其中21層設(shè)有血液病房?？傆?jì)床位1 350張。

3 負(fù)荷分析及負(fù)荷計(jì)算

建筑供配電系統(tǒng)的作用是電能的傳輸和分配，從電氣系統(tǒng)本身看，其服務(wù)對象是用電設(shè)備。供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)要做到安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理，必須先搞清楚其服務(wù)對象也就是用電設(shè)備的性質(zhì)、用途和規(guī)模。

3.1 確定負(fù)荷等級

醫(yī)療建筑用電負(fù)荷應(yīng)根據(jù)負(fù)荷供電可靠性要求及中斷供電對生命安全、人身安全、經(jīng)濟(jì)損失等所造成的影響進(jìn)行分級。

設(shè)計(jì)中，根據(jù)JGJ 312—2013《醫(yī)療建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》,對本工程主要負(fù)荷分級如下：介入中心、內(nèi)科ICU、外科ICU、手術(shù)室、產(chǎn)房、?？艻CU、血液病房用電等涉及患者生命安全的設(shè)備及與之相關(guān)的照明用電為一級負(fù)荷中的特別重要負(fù)荷。放射科、內(nèi)鏡科、檢驗(yàn)中心、病理科、輸血科的電力照明用電，大樓的走道照明，手術(shù)室、ICU潔凈空調(diào)用電，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)用電，安防用電，高層建筑的客梯用電，消防用電，排污泵、生活水泵、醫(yī)用氣體系統(tǒng)用電等為一級負(fù)荷。中心供應(yīng)、配液中心等用電等為二級負(fù)荷。其余用電均為三級負(fù)荷【1】。

根據(jù)GB 50052—2009《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》，一級負(fù)荷應(yīng)由雙重電源供電；一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷，除應(yīng)由雙重電源供電外，尚應(yīng)增設(shè)應(yīng)急電源，并嚴(yán)禁將其他負(fù)荷接入應(yīng)急供電系統(tǒng)，且供電電源的切換時間應(yīng)滿足設(shè)備允許中斷供電的要求【2】。對于醫(yī)療建筑，各類醫(yī)療場所及設(shè)備的供電自動恢復(fù)時間，JGJ 312—2013《醫(yī)療建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》已明確規(guī)定。

表1 醫(yī)療場所及設(shè)備的供電措施及電源切換時間要求

3.2 明確供電措施

根據(jù)負(fù)荷的基本情況，本工程由市政電源引入2路10kV雙重電源（分別引自不同的220kV變電站，專線供電）供電作為正常供電電源，兩路電源同時工作，每路電源均能承擔(dān)全部一、二級負(fù)荷；對于特別重要負(fù)荷及對電源切換時間要求小于0.5s的負(fù)荷，按用電設(shè)備要求單獨(dú)配置UPS作為應(yīng)急電源；考慮到特別重要負(fù)荷比較集中，另設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)作為特別重要負(fù)荷及消防負(fù)荷的備用電源。

本工程中，醫(yī)療場所及設(shè)備的供電措施及電源切換時間要求見表1。

數(shù)據(jù)中心用電考慮UPS電源應(yīng)急，發(fā)電機(jī)備用；手術(shù)電梯、生活供水設(shè)施用電、醫(yī)用氣體系統(tǒng)用電納入發(fā)電機(jī)備用供電范圍。

負(fù)荷計(jì)算是選擇變壓器、發(fā)電機(jī)容量的依據(jù)，本工程采用需要系數(shù)法進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算。對于本工程的規(guī)模，要設(shè)置數(shù)組變壓器，故負(fù)荷計(jì)算可按變壓器組來進(jìn)行。所以對于每個負(fù)荷分配哪組變壓器，應(yīng)先規(guī)劃，再計(jì)算，后根據(jù)結(jié)果調(diào)整，最后得出合理的方案。

3.3 規(guī)劃負(fù)荷分配方案

在本工程中，負(fù)荷分配規(guī)劃從以下幾個方面進(jìn)行考慮。

首先，在T1/T2變壓器組低壓母線設(shè)置消防備用母線段，故所有消防負(fù)荷應(yīng)分配至T1/T2變壓器組；在T3/T4變壓器低壓母線設(shè)置重要負(fù)荷備用母線段，故所有特別重要負(fù)荷應(yīng)分配至T3/T4變壓器組。

其次，醫(yī)療建筑一、二級負(fù)荷占比高，故每組變壓器均應(yīng)承擔(dān)一部分三級負(fù)荷，這樣在變壓器組中有1臺退出時，可保證另一臺變壓器承擔(dān)所有一、二級負(fù)荷時的負(fù)載率合理。

再次，應(yīng)充分考慮空調(diào)負(fù)荷的分配?？照{(diào)負(fù)荷在全部用電負(fù)荷中占比可達(dá)一半甚至更高，空調(diào)系統(tǒng)的形式直接影響供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)。例如，北方冬季制冷系統(tǒng)可能不工作，可以考慮切除，而在南方，空調(diào)系統(tǒng)冷源由水冷壓縮機(jī)和室外空氣源熱泵組成（本系統(tǒng)即采用此種形式），夏季供冷，冬季考慮采暖運(yùn)行，由室外空氣源熱泵制熱。另外，本工程中的潔凈空調(diào)系統(tǒng)采用冷凝除濕電再熱的處理方式，用電負(fù)荷相當(dāng)可觀。

最后，大型醫(yī)療設(shè)備多為沖擊性負(fù)荷，可設(shè)專用變壓器，但顯然利用率不高，是否設(shè)置應(yīng)結(jié)合多個因素進(jìn)行權(quán)衡。在本程中單臺變壓器容量都不小1 250kV·A，這些大型設(shè)備均為放射式市電供電，故其對電能質(zhì)量的影響應(yīng)在可接受范圍內(nèi)，故未專設(shè)變壓器。

3.4 負(fù)荷計(jì)算

負(fù)荷計(jì)算按以下要點(diǎn)進(jìn)行。一是負(fù)荷分類，應(yīng)根據(jù)負(fù)荷性質(zhì)、特點(diǎn)及工作制情況來確定設(shè)備組。對于電梯、大型醫(yī)療設(shè)備功率的確定，應(yīng)注意其工作制，如普通的X射線診斷機(jī)、CR機(jī)、DSA機(jī)、CT機(jī)為斷續(xù)反復(fù)工作制設(shè)備，X射線治療機(jī)、直線加速器及其冷卻設(shè)備、MRI及其冷卻設(shè)備等為連續(xù)工作制設(shè)備。對于斷續(xù)反復(fù)工作制設(shè)備的功率，須將其換算為連續(xù)工作制功率，負(fù)載持續(xù)率可按25%考慮。二是每個設(shè)備組應(yīng)采用統(tǒng)一的需要系數(shù)和功率因數(shù)。三是同時系數(shù)的選取一般在0.8～0.9，對于分散性負(fù)載，可取低限；對于集中負(fù)載，可取高限。四是目前一般供電部門要求低壓側(cè)功率因數(shù)均補(bǔ)償至0.95，考慮目前一些用電設(shè)備（照明、電子式儀器設(shè)備）的自然功率因數(shù)可達(dá)到0.9以上，故應(yīng)避免過補(bǔ)償。

4 變壓器、發(fā)電機(jī)配置及電氣系統(tǒng)主結(jié)線

本工程中，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，在地下1層變配電所設(shè)置6臺10kV/0.4kV干式變壓器（T1～T6），在7層屋頂設(shè)置2臺室外箱式10kV/0.4kV干式變壓器（T7/T8）,設(shè)置1臺柴油發(fā)電機(jī)組。具體如下：

T1、T2變壓器組為2臺2 000kV·A、SCB13、10kV/0.4kV干式變壓器，T1變壓器負(fù)載率65%，T2變壓器負(fù)載率68%。可由任何1臺變壓器承擔(dān)全部一、二級負(fù)荷，負(fù)載率為69%。

T3、T4變壓器組初步選擇為2臺2 000kV·A、SCB13、10kV/0.4kV干式變壓器，T3變壓器負(fù)載率79%，T4變壓器負(fù)載率82%?？捎扇魏?臺變壓器承擔(dān)全部一、二級負(fù)荷，負(fù)載率為94%。

T5、T6變壓器組初步選擇為2臺1 250kV·A、SCB13、10kV/0.4kV干式變壓器，T5變壓器負(fù)載率70%，T6變壓器負(fù)載率72%?？捎扇魏?臺變壓器承擔(dān)全部一、二級負(fù)荷，負(fù)載率為68%。

T7、T8變壓器組初步選擇為2臺800kV·A、SCB13、10kV/0.4kV干式室外箱式變壓器，T7變壓器負(fù)載率71%，T6變壓器負(fù)載率68%。

選擇1臺常用功率為1 000kW的風(fēng)冷柴油發(fā)電機(jī)作為一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷及消防負(fù)荷的備用電源，發(fā)電機(jī)負(fù)載率為75%。

變壓器安裝總?cè)萘繛?21 00kV·A，核算至單位面積接近95V·A/m2，接近目前經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)高限100V·A/m2，考慮項(xiàng)目地處南方，空調(diào)負(fù)荷較大，結(jié)果應(yīng)在合理區(qū)間。

本工程供配電系統(tǒng)主結(jié)線示意圖如圖1所示。

圖1 供配電系統(tǒng)主結(jié)線示意圖

雙重10kV電源由市電引入，10kV主結(jié)線采用單母線分段結(jié)線，2路電源同時工作，互為備用。應(yīng)急電源設(shè)置UPS，柴油發(fā)電機(jī)作為備用電源。0.38kV母線采用單母線分段結(jié)線，分別設(shè)置重要負(fù)荷備用母線段和消防負(fù)荷備用母線段。

5 配電系統(tǒng)及接地型式

5.1 低壓配電和一般民用建筑措施相近

一級負(fù)荷主要采用雙電源放射式配電末端切換，如本工程中介入中心、內(nèi)科ICU、外科ICU、手術(shù)室、產(chǎn)房、?？艻CU、血液病房、放射科、內(nèi)鏡科、檢驗(yàn)中心、病理科、輸血科的電力照明用電，以及ICU、手術(shù)室等的潔凈空調(diào)用電；二級負(fù)荷一般由變電所放射式配電；三級負(fù)荷主要采用樹干式配電。

5.2 大型醫(yī)療設(shè)備，一般由變電所雙路放射式供電末端切換

這類設(shè)備主機(jī)和附屬機(jī)構(gòu)一般應(yīng)分開配電，設(shè)備廠家對主機(jī)電源的內(nèi)阻抗有要求，設(shè)計(jì)時應(yīng)注意根據(jù)配電電纜的長短、變壓器的大小復(fù)核電纜截面是否滿足電源內(nèi)阻抗要求，有的設(shè)備配套有冷卻設(shè)備，其電源和設(shè)備電源一樣重要，應(yīng)由變電所雙路放射式供電并末端切換，其他附屬設(shè)施可以由機(jī)房的照明電源供電。

5.3 接地型式

本工程低壓配電系統(tǒng)接地形式采用TN-S系統(tǒng)，手術(shù)室、重癥監(jiān)護(hù)室等局部采用IT系統(tǒng)。變壓器組中性點(diǎn)接地，在低壓配電柜內(nèi)N母排和PE母排間設(shè)置1處跨接片，實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)接地，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)在發(fā)電機(jī)處直接接地。變壓器組母線段聯(lián)絡(luò)開關(guān)采用3極開關(guān)，備用母線段進(jìn)線ATS應(yīng)為功能轉(zhuǎn)換性開關(guān)，應(yīng)采用4極開關(guān)。

6 結(jié)語

醫(yī)療建筑供配電系統(tǒng)涉及患者生命安全，可靠性要求高，且用電負(fù)荷集中，變壓器安裝容量可觀。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，各種新的醫(yī)療手段不斷涌現(xiàn)，醫(yī)療設(shè)備層出不窮，對醫(yī)療建筑的供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)不斷提出新的要求。在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)掌握基本方法、抓住要點(diǎn)、不斷深入分析，一定能夠找到完善的解決方案。