戴 乾 帆

(筑博設(shè)計(jì)股份有限公司 上海分公司, 上海 200070)

0 引 言

醫(yī)院是與日常生活有著密切聯(lián)系的配套建筑。一些大型城市,因龐大的人口基數(shù)往往需要建設(shè)一些大型綜合醫(yī)院,以滿足人們的日常生活需求。醫(yī)療建筑供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)因其具有一定特殊性、復(fù)雜性,電氣設(shè)計(jì)人員要引起重視。本文結(jié)合上海某大型綜合醫(yī)院項(xiàng)目,介紹了醫(yī)療建筑供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1 工程概況

上海某大型綜合醫(yī)院分一、二期建設(shè),建筑總面積約為123 019 m2,本次設(shè)計(jì)范圍為一期建筑內(nèi)容,總面積為99 799 m2,地上建筑面積為66 540 m2,地下建筑面積為33 259 m2。一期建筑地上12層,其中裙房5層,塔樓7層,建筑總高度為68.6 m,一類高層建筑,主要功能為門急診、醫(yī)技、手術(shù)、檢驗(yàn)、科研及住院病房等;地下2層,-1F層高為6.8 m,-2F層高為4.8 m,主要功能為地下停車庫、設(shè)備用房、職工餐廳、營養(yǎng)廚房、庫房及人防等;醫(yī)院床位數(shù)600個(gè),醫(yī)院等級為三級。

2 負(fù)荷等級的確定

醫(yī)療、醫(yī)技、凈化設(shè)備等用電負(fù)荷等級主要依據(jù)JGJ 312—2013《醫(yī)療建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]相關(guān)要求來確定,其余客梯、安防、水泵等設(shè)備用電負(fù)荷則主要依據(jù)GB 53148—2019《民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》[2]中一類高層建筑相關(guān)要求來確定。項(xiàng)目負(fù)荷分級具體如下。

(1) 一級負(fù)荷。消防設(shè)備、弱電系統(tǒng)用電、重癥加強(qiáng)護(hù)理病房(ICU)搶救、急診急救、實(shí)驗(yàn)室、手術(shù)室、手術(shù)準(zhǔn)備室、血液病房、走道照明、疏散照明、疏散標(biāo)志、真空吸引、污水泵、客梯、潔凈室通風(fēng)系統(tǒng)、影像科、放射治療室、核醫(yī)學(xué)室等診療設(shè)備及照明用電、凈化空調(diào)設(shè)備。其中ICU搶救、急診急救、實(shí)驗(yàn)室、手術(shù)室、手術(shù)準(zhǔn)備室、血液病房等場所中涉及患者生命安全的設(shè)備及其照明用電作為一級負(fù)荷中的特別重要負(fù)荷配電[3]。

(2) 二級負(fù)荷。包括影像科診斷用電設(shè)備;中心(消毒)供應(yīng)室、采暖鍋爐及換熱站、空氣凈化機(jī)組、貴重藥品冷庫、太平柜等用電負(fù)荷。

(3) 三級負(fù)荷。除一、二級負(fù)荷以外的普通照明、動(dòng)力等負(fù)荷。

3 供電電源及高壓配電系統(tǒng)

高壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)宜結(jié)合整個(gè)院區(qū)及未來發(fā)展規(guī)劃統(tǒng)籌考慮,可避免未來高壓系統(tǒng)重新設(shè)計(jì)。該項(xiàng)目為大型綜合醫(yī)院,變壓器裝機(jī)容量指標(biāo)一般為80～120 VA/m2,統(tǒng)籌一、二期建設(shè)考慮,總用電容量約為14 000 kVA。該項(xiàng)目建設(shè)地點(diǎn)為上海,根據(jù)地方供電相關(guān)規(guī)定并考慮院區(qū)未來發(fā)展,申請兩路獨(dú)立35 kV專線電源作為供電電源,兩路電源互為備用。地上設(shè)置35 kV電業(yè)開關(guān)站1座,用于市政電源進(jìn)線接駁分配。-1F西側(cè)設(shè)置35/10 kV用戶變電所1座,內(nèi)設(shè)2臺8 000 kVA變壓器。同時(shí)為便于管理,項(xiàng)目10 kV電網(wǎng)分配也在該變電所內(nèi)完成,并在高壓進(jìn)線處設(shè)置總的高壓計(jì)量。高壓主接線采用單母線分段運(yùn)行,每段母線均饋線至10 kV變壓器及高壓冷凍機(jī)組配套柜,兩段高壓母線中間設(shè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)與10 kV主進(jìn)線開關(guān)之間電氣及機(jī)械連鎖,結(jié)構(gòu)簡單,便于管理。高壓配電系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1 高壓配電系統(tǒng)示意圖

4 10/0.4 kV變配電系統(tǒng)

項(xiàng)目一期設(shè)置10/0.4 kV變電所2座,共計(jì)8臺變壓器,總?cè)萘繛?2 100 kVA,具體配置及供電范圍如下:1#變電所位于-1F西側(cè),內(nèi)設(shè)4臺1 600 kVA變壓器、主要為西北側(cè)塔樓、相應(yīng)裙房區(qū)域及部分地下停車庫供電;2#變電所位于-1F東側(cè),內(nèi)設(shè)2臺1 600 kVA及2臺1 250 kVA變壓器,主要為東北側(cè)塔樓、相應(yīng)裙房區(qū)域及部分地下停車庫供電。變壓器低壓主接線采用單母線分段運(yùn)行,中間設(shè)聯(lián)絡(luò)開關(guān),低壓主進(jìn)線開關(guān)與聯(lián)絡(luò)開關(guān)之間設(shè)電氣及機(jī)械聯(lián)鎖,平時(shí)分列運(yùn)行,當(dāng)一臺變壓器故障時(shí),另一臺可承擔(dān)一、二級負(fù)荷用電。

10/0.4 kV變配電所負(fù)荷配置需結(jié)合醫(yī)療項(xiàng)目中負(fù)荷性質(zhì)、容量大小、供電半徑等因素統(tǒng)籌考慮。如手術(shù)室、ICU、急診急救等特別重要負(fù)荷會(huì)盡量集中分配在一組或多組變壓器內(nèi),這樣可相對減少應(yīng)急母線,具體則需結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況,特別重要負(fù)荷總?cè)萘看笮?負(fù)荷分布情況等因素進(jìn)行判斷。另外,醫(yī)療建筑中醫(yī)技診斷設(shè)備會(huì)產(chǎn)生較多諧波,設(shè)計(jì)時(shí)需考慮防治措施,通常做法是在變壓器低壓母線上加裝有源濾波器,有源濾波設(shè)備需估算容量并預(yù)留安裝位置。所以,對這類醫(yī)技設(shè)備較為集中的配置并整治也是有必要的。

綜上所述,該項(xiàng)目變電所負(fù)荷配置基本原則為:變電所供電范圍按區(qū)域劃分,以就近供電為原則;每組變壓器,按特別重要負(fù)荷,消防負(fù)荷及醫(yī)技診斷設(shè)備這三類負(fù)荷進(jìn)行集中配置,以減少應(yīng)急母線和對諧波源集中整治為原則,使電氣主系統(tǒng)更為經(jīng)濟(jì)合理,便于施工。低壓配電系統(tǒng)示意圖如圖2所示。

圖2 低壓配電系統(tǒng)示意圖

5 應(yīng)急電源系統(tǒng)

為滿足大型醫(yī)院一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷連續(xù)供電的要求,需設(shè)置應(yīng)急電源系統(tǒng)。該項(xiàng)目設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組、不間斷電源(UPS)、應(yīng)急電源(EPS)。-1F柴油發(fā)電機(jī)房內(nèi)設(shè)置2臺柴油發(fā)電機(jī)組(其中一臺常載功率為1 500 kW,備載功率為1 650 kW;另一臺常載功率為1 200 kW,備載功率為1 340 kW)供醫(yī)院內(nèi)手術(shù)、搶救、重癥監(jiān)護(hù)、血液病房、消防設(shè)備、弱電系統(tǒng)等一級負(fù)荷用電。需要說明,2臺柴油發(fā)電機(jī)組并機(jī)運(yùn)行通常會(huì)采用相同功率的機(jī)組,但該項(xiàng)目因考慮業(yè)主未來可能會(huì)采用磁懸儲(chǔ)能飛輪裝置結(jié)合柴油發(fā)電機(jī)組作為醫(yī)療特別重要負(fù)荷的應(yīng)急電源。如果采用該系統(tǒng),2臺柴油發(fā)電機(jī)組將無法并機(jī)運(yùn)行,需按醫(yī)療特別重要負(fù)荷及消防設(shè)備負(fù)荷分別設(shè)置,故目前按此條件設(shè)置,預(yù)留未來改造的可能性。根據(jù)JGJ 312—2013《醫(yī)療建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》要求,對于三級醫(yī)院,柴油發(fā)電機(jī)組供油時(shí)間應(yīng)大于24 h,經(jīng)與業(yè)主及建筑專業(yè)溝通后,另在院區(qū)室外隱蔽處設(shè)置埋地儲(chǔ)油罐以滿足要求。市電中斷后,柴油發(fā)電機(jī)組起動(dòng)時(shí)間往往需要數(shù)十秒,而一些特別重要醫(yī)療負(fù)荷要求自動(dòng)恢復(fù)供電時(shí)間≤0.5 s。因此,該項(xiàng)目在手術(shù)室、急診搶救、ICU等末端配電箱處還設(shè)置UPS,以滿足連續(xù)供電切換時(shí)間的要求。UPS額定功率根據(jù)負(fù)荷性質(zhì)、用途來選擇,應(yīng)急供電時(shí)間為30 min。應(yīng)急照明采用柴油發(fā)電機(jī)結(jié)合EPS集中電源的形式作為其應(yīng)急電源,EPS持續(xù)供電時(shí)間不小于90 min。此外,該項(xiàng)目被列為市重大工程,應(yīng)盡可能保證其在應(yīng)急狀態(tài)下的供電可靠性。經(jīng)與業(yè)主溝通,除上述應(yīng)急電源外,另為重要負(fù)荷預(yù)留應(yīng)急發(fā)電車接駁條件。在1F靠近外墻處設(shè)置應(yīng)急發(fā)電車機(jī)房,機(jī)房可直通室外,同時(shí)在機(jī)房內(nèi)預(yù)留應(yīng)急母線接口,待深化設(shè)計(jì)后接至應(yīng)急發(fā)電車配套柜。這樣,對醫(yī)院供電的可靠性又多了一重保障。

6 低壓配電系統(tǒng)

該項(xiàng)目低壓配電系統(tǒng)采用放射式與樹干式相結(jié)合的方式,原則是對于重要負(fù)荷或單臺容量較大的負(fù)荷采用放射式供電,對于照明及一般動(dòng)力負(fù)荷,采用樹干式與放射式相結(jié)合的供電方式,同時(shí)設(shè)置能耗監(jiān)測管理系統(tǒng),對空調(diào)用電、動(dòng)力用電、照明插座用電和特殊用電分項(xiàng)分區(qū)域進(jìn)行計(jì)量。

根據(jù)規(guī)范要求,大型診療設(shè)備應(yīng)采用專用回路供電。該項(xiàng)目中CT、DSA、MRI等診療設(shè)備均由變電所放射式雙回路供電,部分設(shè)備(如MRI)除主機(jī)外還配備冷水機(jī)組,也須按專用兩回路供電。診療設(shè)備配電柜(箱)的安裝位置通常是在相應(yīng)設(shè)備機(jī)房內(nèi)或控制走廊附近,設(shè)計(jì)時(shí)還需考慮末端有源濾波設(shè)備的安裝位置。診療設(shè)備的隔離保護(hù)開關(guān)整定值需根據(jù)其瞬時(shí)負(fù)荷及持續(xù)負(fù)荷相應(yīng)參數(shù)來確定,而導(dǎo)體截面需考慮設(shè)備內(nèi)阻和壓降適當(dāng)放大。

手術(shù)室,重癥監(jiān)護(hù)室,急診搶救等重要負(fù)荷采用柴油發(fā)電機(jī)組、變電所兩路專用回路及UPS相結(jié)合的供電方式。手術(shù)室設(shè)置總配電柜,由總配電柜放射式供電至每個(gè)手術(shù)室專用配電箱,配電箱設(shè)置在清潔走道上,不可設(shè)置在手術(shù)室內(nèi)。重癥監(jiān)護(hù)室,急診搶救則按區(qū)域集中設(shè)置配電柜放置于專用UPS間內(nèi)。對于手術(shù)室、重癥監(jiān)護(hù)室、急診搶救中一些2類醫(yī)療場所負(fù)荷,還需設(shè)置局部IT系統(tǒng)并配置絕緣故障檢測裝置,以保障患者的人身安全和供電可靠性。

7 結(jié) 語

本文結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目,對醫(yī)療建筑供電配系統(tǒng)進(jìn)行了介紹,電氣設(shè)計(jì)人員應(yīng)以供配電的可靠性、安全性為準(zhǔn)則,在滿足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的前提下合理規(guī)劃布局優(yōu)化設(shè)計(jì),使其更具經(jīng)濟(jì)性和可操作性。