医院供电系统发展规划的难点如何解决？这家三甲医院给出了实践答案~
程勇 来源：中国医院建筑与装备 2022-12-29
医院的供电系统涉及10kV外电源、高压配电系统、低压配电系统、楼宇配电系统、大型设备供电等多个环节，每个供电环节都会遇到一些难点与问题。为了保证供电系统安全、满足医院各类负荷的用电需求，医院后勤管理人员应为整个医院的供电系统制定一个清晰的发展规划。
目前我院总建筑面积为210000㎡，共有三个变配电室，总供电容量为20200kVA。这些年我院供电系统在发展中遇到了一些难点和问题，我们积极寻求解决方案，积累了一些经验。
01
供电系统发展规划的难点
（一）无法满足“两路10kV外电源来自两个变电站”
按照原国家电监会印发的《关于加强重要电力用户供电电源及自备应急电源配置监督管理的意见》（电监安全〔2008〕43号文），我院属于一级重要电力用户，应具备两路来自两个变电站的电源。由于历史原因，我院的两路10kV外电源一直由同一个变电站（左安门变电站）的不同母线段供电，虽然经过了四次供电容量的调整，但由于种种原因，一直未能实现两个变电站供电。
（二）供电系统容量有待提高
我院诊断楼变配电室于2007年投入使用，安装了两台1000kVA变压器，所带负荷为门诊楼和诊断楼，建筑面积总计30000㎡。由于诊断楼内大型医疗设备较多，不能实现N-1的运行方式，运行几年后夏季变压器接近满负荷。后来将门诊楼中央空调站房的水冷机组与水泵设备改由外科楼变配电室供电，以降低诊断楼变配电室的负荷，但是夏季用电高峰时变压器负荷还是达到了80%以上，使诊断楼变压器有超载停电的风险。另外，门诊楼中央空调站房内的水冷机组与水泵供电来自外科楼变配电室、其他设施供电来自诊断楼变配电室，即同一地点的供电来自两个不同的变配电室，存在安全风险。
（三）大型医疗设备用电需求不能得到满足
在增加和更新大型医疗设备时，提出的用电负荷要求不能在现状下得到满足，进行供电设施增容的施工时间较长，影响设备投入使用。例如，在更新核磁共振设备时，需要诊断楼变配电室提供8个400A以上的出线开关，但是诊断楼变配电室无法提供这么多的低压出线开关。再如：放疗中心有一个低压配电室，为八台加速器、TOMO机、CT模拟定位机、热疗机等设备供电；后来在更新其中一台加速器设备时，要求不能由该低压配电室提供电源，须要由变配电室单独为加速器提供两路电源；由于放疗中心与变配电室不在同一栋建筑、距离较远，供电的路由条件得不到满足，如果把放疗中心低压配电室改成高压进线的变配电室，空间条件不允许，因此无法满足供电要求。
（四）重要负荷应急供电存在隐患
我院三个变配电室都配备了柴油发电机组，在两路外电源无电时可为低压应急母线段供电，保证为重要负荷持续供电。
然而在实际运行中发现，有些重要负荷如信息中心机房、变配电室的照明设备等均未接在低压应急母线段上，而垃圾站、医院南门、连廊等非重要负荷却接到了低压应急母线段上。此外，在带载测试中发现了柴油发电机功率不足、两台机组不能并网、突加负载时机组停车等问题，重要负荷的应急供电存在隐患。
（五）运行管理方式须要转变
随着智慧医院的建设和发展，供电系统智能化建设比较滞后，十年前安装的配电监控系统故障率高，其中外科楼配电室只能监控单相的电流数据，后来上线的能耗监控系统不能与原有系统对接，造成不能实时掌握变压器与重要负载的运行数据，只能依靠人员通过抄表手工记录运行数据。低压出线开关因故障分闸后运行人员无法及时发现，值班人员应急处置的操作情况在系统中没有记录。因此，亟须对变配电室进行智能化升级改造。
（六）供电系统档案与编号须要不断完善
供电工程的竣工图纸与现场情况有出入，主要因为施工时现场条件与设计图纸有差异，供电路由的调整变化未能及时体现在竣工图纸上。例如我院综合楼变配电室运行后，经过核对，图纸上约有10%的低压出线开关的位置与现场位置不符。此外，我院三个变配电室建设年代不同，每个变配电室高压出线开关对应的变压器号与其他路由编号不一致，低压出线开关编号规则和顺序不统一，运行安全存在风险。
02
供电系统发展规划的探索与实践
针对以上供电系统发展规划中的难点，我院从10kV外电源、供电容量、高低压配电系统、智能配电等方面深入研究供电系统的规划，以满足医院未来发展的供电需要。
（一）10kV外电源的规划
随着医院的建设发展，到2020年我院总体规划建设基本完成。因此从2020年开始，积极推进10kV外电源的路由变更，将左安门变电站供电的两路10kV外电源中的一路改由弘善变电站供电。经过申请，更改外电源路由的供电方案在2021年初获得供电部门批复，批复方案为：将左安门变电站一路（开关号为251）供电改为由弘善变电站供电，保留左安门变电站二路（开关号为283）供电。由于2018年我院发生过两次左安门变电站二路的外电源闪断故障，如果保留左安门变电站二路供电，会影响供电的稳定性，因此将情况反馈给供电部门，申请调整供电方案。调整后的供电方案为：保留左安门供电站一路（开关号为251）供电，将二路（开关号为283）供电改为由弘善变电站供电。以批复的供电方案为依据，已完成了设计施工图纸审图、招标工作，预计在2022年9月底竣工。通过调整，实现了两路10kV外电源来自两个变电站，能在未来10~20年间满足医院的供电需求。
（二）供电容量的规划
针对诊断楼变配电室变压器夏季接近满负荷的问题，须要将两台1000kVA的变压器更换成容量更大的变压器。在更换方案论证阶段出现了两种意见：第一种意见是更换为两台1600kVA变压器；第二种意见是更换为两台2500kVA变压器。
按照《全国民用建筑工程设计技术措施电气（2009）》，专科医院供电的设计指标为50W/㎡（75VA/㎡），综合医院供电的设计指标为80W/㎡（120VA/㎡）。我院诊断楼变配电室的供电范围为门诊楼与诊断楼，建筑面积总计30000㎡，如果换成两台1600kVA变压器，供电容量为106VA/㎡，如果换成两台2500kVA变压器，供电容量为166VA/㎡，都能满足设计指标要求。考虑到诊断楼内大型医疗设备多，有两台MRI、三台CT、一套生化检验设备，且两栋楼内都有中央空调冷冻站，变压器须要能够实现N-1运行，此外未来可能会增加医疗设备，因此选择更换成两台2500kVA变压器，并于2015年完成更换。截至2021年，诊断楼变配电室所带负载中，MRI增加到了六台，CT增加到了七台，还承接了放疗中心的负荷，两台2500kVA变压器完全满足负荷增长的需求。
在供电容量规划中，结合医院不同楼宇负荷的情况，在满足总用电指标的条件下，对部分低压负荷进行调整，如将外科楼配电室3#、4#变压器下的放疗中心负载转移到诊断楼变配电室，减轻外科楼3#、4#变压器的负荷。这样就能够在现有的供电容量下进行调整，不必增加供电容量。经过统计，我院目前供电容量为89VA/㎡，供电容量的发展经过了四个阶段。
（三）用电需求的规划
针对更新大型医疗设备时出现的用电需求不能得到满足的问题，结合其他科室的用电需求，积极推进供电需求的规划管理。
1.提前预判用电需求
更换或新增设备、施工、建筑改造等方面的用电，须要提前进行用电申请，按照要求填写《用电需求申请表》，内容包括用电的地点、额定功率、峰值功率、额定电压电流、预计启用时间等，医院供电管理部门根据需求提前进行供电的规划，这样既能够满足各类用电需求，还能够防止私拉乱接电线引起的电气火灾。近五年我院的用电申请数量与申请的负荷量。
2.预留低压出线开关
新建或改造配电室时预留一定数量的低压出线开关，特别是多预留一些400A以上的开关，以满足今后增加或更换大型医疗设备、改建扩建基础设施时的用电需求。我院三个变配电室预留的低压开关数量满足了近些年医院各类负荷的用电（表3）。
3.了解设备实际运行数据
了解设备实际运行数据，为确定用电需求提供参考。
我院放疗中心更换加速器时，按照《综合医院建筑设计规范》（GB51039-2014）的规定，“应由变电所单独供电”，其中的“变电所”指的是有变压器的变配电室，此规定是为了解决设备瞬时压降对其他设备的干扰，因此须要从变配电室单独为加速器提供两路电源，但是医院暂时不能满足该供电需求。经过使用电能质量分析仪对放疗中心低压配电室的电压、电流、谐波、频率等数据进行监测，发现设备运行时的瞬时峰值电流与瞬时压降对供电系统无明显影响，不会影响其他设备的正常供电，因此可以从放疗中心低压配电室为加速器供电；同时，根据监测到的设备最大瞬时电流、运行电流、谐波、电压等参数，提出可以将设备的供电电缆规格由4×185m㎡+1×95m㎡改为4×120m㎡+1×70m㎡，这样既可降低供电开关的额定电流数值，又能降低材料费用以及方便施工。2018年我院对放疗中心低压配电室进行了重新规划和改造，经过实际运行，完全满足放疗中心用电需求。
（四）应急供电保障的规划
医院的应急供电是为了在两路外电源无电时保证重要负荷的持续供电，重要负荷应接到低压配电系统的应急母线段上，在两路外电源无电时，由柴油发电机组对应急母线段供电。我院三个高压配电室中：住院综合楼总配电室配备了一台1000kW柴油发电机组；外科楼分配电室配备了两台400kW柴油发电机组，可以并列运行；诊断楼分配电室配备了一台400kW柴油发电机组。应急母线段所带的负荷包括消防水泵、手术室、ICU、中控室、医疗气体系统等设施。通常情况下柴油发电机组容量按照配电变压器总容量的10%~20%配置。
我院信息中心机房无法由应急母线段供电，是因为信息中心机房的供电来自科研楼低压配电室，该低压配电室的上级电源来自外科楼变配电室，并且不具备由应急母线段供电的条件。为了保证信息中心机房的应急供电，我院做好了在应急情况下租用应急发电车为科研楼低压配电室供电的准备，确认了应急发电车在科研楼低压配电室的接线位置和接线方法、应急发电车进医院的路由以及停放位置，同时，规划将信息中心机房改由外科楼变配电室低压应急母线段供电，目前已经完成改造。
对全院其他楼宇的低压配电室，也确定了应急发电车的接线位置，并在改造外科楼变配电室时，增加了室外应急发电车的接口柜，在紧急情况下应急发电车可以给外科楼变配电室所有低压柜供电。
由于医院供电系统比较稳定，两路外电源无电的情况比较罕见，配备的柴油发电机组几乎一直处于备用状态。为了保证柴油发电机组在使用时能够正常发电，应定期进行启动空载运行测试，每年进行一次带载测试，测试发电机组能否达到额定功率、能否实现并网发电、能否承受负载的突加与突减（如消防水泵电机功率为70kW，可否承受水泵电机的启动电流）。我院对外科楼的两台400kW发电机进行第一次带载测试时，就出现了两台机组在并网的瞬间停车、单机的带载功率达到100kW时机组停车等问题；对诊断楼的400kW发电机进行第一次带载测试时，突加负载时机组停车。后来经过检查发现以上问题都是由控制系统的问题造成的。
（五）供电系统智能化的规划
利用外科楼变配电室改造的契机，将三个变配电室的配电监控统一规划，建立医院供电系统集中监控中心，在监控中心实时监控三个变配电室的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数，以及高低压开关、变压器、直流屏的运行状况等，还可以及时掌握用能的情况。
1.提高供电可靠性
高低压开关异常跳闸时能够及时报警，保证值班人员第一时间进行处置；可以实时监控系统的负荷情况，达到告警阈值时声光报警；对电缆沟道内的电缆进行温度监测，在电缆运行温度异常时能够及时发现；对电缆管道沟进行水浸监测，管道沟进水时能及时报警；远程监控直流屏的数据，监控变压器的运行数据、室内温度等；通过摄像头监控变配电室内的环境，及时发现人员入侵、环境异常。
2.掌握用能情况
通过智能配电监控系统，可以将医院的电能消耗按照不同类别进行统计，如统计各个楼宇、空调、照明、医疗设备、各个科室的用电量等等，然后找出用电规律，及时发现用电异常。
3.减少人力成本
按照变配电室运行规程，10kV电压等级且变压器容量在630kVA及以上的配电室，应安排专人值班，每班值班人员不少于2人。我院三个变配电室的容量都大于630kVA，按照规定每个变配电室须要配备8人，全天24小时值班（8小时/班，2人/班，四班三运转），三个变配电室共计配备24人值班。采用智能化运行模式后，三个配电室的值班人员可以统一安排：每班2人（8小时/班，四班三运转），负责三个变配电室的值班，同时安排每班1人负责智能运维（8小时/班，四班三运转），共计12人即可满足运行规范要求。
（六）供电系统档案与编号的规划
供电系统的档案和编号对供电安全非常重要，供电系统的图纸与现场情况要相符，供电系统的编号和标志要尽量统一，方便进行供电系统的运行管理。
改造和新建的供电工程投入使用后，电力运行维修人员要对照图纸对现场进行检查，主要检查图纸上每条低压出线的位置与现场低压开关柜标号位置是否一致、低压电缆标志牌所示位置与终端电缆标志牌所示的供电位置是否相符、图纸所示的电缆型号和尺寸与现场是否相同、图纸标注的低压开关数值及整定的数值与现场是否一致。如果出现不一致的情况，要根据现场的实际情况对图纸资料进行更改。
根据供电系统编号的统一规则，统一了三个变配电室的高压出线开关与低压出线开关的编号。三个变配电室高压出线开关到变压器一次侧的编号统一为：211到1#变压器、221到2#变压器、212到3#变压器、222到4#变压器。高压出线开关到分变配电室的编号统一为：一路为213；二路为223。低压开关柜的编号都是从紧临变压器出线开关一侧开始进行编号，这样非常方便后期的运行管理。三个变配电室高压出线开关的编号情况见图2。
03
结束语
在医院供电系统中，从10kV外电源、高压系统、低压系统、配电系统到用电单元，每个环节都非常重要。对于医院的后勤管理者来说，保证医院供电系统的安全是一个永恒的话题，对供电系统的外电源规划、供电容量、各类设施的用电需求、应急供电、智能化监控等应该随时予以关注。要做到未雨绸缪，有计划地按步骤进行供电的规划与实施，保证医院供电系统的安全、稳定、高效。
原文作者：程勇
国家癌症中心、国家肿瘤临床医学研究中心、中国医学科学院北京协和学院肿瘤医院
文章节选：《中国医院建筑与装备》杂志2022年第11期
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