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論北京市醫(yī)院用電安全隱患問題的消除對策

更新時間:2023-01-29 點擊次數(shù): 477次

劉細鳳

摘要:提出加強應(yīng)急電源管理、開展電能質(zhì)量治理、提升配電系統(tǒng)柔性安全水平,有針對性地進行醫(yī)院各類人員用電安全培訓(xùn),消除醫(yī)院用電安全隱患的對策。

關(guān)鍵詞:醫(yī)院用電,柔性安全,供電智慧樹
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(zāi)分析》為題發(fā)表后,引起了北京市醫(yī)療系統(tǒng)各級負(fù)責(zé)供配電的領(lǐng)導(dǎo)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(shè)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(biāo)準(zhǔn)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(yīng)急電源設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(fù)責(zé)運維的領(lǐng)導(dǎo)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(dǎo)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(shè)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(shè)計:在儲能變流器(PCS)后串接濾波模塊,保證了醫(yī)療設(shè)備的供電質(zhì)量;儲能電站容量設(shè)計為供電負(fù)荷的1.5倍,保證重要負(fù)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(yīng)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(yīng)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(guān)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)急保障的UPS系統(tǒng),也有根據(jù)消防部門要求建設(shè)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(fù)載,如醫(yī)療設(shè)備、電腦、服務(wù)器等。EPS一般用于消防保安設(shè)備,應(yīng)急照明和事故照明等;UPS根據(jù)所保護的設(shè)備要求而設(shè)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(shè)計,以消防應(yīng)急類的一級負(fù)荷為目標(biāo),功能是提供獨立回路的供電系統(tǒng)。EPS能夠提供應(yīng)急電源,只能實現(xiàn)持續(xù)供電、沒有改進設(shè)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(yīng)負(fù)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(fù)載,逆變器冗余大,對有變頻啟動的電機負(fù)荷、機殼和導(dǎo)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(yīng)用場合都有本質(zhì)的不同,根據(jù)不同的負(fù)荷設(shè)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(wù)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(fù)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(fù)載端零地電壓也因此升高,從而使服務(wù)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(shè)備造成干擾;變壓器鐵芯和散熱風(fēng)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(shè)備產(chǎn)生干擾。對于影像設(shè)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(shè)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(guān)設(shè)備選用工頻UPS外,其余都應(yīng)配置高頻UPS。
2采取專項治理,提升大型醫(yī)療設(shè)備供電質(zhì)量
2.1消除閃絡(luò),減少精密醫(yī)療設(shè)備的損壞
消除閃絡(luò)的方法主要有UPS(不間斷電源)、STS(靜態(tài)切換開關(guān))、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(fù)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(fù)器(DVR)。它采用電容作為儲能單元。閃絡(luò)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(biāo)準(zhǔn)電壓源給負(fù)載供電。供電恢復(fù)正常范圍內(nèi)時,DVR處于旁路模式,電網(wǎng)直接給負(fù)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(shè)備整體的壽命。
IEEEStd1668對額定電壓低于1kV用電設(shè)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(shè)備時,應(yīng)當(dāng)要求設(shè)備廠家依據(jù)中國電源學(xué)會團體標(biāo)準(zhǔn)TCPSS1008-2020《低壓電氣設(shè)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(yīng)的設(shè)備保護措施。
2.2治理諧波,使醫(yī)療設(shè)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(fù)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(shè)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(shè)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(shè)備的諧波危害。對MRI、CT、伽瑪?shù)兜却笮歪t(yī)療設(shè)備,在其供電電源入口處裝設(shè)HTHF(設(shè)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(shè)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(shè)備的影響。
消除醫(yī)療場所諧波的方法是找到源頭,治標(biāo)先治本。一方面要降低電網(wǎng)和醫(yī)療設(shè)備的諧波分量,另一方面要提高醫(yī)療設(shè)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,是將非線性負(fù)載在設(shè)備端轉(zhuǎn)變成線性負(fù)載,既能防止醫(yī)療設(shè)備產(chǎn)生的諧波外竄,又能保證醫(yī)療設(shè)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(xùn),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(xùn),這對提升各類人員的業(yè)務(wù)水平和工作責(zé)任心尤為重要。醫(yī)療系統(tǒng)電力安全培訓(xùn)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(xùn)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(dǎo)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(yīng)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(yīng)急保障設(shè)備使用者與維護者的水平不足及責(zé)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(xùn),通過培訓(xùn)努力提高使用單位的UPS管理水平,提高應(yīng)急發(fā)電機維保單位的責(zé)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(xùn)可加強醫(yī)療設(shè)備供電質(zhì)量控制。醫(yī)院的大型醫(yī)療設(shè)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(yán)
重問題,直接影響著醫(yī)療設(shè)備的正常運行。通過針對性培訓(xùn),可讓醫(yī)院用電的管理者和大型醫(yī)療設(shè)備的使用者認(rèn)識到供電質(zhì)量的重要性,學(xué)會排查由于供電質(zhì)量問題對大型醫(yī)療設(shè)備的干擾和破壞。最終實現(xiàn)以下目標(biāo):消除閃絡(luò),保護精密醫(yī)療設(shè)備;減少諧波,保障大型醫(yī)療設(shè)備正常運行;處理三相不平衡,延長醫(yī)療設(shè)備的使用壽命。
為提高醫(yī)院供電系統(tǒng)的整體安全,應(yīng)著力加強的培訓(xùn)工作,積極發(fā)揮電力安全培訓(xùn)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(wù)的及時性和穩(wěn)定性,推動其承擔(dān)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(fù)雜、用電設(shè)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(biāo):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(fù)。
4.1堅持科學(xué)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(biāo)體系
在邊界條件確定上,指標(biāo)體系以醫(yī)院中的重要醫(yī)療場所和大型醫(yī)療設(shè)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(biāo)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(biāo)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(wù)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(luò)方法,也就是通過人工智能算法模仿人類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(dǎo)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(xué)模型。這種模型呈現(xiàn)鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu),具有環(huán)境應(yīng)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(shè)備的電能質(zhì)量,如果有風(fēng)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(shè)計市電供電方案和電氣設(shè)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(biāo)、重要醫(yī)療場所供電保障能力指標(biāo)和大型醫(yī)療設(shè)備供電質(zhì)量評價指標(biāo)。
4.1.3完善繳費渠道架設(shè)以及繳費服務(wù)布點
進行節(jié)點級設(shè)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(dān)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(guān))來實現(xiàn)。
進行結(jié)構(gòu)級設(shè)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(shè)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(xùn)練級設(shè)計是選擇學(xué)習(xí)訓(xùn)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(xùn)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(xùn)練樣本。目前正進行知識學(xué)習(xí)方式,即在樣本訓(xùn)練的基礎(chǔ)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(xué)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(guān)系,用矢量矩陣描述了各節(jié)點的位置關(guān)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(guān)系,如果底層節(jié)點負(fù)荷已知,利用逆向推衍可方便求出鄰近節(jié)點的負(fù)荷。供電智慧樹通過現(xiàn)場分支測試,建立供電樹的拓?fù)浞謱幽P?,最終在管理平臺上直觀展示完整的供配電拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和設(shè)備參數(shù)。利用供電智慧樹算法,可快捷偵測各匯聚點的負(fù)荷指向及各節(jié)點負(fù)荷的組成情況;可方便地展示供電系統(tǒng)中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),并將各分散的負(fù)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(fù)荷情況,并通過改變供配電系統(tǒng)的運行方式,實現(xiàn)負(fù)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(fù)供電時幫助管理人員編寫送電指導(dǎo)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(shè)備的供電應(yīng)急演練方案,無法進行電力故障仿真。利用供電智慧樹拓?fù)浣Y(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(fù)荷、操作次數(shù)和觸頭磨損等參數(shù),通過建模,自動生成設(shè)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(xué)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(yù)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(yù)防"的飛躍;可有效預(yù)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(yù)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(shè)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(yīng)了醫(yī)療設(shè)備運行規(guī)律,可籍此查找醫(yī)療設(shè)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(fù)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(xué)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(yù)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(yù)防性維修,可將配電維修由“被動維修"變成“主動預(yù)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(shè)計規(guī)范》《綠色醫(yī)院建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》、《醫(yī)院建筑能耗監(jiān)管系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)導(dǎo)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(guān)指標(biāo)以及其他用能指標(biāo),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(yīng)系統(tǒng)及設(shè)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(shè)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(shè)備控制、數(shù)據(jù)分析、異常預(yù)警、運維派單、系統(tǒng)架構(gòu)和綜合數(shù)據(jù)服務(wù)等方面的設(shè)計,幫助醫(yī)院后勤管理部門了解醫(yī)院能源運行情況,關(guān)注消防和電氣安全,及時預(yù)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(zāi)監(jiān)控系統(tǒng),消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng),防火門監(jiān)控系統(tǒng),消防應(yīng)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?fù)鋱D
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(shè)備進行監(jiān)視、測量、記錄、報警等功能,并與保護設(shè)備和遠方控制中心及其他設(shè)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(shè)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(guān)及大數(shù)據(jù)分析技術(shù),通過智能網(wǎng)關(guān)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(wù)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(guān)柜運行監(jiān)控、高壓開關(guān)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(fēng)機、除濕機、空調(diào)控制等設(shè)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(shè)備控制,優(yōu)化動力環(huán)境,避免運行環(huán)境的失控導(dǎo)致配電設(shè)備運行故障,保證維護人員安全,延長設(shè)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(shè)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(biāo)及績效考核指標(biāo),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(biāo)準(zhǔn)約束值、標(biāo)準(zhǔn)值、引導(dǎo)值進行分析單位面積能耗和人均能耗指標(biāo);
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(yīng)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(yīng)控制以及紅外感應(yīng)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(guān)驅(qū)動器、IP網(wǎng)關(guān)、耦合器、干接點輸入模塊等。這些模塊使用35mm標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)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(shè)定紅外感應(yīng)控制亮燈,人離開后在設(shè)定的時間內(nèi)熄燈,智能面板等手動控制設(shè)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(zāi)自動報警設(shè)備、電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備、智慧煙感探測器、智慧消防用水等設(shè)備連接形成網(wǎng)絡(luò),并對這些設(shè)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(xué)預(yù)警火災(zāi)、網(wǎng)格化管理、落實多元責(zé)任監(jiān)管等目標(biāo)。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(zāi)預(yù)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(shè)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(guān)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(guān)人員。
5.4.7醫(yī)院電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)解決方案
電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)作為火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的預(yù)警子系統(tǒng),由電氣火災(zāi)監(jiān)控主機、電氣火災(zāi)監(jiān)控單元、剩余電流式電氣以及測溫式電氣組成,通過現(xiàn)場總線構(gòu)成一套完整的預(yù)防電氣火災(zāi)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(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)以建筑為單位設(shè)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(yù)警?,F(xiàn)場設(shè)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(guān)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(shè)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(shè)備比較多,消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)主要功能就是用于監(jiān)測消防設(shè)備的工作電源是否正常,保障在發(fā)生火災(zāi)時消防設(shè)備可以正常投入使用。
消防設(shè)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(shè)置區(qū)域分機采集消防設(shè)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(guān)狀態(tài)信息,以此實現(xiàn)對消防設(shè)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(zāi)后自動關(guān)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(dāng)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(zāi)時,關(guān)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(yīng)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(fù)雜,一旦發(fā)生火災(zāi),疏散指示系統(tǒng)非常重要。消防應(yīng)急照明和指示系統(tǒng)可以和火災(zāi)報警系統(tǒng)聯(lián)動,提供應(yīng)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(yīng)急預(yù)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(fù)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(dāng)前諧波分量和無功分量對應(yīng)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(shè)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(yīng)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(yù)警;能夠遠程控制,提供財務(wù)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(shè)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(yīng)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(yīng)采用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(dǎo)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(shè)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(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
5.5相關(guān)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(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)硬件配置方案
5.5.8消防設(shè)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(yīng)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(fù),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(biāo),即配電系統(tǒng)能自行分析并處理運行故障。如果是預(yù)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(fù)到預(yù)先設(shè)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(guān)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(wù)數(shù)據(jù)與故障預(yù)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(yù)案體系和配套的備用裝備基礎(chǔ)之上。
參考文獻
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[2]王大剛.醫(yī)療場所電氣火災(zāi)分析[J].消防界,2021,20.
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[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2022.05版.



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