医疗建筑能源管理系统技术方案——安科瑞-吴雯雯

医疗建筑能源管理系统技术方案安科瑞吴雯雯江苏安科瑞电器制造有限公司江苏江阴医疗建筑能源管理系统11项目概述医院因其工作的特殊性，存在着人员密集、人流量大，病员的就诊和生活无法严格区分，楼宇设备、建筑医疗设备、病房医疗设备密集的特点。医院的供电负荷等级较高，供配电方式与其他民用建筑有较大区别，各种大功率仪器设备和应急电源多，二类医疗场所的供电采用IT系统，对电能质量比较敏感，人员密度大存在用电安全隐患。安科瑞Acrel-5000能源管理系统医疗建筑版加强对医院的电力能耗监测和用能分析核算，对供电系统实时监控，监测供电质量、电能消耗和用电安全，对重要医疗设备运行和用能进行监测和预警，提升医院建筑的整体智能化水平和安全运行可靠性。1.用户需求供电系统在一次系统的设计上已经很好的保证了医院供电可靠性，但是还需要对供电系统进行实时的监控，对用电安全进行预警，对重要医疗设备运行工况和用能实时监视，这样才能对供电系统可能存在的安全隐患和重要设备运行状况有清楚、及时的了解。医院配电系统运行维护人员对供配电系统要求有以下几点：1)对项目0.4kV配电室各回路和变压器温度进行不间断数据采集，实现遥测、遥信功能，并对异常工况进行预警，提高供电系统的安全可靠性并长期保持，特别是一级负荷，增加短信报警功能，及时排除隐患；2)对UPS、发电机等应急电源工况实时监视，及时预警，确保医院2类场所供电的可靠性和连续性；3)对医院诊断设备如CT机、X光机、核磁共振设备、生命维持系统设备电源进行不间断监测，保证医院精密设备的供电质量和运行可靠；4)实时监测手术室和重症监护室IT配电系统的绝缘性能；5)实时监测用电回路的漏电电流和线缆温度。以监控主站为中心，实现对全部的断路器进行监视、测量、记录、报警等功能，并与保护设备和远方控制中心及其他设备通信，实时掌握供电系统运行状况和可能存在的隐患，快速排除故障；各间隔层单元保留应急手动操作跳、合闸手段，各就地单元相互独立、互不影响，功能上不依赖于站控计算机，系统的可靠性和可用性强。医疗建筑能源管理系统22.方案设计原则Acrel-2000智能配电系统通过高低压二次设备：微机保护装置、多功能仪表以及各种传感器，把医院供电系统的各回路模拟量、开关状态量、电能消耗等通过通讯网络实时的仿真到计算机画面，供电运行维护人员可以通过监控计算机来实时了解供电系统的每个环节，通过人机界面可以浏览整个系统以及任何一个节点的运行状况，在发生可能导致事故的异常状况时可自动通过声音、文字等告警信号通知运行人员，并且可以提供各种曲线、柱状图等分析图形和报表。根据可靠性和高效率配电管理的要求，智能电力监控系统的设计遵循下列原则。3.1实用性智能电力监控系统的组成和实际一定要符合现场配电的实际情况，系统的实用性是首先应遵循的第一设计原则。应具有良好的可学习性和可操作性，使具备电脑初级操作水平的管理人员，通过简单的培训就能掌握系统的操作要领，达到能完成值班任务的操作水平。3.2安全性大型综合性医院的负荷等级大多为一级负荷，系统安全性显得尤为重要，要求系统中的所有设备及配件在性能安全可靠运转的同时，还应符合中国或国际有关的安全标准。3.3实时性电力系统中的电参量时刻都处在变化中，超负荷，不平衡等因素将会对配电设备造成巨大的损害，这些因素的产生具有偶然性，所以对系统的实时性要求非常关键，不仅能够实现实时监测，还应具有记录存储的功能。3.4稳定性由于电力监控系统是一项长期不间断运行的系统，肩负着监测配电网络的运行状况，并具有一定的处理事件的功能，系统应有良好的稳定性。3.5可扩展性系统的设计并不是一层不变的，要求系统的设计应预留多路与其他系统的通讯接口，如楼宇自动化控制系统（BAS）、管理信息系统（MIS）、消防控制系统等运行，实现系统的扩展。医疗建筑能源管理系统33.6易维护性智能电力监控系统在运行过程中的维护应尽量做到简单易行。3.参照标准本方案遵循的国家标准有：GB/T14285-2006《继电保护和安全自动装置技术规程》GBT14598.300-2008《微机变压器保护装置通用技术要求》DL/T5430-2009《无人值班变电站远方监控中心设计技术规程》DL/T634.5101-2002《远动设备及系统第5-101部分：传输规约基本远动任务配套准》DL/T634.5104-2009《远动设备及系统第5-104部分》GB/T2887-2011《计算机场地通用规范》Q/GDW231-2008《无人值守变电站及监控中心技术导则》GBT14598.8-2008《电气继电器第20部分：保护系统》GB50062－2008《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》GB/T50063-2008《电力装置的电测量仪表装置设计规范》GB50052-2009《供配电系统设计规范》JGJ312-2013《医疗建筑电气设计规范》《公共机构节能条例》医疗建筑能源管理系统44.方案设计下图为典型医疗建筑的配电系统一次图，从10kV配电室到末端用电回路，包括应急电源、UPS、IT配电系统等。安科瑞电气具备针对医疗建筑的完整解决方案。5.1硬件配置5.1.110kV变电所高压部分10kV进线保护测控装置AM5-F保护功能相间电流速断保护，相间限时电流速断保护（可带低压闭锁），相间过电流保护（可带低压闭锁），两段式零序过流保护，反时限相间过流保护（可带低压闭锁），零序反时限过流保护，过负荷保护，控制回路异常告警；测量功能遥测量：IA，IB，IC，UA，UB，UC，UAB，UBC，UCA，3U0，P，Q，S，COSф，f；操作功能手动合闸、跳闸；远方/就地控制切换并相互闭锁，遥控分合闸；遥信功能：16路遥信输入；继电器输出：8路继电器输出；医疗建筑能源管理系统5通讯功能：RS485，MODBUS-RTU/IEC60870-5-103协议可选；10kV变压器保护测控装置AM5-T保护功能电流速断保护，过流保护，复压闭锁，反时限过流保护，复压闭锁，两段式高压侧零序过流保护，两段式低压侧零序过流保护，过负荷保护，控制回路异常告警，超温/重瓦斯跳闸，过温/轻瓦斯报警；测量功能遥测量：IA，IB，IC，UA，UB，UC，UAB，UBC，UCA，3U0，P，Q，S，COSф，f；操作功能手动合闸、跳闸；远方/就地控制切换并相互闭锁，遥控分合闸；遥信功能：16路遥信输入；继电器输出：8路继电器输出；通讯功能：RS485，MODBUS-RTU/IEC60870-5-103协议可选；10KV母联保护测控及备自投装置AM5-B保护功能相间电流速断保护，相间过电流保护，母联充电保护，母联备自投，进线备自投，控制回路异常告警；测量功能：遥测量：IA，IB，IC，Uab1，Ubc1，Uab2，Ubc2操作功能：手动合闸、跳闸；远方/就地控制切换并相互闭锁、遥控分合闸遥信功能：16路遥信输入继电器输出：8路继电器输出；通讯功能：RS485，MODBUS-RTU/IEC60870-5-103协议可选；10kV多功能仪表APM810测量及显示内容：全电参量测量（U、I、kW、kVar、kWh、kVarh、Hz、cosφ）、零序电流、四象限电能计量、实时及最大需量、本月和上月极值、复费率电能统计、2~63次谐波分量、电压与电流不平衡度计算等。DI/DO：2路开入，2路继电器输出；医疗建筑能源管理系统6通讯接口：RS485/MODBUS-RTU精度：0.5S5.1.2低压部分仪表设置0.4kV受总回路APM810测量及显示内容：全电参量测量（U、I、kW、kVar、kWh、kVarh、Hz、cosφ）、零序电流、四象限电能计量、实时及最大需量、本月和上月极值、复费率电能统计、2~63次谐波分量、电压与电流不平衡度计算等。2路开入，2路继电器输出；通讯接口：RS485/MODBUS-RTU精度：0.5S变电所馈线回路ARCM200L-Z测量及显示内容：全电参量测量（U、I、kW、kVar、kWh、kVarh、Hz、cosφ）、四象限电能计量、1路剩余电流、4路温度测量、事件记录等。4路开入，2路继电器输出；通讯接口：RS485/MODBUS-RTU精度：1.0普通楼层配电箱AEM96（嵌入式安装）/DTSD1352（导轨式安装）测量及显示内容：三相电流、电压、有功功率、无功功率、有功电能、无功电能、四象限电能、功率因数、频率；2路开入，2路继电器输出；通讯接口：RS485/MODBUS-RTU5.1.3有源滤波谐波的危害十分严重。谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。谐波还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱。对于电力系统外部，谐波对通信设备和电子设备会产生严重干扰。为了消除配电系统谐波对医院设备的影响，方案配置ANAPF有源滤波器，滤除电网2~21医疗建筑能源管理系统7次谐波干扰。ANAPF系列有源电力滤波装置，以并联方式接入电网，通过实时检测负载的谐波和无功分量，采用PWM变流技术，从变流器中产生一个和当前谐波分量和无功分量对应的反向分量并实时注入电力系统，从而实现谐波治理和无功补偿。原理如下图：ANAPF有源滤波器原理示意图ANAPF技术参数接线方式三相三线或三相四线接入电压3×380V±10%接入频率50Hz±2%动态补偿响应时间全响应时间≤20ms；开关频率10kHz功能设置只补偿谐波、只补偿无功、既补偿谐波又补偿无功；手动、自动切换。谐波补偿次数2-31次整机效率*＞97%谐波消除率*＞85%保护类型直流过压IGBT过流装置温度保护过载保护自动限流在设定值，不发生过载冷却方式强制风冷噪音＜65db(处于柜内并运作于额定状态)工作环境温度-10℃～+45℃工作环境湿度＜85%RH不凝结安装场合室内安装海拔高度≤1000m（更高海拔需降容使用）进出线方式下进下出防护等级IP20医疗建筑能源管理系统8智能通信接口RS485/MODBUS-RTU远程监控可选说明：1、可以通过实测数据确定补偿电流，或通过电力系统详细信息（单线图、变压器、负荷情况等）计算出补偿电流；*、在设备额定输出状态下。ANAPF配置原则1集中补偿：变电所内按照变压器容量配置，一般按照变压器低压侧断路器额定电流的20%左右配置谐波补偿，单位：A。比如2000kVA变压器，按照运行负荷率80%计算，补偿容量为461A，建议按照500A配置，每台变压器配置一套ANAPF，安装在无功补偿柜和负载之间，用于集中补偿；2就地补偿：医院中含有多种医疗设备，如CT、DR、MR、UPS等，这类设备电流波动快，对配电系统的冲击较大，且会产生谐波电流，容易导致精密治疗和诊断设备的故障率增大，甚至缩短使用寿命。CT机谐波电流及电流畸变率及THDi变化趋势由图可知，CT机谐波含量较大，且畸变十分严重，这类设备谐波含量很大，是产生谐波干扰最大的设备。根据相关测量结果来看，这类设备的谐波畸变率一般都在35%~45%之间，有些设备谐波含量更是高达60%。对于新建医院，建议对该类谐波源处谐波进行就地治理，就地补偿容量计算宜按照设备额定电流的40%计算补偿容量。如CT机额定功率Pe=150kW，计算电流电流Ijs=285A，谐波补偿容量建议选择100A。5.1.4二类场所IT配电解决方案《民用建筑电气设计规范》14.7.6.3条明确规定：在电源突然中断后，重大医疗危险的场所，应采用电力系统不接地（IT系统）的供电方式。同时《医院洁净手术部建筑技术规范》GB50333-2002中规定：2类医疗场所在维持患者生命，外科手术和其他位于患者周围的电气装置均应采用医用IT系统。如：抢救室（门诊手术室）、手术室、心脏监控治疗室、导管介入室、血管照影检查室等。安科瑞电气股份有限公司的医疗隔离电源解决方案是针对医疗Ⅱ类场所的供电需医疗建筑能源管理系统9求而开发设计的