安躍強(qiáng)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：提出加強(qiáng)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(jìn)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，用電安全，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(jìn)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(xiàn)計(jì)獻(xiàn)策，提出許多切實(shí)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(jì)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(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)

某醫(yī)院在初期規(guī)劃時(shí)UPS/EPS系統(tǒng)采用分布式安裝，并設(shè)計(jì)了各UPS/EPS機(jī)房位置。但在系統(tǒng)BIM仿真后，發(fā)現(xiàn)分布式無法實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)提示：400kg/m2的樓板承重設(shè)計(jì)載荷無法安裝手術(shù)室和搶救室UPS，其主機(jī)自身差不多有1噸，配套電池更是重達(dá)數(shù)噸，樓板加固處理起來難度很大。醫(yī)院負(fù)責(zé)運(yùn)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(yùn)維人員不足，同時(shí)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(xiǎn)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(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)：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(jì)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(gè)模組，根據(jù)應(yīng)用環(huán)境可自動(dòng)選擇工作模式，使儲能電站同時(shí)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)并接了超級電容。

儲能電站建成后實(shí)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(jìn)行不間斷供電和應(yīng)急供電。首先實(shí)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(yàn)科、信息中心機(jī)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(shí)間節(jié)約近三分之一的用電費(fèi)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(shí)間供電，故可省掉原來計(jì)劃購買應(yīng)急發(fā)電機(jī)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(hù)的設(shè)備要求而設(shè)計(jì)，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(jì)，以消防應(yīng)急類的一級負(fù)荷為目標(biāo)，功能是提供獨(dú)立回路的供電系統(tǒng)。EPS能夠提供應(yīng)急電源，只能實(shí)現(xiàn)持續(xù)供電、沒有改進(jìn)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(shí)采用旁路供電，市電停電時(shí)才轉(zhuǎn)為逆變供電。UPS電源平時(shí)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(dòng)的電機(jī)負(fù)荷、機(jī)殼和導(dǎo)線瞬時(shí)發(fā)熱量增大，需要有阻燃措施，同時(shí)要配置多路互投功能，方便與消防聯(lián)動(dòng)。

1.3工頻UPS和高頻UPS不能選錯(cuò)

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(dá)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(diǎn)，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(jī)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(jī)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(jī)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(gè)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(dá)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(jī)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(xiàng)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(bǔ)償器）、AVC（自動(dòng)無功補(bǔ)償器）、CVT（諧振變壓器）、MG（電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)組）、TCR（變壓器分接頭調(diào)節(jié)器）和DVR（動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器）等。

根據(jù)醫(yī)療場所的特點(diǎn)，推薦使用超級電容儲能式動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR）。它采用超級電容作為儲能單元。閃絡(luò)發(fā)生時(shí)DVR處于逆變供電模式，超級電容的能量經(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(shí)，DVR處于旁路模式，電網(wǎng)直接給負(fù)載供電，同時(shí)DVR從輸出側(cè)獲取能量給超級電容充電。這種超級電容儲能式DVR可智能跟蹤電壓暫降，保護(hù)策略完善。采用直流電容進(jìn)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(hù)成本與維護(hù)工作量也大為減少。系統(tǒng)供電電壓正常時(shí)，DVR處于旁路狀態(tài)，只有發(fā)生電壓暫降時(shí)啟動(dòng)補(bǔ)償機(jī)制。只有在此時(shí)裝置核心部分才被喚醒，這種特殊的工作機(jī)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(jìn)行了規(guī)定，在采購精密醫(yī)療設(shè)備時(shí)，應(yīng)當(dāng)要求設(shè)備廠家依據(jù)中國電源學(xué)會團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)TCPSS1008-2020《低壓電氣設(shè)備電壓暫降及短時(shí)中斷耐受能力測試方法》提交測試報(bào)告，并依據(jù)測試結(jié)果采取相應(yīng)的設(shè)備保護(hù)措施。

2.2治理諧波，使醫(yī)療設(shè)備運(yùn)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(dòng)在系統(tǒng)中產(chǎn)生一個(gè)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(dá)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(bǔ)償或者抵消所需的諧波成分，實(shí)現(xiàn)快速治理諧波的目的。

作為有源補(bǔ)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(jìn)行跟蹤補(bǔ)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，必須采用智慧型APF來抑制諧波。這種有源濾波器能夠自動(dòng)檢測、自動(dòng)補(bǔ)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(jī)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(diǎn)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(shí)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，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(qiáng)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，必須進(jìn)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(qiáng)重要醫(yī)療場所供電保障能力、促進(jìn)供電質(zhì)量的提高以及利用供電智慧樹進(jìn)行電力故障仿真等方面發(fā)力，從而進(jìn)一步保障醫(yī)療供電系統(tǒng)安全。

首先，培訓(xùn)可增強(qiáng)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。這些場所必須接入兩路以上市電電源，同時(shí)配備UPS（不間斷電源）和應(yīng)急發(fā)電機(jī)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(hù)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，必須不斷加強(qiáng)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(jī)維保單位的責(zé)任心，并提高運(yùn)維人員對互投裝置的故障辨析能力。

其次，培訓(xùn)可加強(qiáng)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(jī)、推車式B型超聲波診斷儀、體外沖擊波碎石機(jī)、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(yùn)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(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：消除閃絡(luò)，保護(hù)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(yùn)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(qiáng)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(shí)性和穩(wěn)定性，推動(dòng)其承擔(dān)為患者生命保駕護(hù)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(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：運(yùn)行狀態(tài)的可視性、運(yùn)行邏輯的自發(fā)現(xiàn)、運(yùn)行過程的可控性和運(yùn)行故障的自修復(fù)。

4.1堅(jiān)持科學(xué)評估，實(shí)現(xiàn)運(yùn)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(diǎn)，定義各項(xiàng)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(jìn)行有效性校驗(yàn)，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(diǎn)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

可采用人工神經(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(jìn)行簡化、抽象和模擬，利用各元節(jié)點(diǎn)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(cuò)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(jì)算等方法，對于正在運(yùn)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(xiǎn)就會自動(dòng)提醒醫(yī)院采取措施，調(diào)整運(yùn)行方式。對于正在改擴(kuò)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(jì)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(jì)算、繼電保護(hù)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(jià)指標(biāo)。

4.1.3完善繳費(fèi)渠道架設(shè)以及繳費(fèi)服務(wù)布點(diǎn)

進(jìn)行節(jié)點(diǎn)級設(shè)計(jì)是確定元節(jié)點(diǎn)類型，區(qū)分出節(jié)前元節(jié)點(diǎn)、元節(jié)點(diǎn)和節(jié)后元節(jié)點(diǎn)。元節(jié)點(diǎn)主要承擔(dān)組合和轉(zhuǎn)移的功能。組合功能是對節(jié)點(diǎn)信號進(jìn)行組合，組合過程中要對節(jié)點(diǎn)輸入進(jìn)行簡單加權(quán)；轉(zhuǎn)移功能是對節(jié)點(diǎn)信號進(jìn)行輸出實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)移變換由節(jié)點(diǎn)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(diǎn)，供配電四重保障能力的組合和轉(zhuǎn)移主要通過ATS(自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)）來實(shí)現(xiàn)。

進(jìn)行結(jié)構(gòu)級設(shè)計(jì)是建立傳入樹突和傳出軸突組件，實(shí)現(xiàn)元節(jié)點(diǎn)的連接。首先確定模型的層數(shù)和各層節(jié)點(diǎn)數(shù)量，通過傳入樹突和傳出軸突實(shí)現(xiàn)元節(jié)點(diǎn)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(diǎn)只與傳入樹突連接，元節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(jìn)行訓(xùn)練級設(shè)計(jì)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(shí)際運(yùn)行的輸入和輸出數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本。目前正進(jìn)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(dòng)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(dòng)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(jiān)持經(jīng)常性評估，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)的可視性。

4.2建立供電智慧樹，實(shí)現(xiàn)醫(yī)院供配電運(yùn)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(diǎn)矩陣描述了醫(yī)院供配電系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)順序關(guān)系，用矢量矩陣描述了各節(jié)點(diǎn)的位置關(guān)系。因此，供電智慧樹模型可表明各層節(jié)點(diǎn)和鄰近節(jié)點(diǎn)的連接關(guān)系，如果底層節(jié)點(diǎn)負(fù)荷已知，利用逆向推衍可方便求出鄰近節(jié)點(diǎn)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(diǎn)的負(fù)荷指向及各節(jié)點(diǎn)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(jī)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(yùn)行中也發(fā)揮了重要作用。正常運(yùn)行時(shí)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(yùn)行方式，實(shí)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(shí)幫助管理人員編寫送電指導(dǎo)文件，幫助操作人員進(jìn)行仿真模擬演練，避免誤操作。供電智慧樹的實(shí)現(xiàn)算法將配電網(wǎng)的物理結(jié)構(gòu)和運(yùn)行參數(shù)有機(jī)地結(jié)合，實(shí)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(jìn)行電力故障仿真。利用供電智慧樹拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)自動(dòng)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(shí)現(xiàn)運(yùn)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(shí)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(dòng)生成設(shè)備健康狀況曲線，及時(shí)給出小修、大修和退役等維護(hù)提示，實(shí)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(yùn)行數(shù)據(jù)采集積累，利用線性回歸算法科學(xué)計(jì)算出斷路器全壽命周期曲線，可讓運(yùn)維人員及時(shí)了解斷路器的目前狀態(tài)，提醒運(yùn)維人員提前進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)。通過斷路器健康狀態(tài)監(jiān)測，運(yùn)行維護(hù)工作可真正實(shí)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(shí)監(jiān)測斷路器的每次動(dòng)作，根據(jù)系統(tǒng)故障預(yù)警，職能部門可及時(shí)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(yùn)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(yùn)行情況，所采集的大量斷路器運(yùn)行數(shù)據(jù)反應(yīng)了醫(yī)療設(shè)備運(yùn)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(dòng)評估斷路器的性能可實(shí)現(xiàn)科學(xué)的計(jì)劃檢修。斷路器健康狀態(tài)正常時(shí)不發(fā)生報(bào)警，沒有必要進(jìn)行例行維修；斷路器健康狀態(tài)不正常時(shí)會立即發(fā)出預(yù)警信息，通知運(yùn)行維護(hù)人員及時(shí)檢修，此種方法可避免過度檢修或檢修不足。如果堅(jiān)持對斷路器進(jìn)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(dòng)維修"變成“主動(dòng)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(jì)規(guī)范》《綠色醫(yī)院建筑評價(jià)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(jìn)行能源供應(yīng)系統(tǒng)及設(shè)備的運(yùn)行管理工作，幫助醫(yī)院管理層實(shí)時(shí)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(yùn)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(jì)，幫助醫(yī)院后勤管理部門了解醫(yī)院能源運(yùn)行情況，關(guān)注消防和電氣安全，及時(shí)預(yù)警異常情況，提高運(yùn)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(yùn)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(shí)現(xiàn)對變壓器、柴油發(fā)電機(jī)、斷路器以及其它重要設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視、測量、記錄、報(bào)警等功能，并與保護(hù)設(shè)備和遠(yuǎn)方控制中心及其他設(shè)備通信，實(shí)時(shí)掌握供電系統(tǒng)運(yùn)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(jī)保護(hù)裝置及多功能儀表進(jìn)行保護(hù)和監(jiān)控，對0.4kV出線配置多功能計(jì)量儀表，用于測控出線回路電氣參數(shù)和用能情況。同時(shí)對醫(yī)院重要設(shè)備如柴油發(fā)電機(jī)、無功補(bǔ)償裝置、有源濾波裝置、UPS、隔離電源系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。

5.4.2醫(yī)院變電所運(yùn)維云平臺解決方案

AcrelCloud-1000電力運(yùn)維云平臺采用多功能電力傳感器、無線通信、邊緣計(jì)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(shí)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(jī)APP下發(fā)運(yùn)維任務(wù)到人員手機(jī)上，并通過GPS跟蹤運(yùn)維執(zhí)行過程進(jìn)行閉環(huán)，提高運(yùn)維效率，即時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)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(shí)現(xiàn)開關(guān)柜運(yùn)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(jī)、除濕機(jī)、空調(diào)控制等設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制。實(shí)現(xiàn)動(dòng)力環(huán)境各數(shù)據(jù)的檢測與設(shè)備控制，優(yōu)化動(dòng)力環(huán)境，避免運(yùn)行環(huán)境的失控導(dǎo)致配電設(shè)備運(yùn)行故障，保證維護(hù)人員安全，延長設(shè)備使用壽命，實(shí)現(xiàn)配電動(dòng)力環(huán)境的分布式遠(yuǎn)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(jìn)行實(shí)時(shí)測量，對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。能夠合理的確定各科室建筑能耗經(jīng)濟(jì)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(fèi)情況，提高人員主動(dòng)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(gè)用能環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測；

②　排碳數(shù)據(jù)化：通過系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)建筑單位內(nèi)人均能耗分析（包括水、電、能量），實(shí)現(xiàn)低碳辦公數(shù)據(jù)化；

③　區(qū)域能效比：實(shí)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(shí)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(jìn)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(gè)科室能耗對比，實(shí)現(xiàn)能耗排名，增強(qiáng)全院工作人員的節(jié)能意識；

⑦　對能耗的使用數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合的分析、統(tǒng)計(jì)、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(bào)表的打印。為能耗運(yùn)營管理部門提供可靠的依據(jù)；

⑧　能耗數(shù)據(jù)采集，隨時(shí)查詢，并根據(jù)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，監(jiān)測異常能源用量，對能源智能儀表故障進(jìn)行報(bào)警，提高系統(tǒng)信息化、自動(dòng)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(yàn)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(qiáng)度照明，盡量解決照明用電。

ASL1000智能照明控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)場景控制、時(shí)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(fèi)，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(dòng)器、IP網(wǎng)關(guān)、耦合器、干接點(diǎn)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(shí)間內(nèi)熄燈，智能面板等手動(dòng)控制設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、現(xiàn)場控制和值班室遠(yuǎn)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(jì)算等現(xiàn)代信息技術(shù)，將分散的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)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(jìn)行智能化感知、識別、定位，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采集消防信息，通過云平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，幫助實(shí)現(xiàn)科學(xué)預(yù)警火災(zāi)、網(wǎng)格化管理、落實(shí)多元責(zé)任監(jiān)管等目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)了無人化值守智慧消防，實(shí)現(xiàn)智慧消防“自動(dòng)化"、“智能化"、“系統(tǒng)化"需求。從火災(zāi)預(yù)防，到火情報(bào)警，再到控制聯(lián)動(dòng)，在統(tǒng)一的系統(tǒng)大平臺內(nèi)運(yùn)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(yùn)行狀況，并能夠在出現(xiàn)細(xì)節(jié)隱患、發(fā)生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時(shí)間內(nèi)，相關(guān)報(bào)警和事件信息通過手機(jī)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(dá)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(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的預(yù)警子系統(tǒng)，由電氣火災(zāi)監(jiān)控主機(jī)、電氣火災(zāi)監(jiān)控單元、剩余電流式電氣火災(zāi)探測器以及測溫式電氣火災(zāi)探測器組成，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(jī)，實(shí)現(xiàn)對建筑電氣安全預(yù)警。現(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(shí)實(shí)時(shí)發(fā)出報(bào)警信號，重點(diǎn)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(shí)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(jī)采集消防設(shè)備電源狀態(tài)，區(qū)域分機(jī)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(shí)現(xiàn)對消防設(shè)備電源工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)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(dòng)，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(dòng)關(guān)閉常開防火門，防止煙霧擴(kuò)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(shí)，防火門監(jiān)控器能發(fā)出故障報(bào)警信號，指示故障報(bào)警部位并保存故障報(bào)警信息。發(fā)生火災(zāi)時(shí)，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(kuò)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(dòng)性強(qiáng)，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(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，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。

5.5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

作者介紹：

安躍強(qiáng)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)闉橹悄茈娋W(wǎng)供配電。