醫院數字化配電系統工程建設意義

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摘要：分析了某醫院變配電室管理面臨的問題和挑戰，介紹了數字化配電系統的建設方案及功能，總結了該系統的創新及其應用的意義。

關鍵詞：醫院建筑；供電安全；變配電系統

一、醫院變配電室管理面臨的問題和挑戰

某新建縣醫院是整體搬遷項目,建筑面積約為124484.48m2,占地面積為89780m2,包括門診樓、醫技樓、病房樓、感染病房樓、培訓生活樓等11棟建筑。隨著醫院建筑規模和設備數量的增加,原本欠缺的專業電工將更加難以應對。新院運行后按三班制計算需要至少8名專業電工,同時還要兼顧后勤各類水暖設備的維修保養,這將給技術手段落后、專業能力不強的醫院電工帶來極大的挑戰。同時,原有管理模式下缺乏有效的預警,一旦設備出現故障或維護不及時,會導致長時間停電,勢必影響患者的診療。因此,在變配電室建設之初就須進行針對性的謀劃,以提高自動化程度、減少人員值守、避免人為誤操作、提高電力保障能力。

二、數字化配電系統的建設

該項目按1000張床位的三級醫院的標準建設。根據項目使用負荷和當地電業局的供電方案答復書,10kV總配電室采用兩路來自不同變電站的高壓電源進線同時供電,通過母聯開關備自投功能,互為備用。下設的3個變配電室分別位于病房樓、醫技樓、培訓生活樓,均采用兩路電源進線,單母線分段分列運行。變壓器總裝機容量為14400kVA。低壓采用TN-S供電系統,單母線分段分列運行。另外在醫技樓一層設一臺1200kW柴油發電機組,在病房樓一層設一臺1000kW柴油發電機組。應急發電機作為消防設備、醫用設備等重要一級用電負荷的備用電源,與市電之間設有機械、電氣聯鎖,在市電停電的情況下可在15s內自動啟動供電。針對醫院目前專業高壓電工緊缺的情況,該項目在消防控制室配置了數字化配電系統后臺,統一監控3個變配電室的運行情況。數字化配電系統采用開放式理念,根據醫院的需求定制上位機組態軟件,將各配電室內的高、低壓開關柜等設備的運行狀態數據集成到后臺,使整個配電系統的管理實現數字化、可視化、智能化。數字化配電系統的配置主要分為三個部分。

（一）主控層

主控層設置在消防控制室,配置了數字化配電系統監控后臺,管理主機安裝于消防控制室內,用于遠程監控各變配電室。同時支持數據上傳至廠家數據中心,廠家可通過互聯網進行遠程監控和技術支持,從而實現變配電室的無人值守。

（二）通信層

通信層主要由無線4G模塊、交換機、光纖收發器、通信管理機等組成。因各變配電室比較分散、距離較遠,所以每個變配電室均配置一臺通信柜,內置的國產通信管理機采用IEC60870-5-104等規約,通過光纖、光纖收發器、交換機連接至消防控制室監控主機。變配電室配置的微機保護器、程序化控制器、多功能電力儀表、智能溫控儀、直流屏微機控制器等設備利用RS485接口和Modbus協議通過屏蔽雙絞線接入通信管理機[1]。該數字化配電系統的通信狀態如圖1所示。

（三）現場終端層

1.高壓開關柜為實現一鍵式程序化自動倒閘操作、減少人員誤操作概率,10kV總配電室及分變配電室高壓側的高壓開關柜配置了程序化控制器以及與開關柜配套的斷路器手車電動執行機構、接地刀閘電動執行機構,同時配置微機保護器、智能溫濕度監控器、多功能儀表等實現高壓開關柜的遙測、遙信、遙控,達到遠程全自動控制的目標；這些設備通過RS485接口按MODBUS通信協議接入[1]（表1）。根據供電方案由當地供電局提供計量裝置,設計時預留足夠的安裝位置。2.直流屏采用免維護電池直流屏,通過采用RS485接口的微機控制器與通信管理機相連,接入數字化配電系統后臺（表2）。3.低壓開關柜結合醫院需求,為控制預算,因低壓開關柜回路較多,不配置與程序化操作配套的電動手車和電動地刀。低壓進線柜及母聯柜配置框架式斷路器和多功能電力儀表實現遙測、遙信、遙控功能。其余普通低壓出線開關柜因平時涉及較多的維修操作和回路調換而只配置多功能電力儀表以實現遙測、遙信功能。多功能儀表均配有RS485接口,通過Modbus通信協議與通信管理機相連（表3）。4.有源濾波器柜考慮到醫院醫療設備和變頻設備較多,每段低壓出線母線上均并聯配置有源濾波器,動態抑制多次及高次諧波,解決諧波污染、三相不平衡和無功補償等問題,增強配電系統穩定性。柜上配置的PQF-Manager觸摸顯示屏具有ModbusRTU和ModbusTCP通信接口,可以通過ModbusRS485轉換器連入通信管理機,實現遠程訪問。5.變壓器每臺變壓器均配置帶RS485接口的干式變壓器智能溫控儀,采用Modbus通信協議,實現的功能如表4所示。6.視頻監控系統基于數字化配電系統監控后臺設置一套視頻監控系統,配置可伸縮調焦的廣角高清一體化攝像機,通過對各分變配電室進行合理布局,可以全方位監控變配電室內的運行環境和配電設備運行情況。

三、數字化配電系統的安全運行

該項目中的數字化配電系統運行界面見圖2。該系統對分散的三個配電室實現了基于統一平臺的集中可視化管理,在主控電腦的監控界面上即可在線監視各配電室內開關柜的運行狀態、通信狀態、儀表信息、現場情況等,還可以進行程序化操作、操作票及報表輸出、告警通知、歷史數據及日志查詢、圖紙管理、設備管理、用戶管理及能耗管理等,充分利用這些功能可以極大地提升配電系統的管理水平、降低能耗。實現程序化操作是該系統的核心功能。為確保程序化操作的安全,首先要對操作人員進行身份標識和鑒別,確保身份標識的唯一性。開關站遠程或就地操作嚴格按操作票執行,操作人、監護人用“口令密碼”驗證身份,即操作人的程序化遙控操作必須在監護人審核后的監督下進行。授權驗證通過后,在程序化控制器及系統軟件預制好的各類操作任務的操作票庫里選擇操作類型（操作票根據配電系統實際情況編制并通過審核,在系統投入使用前對操作票進行現場調試和驗證,通過驗證后才能入庫,入庫后一般不輕易修改）,生成操作任務；然后進入模擬預演,通過系統內置的防誤閉鎖校驗和獨立智能防誤模塊對操作票的操作指令執行的全過程進行防誤校核,并將校核結果反饋至主機；待模擬預演成功后,才能進入程序化操作指令執行階段,執行時對每一步的控制指令同樣通過系統內置的防誤閉鎖校驗和獨立智能防誤模塊進行防誤校核,并將校驗結果反饋至主機。所有的操作內容、操作人員信息及操作起始時間都被記錄并存于歷史庫中,且只能查詢,不能刪除、修改,便于及時查明原因和責任認定[2]。操作票的所有操作都可由數字化平臺實現遙控,與平時現場操作的邏輯是一致的,操作過程中嚴格執行配電室安全操作規程,自動按順序執行,且程序化操作不影響原有的“五防”功能。數字化配電系統通過雙人權限認證、模擬預演、雙套防誤校核機制、設備狀態的雙確認（如斷路器狀態采用位置遙信+遙測作為雙確認條件,以位置遙信作為主要判斷依據,三相電流或電壓等遙測信號作為輔助判據）以及操作記錄不可更改等多重安全機制,同時以視頻監控系統聯動驗證現場設備的運行及操作情況,確保了程序化操作的安全性和可靠性,提高了配電系統的自動化水平,有效避免了人為誤操作,使配電系統的運維更為便捷和安全。

四、數字化配電系統的創新及其應用的意義

（一）高壓開關柜實現無人操作

引進某設備廠的PDR360P程序化控制器、與開關柜配套的電動操作執行機構,使高壓開關柜的控制實現一鍵式程序化自動操作,即在數字化配電系統后臺就可根據已審核、驗證的操作票遠程遙控單臺高壓開關柜在運行、熱備用、冷備用、檢修（維護接地）四種狀態間自由切換,也可遠程遙控多臺高壓開關柜的聯動操作[1]。該系統的程序化操作嚴格遵照“五防”和標準化倒閘操作的邏輯要求,避免維護人員因操作邏輯混亂不清而發生人為誤操作,同時減少了操作時間、提高了配電系統的安全性。

（二）配電室實現無人值守

變配電室采用了高清彩色視頻攝像機,通過合理的布局既可以遠程實時監視開關柜操作過程和運行狀態,確保遠程倒閘操作安全可靠,還可以全方位監視變配電室內的運行環境和人員進出情況,實現配電室的無人值守。同時,可以租用廠家的云存儲服務器,隨時隨地查看實時監控,實現遠程診斷和操作指導；也可在本地配備硬盤用于視頻存儲,將監控影像自動存儲起來,方便維護人員查詢事故、排查原因,還可作為事故溯源的有效證據。

（三）智能分析、決策

通過高低壓開關柜內的各類傳感器及監控設備采集內部運行狀況信息并將其以數字化信號的形式傳至消防控制室的數字化配電系統后臺,后臺對可能出現問題的元器件做出科學分析、預測和告警,并根據設備的產品特性、運行管理經驗和歷史數據制定對應的響應策略,實現預防性維護,從而降低停電風險,并保證配電系統的安全運行。

（四）支持多種終端

可以在本地Web端訪問數字化配電系統,以網頁瀏覽的方式監控變配電室整體運行情況,也能利用廠家提供的云服務平臺讓變配電室維護人員和后勤管理人員在任何地方通過互聯網看到變配電室的實時運行數據；同時還可將告警信息與故障信息推送至移動終端App。

五、結束語

綜上所述,數字化配電系統的應用既能很好地解決醫院電工緊缺的問題,又能實現遠程調度和指揮,提高了響應能力和工作效率,增強了后勤保障能力,起到了良好的減員增效的作用,促進醫院后勤管理向更加主動的管理模式轉變。未來醫院可以標準化網絡為基礎,建立基于醫院核心業務流的后勤運營平臺,將現有的數字化配電系統和視頻安防系統、信息發布系統、排隊叫號系統、醫護對講系統、建筑設備監控系統以及消防報警系統等進行整合,將各個子系統集成到一個統一平臺,實現對院內各子系統的整體管理,使整個醫院的資源得以共享和優化。同時要加快后勤專業技術人才的培養,以適應現代醫院后勤專業化、數字化管理的需要,推動綠色醫院、智慧醫院的建設,全面促進醫療事業的健康發展[3-4]。

作者：葛煜泉