解放軍總醫(yī)院群體工程電氣設(shè)計(jì)

中國中元國際工程公司 王 漪/涂 路/奚傳棟

解放軍總醫(yī)院是全軍規(guī)模最大的綜合性醫(yī)院，集醫(yī)療、保健、教學(xué)及科研于一體，是國家最重要的保健基地之一。醫(yī)院分為東西兩個(gè)院區(qū),西院區(qū)為干部保健基地，東院為服務(wù)全軍及地方的綜合醫(yī)院。

本項(xiàng)目總建筑面積為37.2萬m2，包括東西兩個(gè)院區(qū)的建設(shè)：西院區(qū)的9051工程，新建面積為9萬m2,由門診醫(yī)技樓、西區(qū)病房樓及南區(qū)病房樓組成；東院區(qū)新建總建筑面積為28.2萬m2,其中外科大樓工程建筑面積12萬m2，設(shè)普通外科病房1350床，47間手術(shù)室，ICU 70床；腫瘤中心工程建筑面積3.2萬m2，設(shè)腫瘤病房350床，血液病房20床，43臺大型醫(yī)療設(shè)備；內(nèi)科大樓工程建筑面積13萬m2，設(shè)內(nèi)科病房1350床。擴(kuò)建完成后，兩院建筑面積共71.7萬m2。項(xiàng)目總投資約40億人民幣。下面主要對該項(xiàng)目強(qiáng)電設(shè)計(jì)的有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行介紹。

1 安全、可靠及先進(jìn)的供電系統(tǒng)

1.1 三路10kV市政電源系統(tǒng)

為保證供電可靠性，東院和西院各從市政供電部門引入了三路10kV電源。三路電源互相閉鎖、互為備用，每路均能給另外兩段母線供電，在發(fā)生故障停電情況下能自動(dòng)投入備用電源，大大提高了供電可靠性。

西院為中央首長的醫(yī)療保健服務(wù)，為特別重要的用電。采用三路10kV的供電系統(tǒng)能滿足N-2的可靠性，即全部三路電源有200%的電量冗余，即使出現(xiàn)極小概率的重大故障，造成了兩路10kV電源停電也能滿足全部用電負(fù)荷需求；東院是一級用電，且總建筑規(guī)模巨大。采用三路10kV供電系統(tǒng)能滿足N-1的可靠性，即如果全部三路電源中任意一路失電，另外兩路還可滿足全部用電的需要。

從圖1主接線圖可知東院變壓器總安裝容量為34 550kVA，西院變壓器總安裝容量為11 460 kVA，電量差距大。雖然同樣采取了三路供電的主接線方式，但意義不同：對于東院能滿足電源N-1的可靠性要求且解決了10kV系統(tǒng)的容量瓶頸；對于西院則考慮了特殊的高可靠性，這也是特別重要用電戶的普遍要求。這種做法對用10kV系統(tǒng)為超大規(guī)模建筑（群）供電的容量限制問題提供了一種解決方案。因傳統(tǒng)的雙路10kV系統(tǒng)的供電容量一般不超過1.5萬kW，當(dāng)建筑（群）規(guī)模很大時(shí)，在一路停電情況下另一路不能滿足全部一級和二級負(fù)荷的容量需求，以往經(jīng)常通過設(shè)置兩個(gè)相對獨(dú)立的雙路10kV系統(tǒng)來解決問題，這樣做必然增加投資、占用更多電網(wǎng)資源、提高管理成本。采用三路10kV系統(tǒng)比較好地解決了這個(gè)問題。

為了使電力系統(tǒng)能可靠運(yùn)行，設(shè)置了一套先進(jìn)的微機(jī)繼電保護(hù)及監(jiān)控系統(tǒng)，解決了三路10kV系統(tǒng)復(fù)雜的繼電保護(hù)整定和閉鎖設(shè)置問題，對高、低壓電氣設(shè)備，電能參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。做到故障時(shí)能快速反應(yīng)、迅速排除，恢復(fù)供電快捷高效。

1.2 應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組

東院各建筑物規(guī)模大且建筑間距較大，因低壓線路的供電半徑有限，在各建筑物中分別設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)作為自備應(yīng)急電源。當(dāng)市電均失去時(shí)，由應(yīng)急發(fā)電機(jī)15s內(nèi)自動(dòng)起動(dòng)且?guī)ж?fù)荷，保證重要一級負(fù)荷持續(xù)可靠供電。西院各建筑物規(guī)模小且相對集中，集中設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)作為自備應(yīng)急電源為所有新建建筑物供電。

本工程在柴油發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)上還考慮了方便設(shè)備運(yùn)輸、進(jìn)排風(fēng)通暢、煙氣高空排放、減震降噪和高度自動(dòng)化控制等因素。因內(nèi)科和外科大樓工程的規(guī)模均超過12萬m2，各設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)為容量1 000kW。而按照消防規(guī)范要求只能設(shè)置1m3日用油箱，所以如果發(fā)生長時(shí)間市政停電，日用油箱將面臨油料不足的問題。所以設(shè)計(jì)中還專門在方便的位置設(shè)置了外接輸油管路，為建筑物內(nèi)部的容積僅1m3油箱供燃油，保障了自備發(fā)電機(jī)能夠長時(shí)間持續(xù)供電。

2 集中式UPS電源系統(tǒng)

設(shè)計(jì)采用了新做法，在醫(yī)療建筑物中集中設(shè)置UPS電站，對手術(shù)部、重癥監(jiān)護(hù)病房和西院一類干部病房等除了采用雙路市電在末端切換外，還采用在線式UPS電源供電，當(dāng)其他電源失電時(shí)做到0秒切換，不間斷供電。

2.1 集中式UPS電源系統(tǒng)的優(yōu)勢

東院外科大樓工程的中心手術(shù)部有47間手術(shù)室，并有多個(gè)重癥監(jiān)護(hù)病房單元，是全國規(guī)模最大、技術(shù)最先進(jìn)、要求最高的手術(shù)部，其中包含了術(shù)中核磁、術(shù)中導(dǎo)管、術(shù)中放療及術(shù)中機(jī)器人等世界領(lǐng)先的技術(shù)。為確保供電可靠，將UPS設(shè)備集中設(shè)置在靠近手術(shù)部的UPS電站，而并非按傳統(tǒng)的做法將UPS分散設(shè)置在各手術(shù)室。集中設(shè)置UPS電站克服了以往傳統(tǒng)做法總安裝容量大、故障點(diǎn)多、維護(hù)困難、造價(jià)高的缺點(diǎn)，對于超大規(guī)模的手術(shù)部，這些缺點(diǎn)尤為突出。因手術(shù)部和重癥監(jiān)護(hù)病房單元都是潔凈區(qū)域，出入管理非常嚴(yán)格，使得后勤部門的日常維護(hù)操作或突發(fā)故障時(shí)進(jìn)入搶修極為不便。而集中式UPS電站靠近手術(shù)部，但屬于非凈化區(qū)域，更便于人員出入及維護(hù)。

2.2 集中式UPS電源系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益

集中設(shè)置UPS時(shí)容量計(jì)算應(yīng)考慮同時(shí)系數(shù)，規(guī)模越大的手術(shù)部或重癥監(jiān)護(hù)病房單元，其同時(shí)系數(shù)越低，總?cè)萘肯陆翟蕉?；UPS單機(jī)的容量越大，其單位kVA的造價(jià)也越低；綜合以上兩個(gè)因素，在經(jīng)濟(jì)性方面集中式UPS電站比分散UPS設(shè)置的優(yōu)勢明顯。另外，UPS頻頻發(fā)生故障的主因是設(shè)備本身長期發(fā)熱，一般使用3～5年UPS就開始出現(xiàn)各種故障。工程為集中UPS電站配置了專用機(jī)房空調(diào)，確保UPS設(shè)備在適合的溫濕度下工作。從2007年至今，UPS電站零故障率的運(yùn)行實(shí)踐表明，這種做法非常成功。

表1為設(shè)置集中式和分布式UPS電站的經(jīng)濟(jì)對照表，初始投資節(jié)約近50%。如果考慮蓄電池的使用壽命延長，經(jīng)濟(jì)性更佳。

表1 解放軍總醫(yī)院外科大樓手術(shù)部UPS配置經(jīng)濟(jì)比較

3 智能照明控制系統(tǒng)（EIB）

本工程利用智能照明控制系統(tǒng)（EIB），解決了風(fēng)機(jī)盤管的集中和三速控制。

大面積公共空間的風(fēng)機(jī)盤管數(shù)量較多，如果就近設(shè)三速開關(guān)采用一對一的控制方式既不美觀也不合理，應(yīng)當(dāng)在值班室集中管理控制。本工程采用智能照明控制系統(tǒng)（EIB）對風(fēng)機(jī)盤管進(jìn)行控制，結(jié)合三速開關(guān)的控制原理，用EIB系統(tǒng)的控制方式來實(shí)現(xiàn)成組盤管的三速控制。這樣在公共場所取消了大量三速開關(guān)，統(tǒng)一在值班室對多組盤管進(jìn)行三速控制。

4 高干病房配電設(shè)計(jì)

一類病房為最高標(biāo)準(zhǔn)的病房。每套病房設(shè)置了兩個(gè)配電箱，一個(gè)為生活用電、另一個(gè)為醫(yī)療用電。生活用電采用放射式雙回路供電，其中一路與自備發(fā)電機(jī)聯(lián)絡(luò)；醫(yī)療用電除采用放射式雙回路供電且配套UPS外，還采用了醫(yī)用IT系統(tǒng)供電，保證供電的高度可靠和安全。二、三類病房配電與一類病房有一定的差別，但可靠性也極高。分別設(shè)置生活用電和醫(yī)療用電配電箱，雙路電源分別引自豎井照明干線和醫(yī)療設(shè)備干線，兩根干線引自不同的變壓器且醫(yī)療干線與自備發(fā)電機(jī)聯(lián)絡(luò)，兩條干線互為備用，保證供電的可靠性。

5 綠色節(jié)能的設(shè)計(jì)理念

5.1 采用綠色照明

本工程包括門診、病房、治療、大型醫(yī)療設(shè)備及手術(shù)室等各種醫(yī)療服務(wù)設(shè)施。照明光源均選用三基色節(jié)能型熒光燈管；燈具選用漫反射系列，并且配套高品質(zhì)、低諧波的電子鎮(zhèn)流器。力求無眩光、無噪聲、低能耗和高顯色性。在病房的照明設(shè)計(jì)中采用暖色調(diào)光源，營造出一個(gè)溫馨舒適、寧靜和諧的環(huán)境；其他場所體現(xiàn)醫(yī)療環(huán)境潔凈、明亮、舒適和照度適宜的特點(diǎn)。

醫(yī)院有大量的公共空間除充分利用自然光照明外，部分照明采用智能照明系統(tǒng)集中控制和管理，根據(jù)時(shí)段及場景變化需求進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)，大大降低了公共能耗。

5.2 采取諧波治理措施

醫(yī)療建筑中存在大量的高次諧波源，如燈具及醫(yī)療設(shè)備等。如不治理會(huì)影響電器及醫(yī)療設(shè)備的正常運(yùn)行，也會(huì)在供配電線路上造成不必要的損耗。設(shè)計(jì)中在變電所設(shè)置了L-C無源濾波系統(tǒng)，限制高次諧波流向電力系統(tǒng)；在配電線路的設(shè)計(jì)上把醫(yī)療設(shè)備用電與其他用電嚴(yán)格分開，防止照明燈具等諧波源產(chǎn)生的高次諧波串入醫(yī)療用電系統(tǒng)中。

5.3 采取有效的電氣節(jié)能措施

選用新型SCB系列樹脂絕緣干式變壓器，降低變壓器運(yùn)行的銅耗和鐵耗；因晝夜電壓波動(dòng)較大，設(shè)計(jì)還采用了有載調(diào)壓型干式變壓器；變電所及電氣豎井靠近負(fù)荷中心設(shè)置，保證設(shè)備的用電質(zhì)量且配電線路距離最短、節(jié)約銅材；選用節(jié)能環(huán)保型柴油發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)房盡量靠近變電所設(shè)置，對柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)行減震、降噪和煙氣排放處理。

變電所低壓屏裝設(shè)低壓電力電容器自動(dòng)補(bǔ)償無功功率，將功率因數(shù)提高至0.95，減少由無功功率引起的不必要的電能損耗。

6 重視電氣安全

6.1 醫(yī)用IT系統(tǒng)的應(yīng)用

醫(yī)用IT系統(tǒng)用于確保用電的安全?，F(xiàn)在醫(yī)療技術(shù)越來越多地依靠電子醫(yī)療器械來對病人進(jìn)行診斷和治療，當(dāng)這些醫(yī)療器械的絕緣被破壞時(shí)，病人就可能遭到電擊。分析表明，當(dāng)用電設(shè)備對人體心臟直接漏電大于10uA 時(shí)，即可造成心臟驟停死亡。因此，在醫(yī)院的2類場所采用了醫(yī)用IT系統(tǒng)。

在西院的一類病房應(yīng)用醫(yī)用IT系統(tǒng)是一種新的做法。按國家規(guī)范規(guī)定，手術(shù)室及ICU病房才需要設(shè)置醫(yī)用IT系統(tǒng)。而解放軍總醫(yī)院一類病房由于住院病人的特殊性，病床附近將會(huì)有多種醫(yī)療用電設(shè)備，這些設(shè)備的配置標(biāo)準(zhǔn)往往高于普通的ICU病房，所以有必要采用這種特別安全的醫(yī)用IT系統(tǒng)供電方式。

6.2 重視等電位連接

等電位連接是安全用電的一項(xiàng)最基本的要求。將共用接地體、進(jìn)出建筑物的公用設(shè)施的金屬管道和保護(hù)地母排（PE）可靠連接形成總等電位連接；手術(shù)室、各種診療室及病房、衛(wèi)生間、浴室等處均做局部等電位連接。

6.3 采用雷電電涌及操作過電壓保護(hù)

采取各種過電壓保護(hù)措施，在配變電所10kV電源進(jìn)線上裝設(shè)避雷器，防止雷電波侵入；在變壓器出線柜上裝設(shè)避雷器防止操作過電壓；變壓器低壓側(cè)進(jìn)線柜亦裝設(shè)電涌保護(hù)器SPD；在安防和建筑設(shè)備監(jiān)控設(shè)備、數(shù)據(jù)交換設(shè)備、UPS設(shè)備、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警裝置及其他控制裝置等的末端配電箱裝設(shè)SPD。

6.4 設(shè)置漏電火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)

為防電氣火災(zāi)，根據(jù)消防規(guī)范要求，設(shè)置漏電火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。在電氣豎井的照明總箱和應(yīng)急照明箱設(shè)漏電火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)裝置，動(dòng)作于報(bào)警而不跳閘，將報(bào)警信號發(fā)送至消防控制中心，提前預(yù)報(bào)火災(zāi)隱患，防患于未然。