集中式供電解決方案

托馬斯·弗利金杰/肖恩·胡德

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集中式供電解決方案

托馬斯·弗利金杰/肖恩·胡德

應(yīng)急供電系統(tǒng)是保障醫(yī)院正常工作非常重要的一部分，傳統(tǒng)的分布式應(yīng)急發(fā)電機(jī)供電系統(tǒng)存在許多弊端，為解決該問題，提出了一種新的解決方案——采用集中式應(yīng)急供電系統(tǒng)。

分布式供電集中式供電應(yīng)急發(fā)電機(jī)醫(yī)療設(shè)施

目前，衛(wèi)生保健設(shè)施在健康和社會公益方面都發(fā)揮著重要作用。無論設(shè)備的大小和功能，無論屬于國際知名品牌還是地區(qū)重點(diǎn)，為了滿足現(xiàn)代醫(yī)學(xué)提出的某種特殊要求，每個(gè)設(shè)備都必須能夠?qū)崿F(xiàn)多種功能。因此，這些醫(yī)療設(shè)備的底層支持架構(gòu)必須做到堅(jiān)固、可靠、靈活。

隨著功能擴(kuò)展、技術(shù)進(jìn)步、法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的不斷更新以及最終用戶需求的提高，現(xiàn)有醫(yī)療設(shè)施在不斷飛速地發(fā)展，但實(shí)現(xiàn)底層支持架構(gòu)的同步發(fā)展仍需要長期的努力。其中，醫(yī)療電氣系統(tǒng)也不例外，需要有新的解決方案使得現(xiàn)有系統(tǒng)能夠跟上醫(yī)療設(shè)施不斷更新的需求。為適應(yīng)現(xiàn)代醫(yī)療設(shè)施的發(fā)展，一種新的供電解決方案逐漸受到重視，取代原有的分散式配電系統(tǒng)，更多地將各種基本資源在某個(gè)中心位置進(jìn)行整合，形成集中式供電解決方案。

1　案例分析

近期美國某地區(qū)醫(yī)療中心的醫(yī)療保健園區(qū)開始將其基本的電氣系統(tǒng)進(jìn)行整合，這個(gè)擁有750個(gè)床位的醫(yī)院和臨床系統(tǒng)一直是依靠園區(qū)中分布式應(yīng)急發(fā)電機(jī)網(wǎng)絡(luò)來提供重要負(fù)荷供電保障。這種供電方式已經(jīng)使用多年，但隨著醫(yī)院的發(fā)展，分布式發(fā)電系統(tǒng)越來越繁瑣，其缺點(diǎn)和所受限制越來越明顯。由于該醫(yī)療中心最近擴(kuò)張了約400 000ft2的面積，所以采用一種新的配電方式來保障醫(yī)院的重要負(fù)荷用電顯得尤為重要。但受限于環(huán)保要求，設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)不能再增加額外的發(fā)電機(jī)。

相比增加額外的發(fā)電機(jī)，設(shè)計(jì)人員認(rèn)為采用集中式供電系統(tǒng)會更適合整個(gè)園區(qū)的發(fā)展。這樣既符合環(huán)保要求，又降低維護(hù)成本、增加可靠性和冗余度，還能簡化整個(gè)供電網(wǎng)絡(luò)。

第一階段的計(jì)劃隨著該園區(qū)醫(yī)療中心緊急發(fā)電設(shè)施的擴(kuò)張迅速實(shí)施。該設(shè)施采用并聯(lián)開關(guān)總線的連接方式，從最初設(shè)計(jì)開始，該設(shè)施不僅要支持新擴(kuò)張的部分，還包括了該醫(yī)院園區(qū)的主要部分。

為達(dá)到10s內(nèi)實(shí)現(xiàn)1、2級負(fù)荷供電的需求，該總線設(shè)計(jì)成主-配-主的結(jié)構(gòu)。重要系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)換開關(guān)的下游設(shè)備可以擁有更高程度的復(fù)原能力、冗余度、應(yīng)急規(guī)劃響應(yīng)能力?？紤]到擴(kuò)展性和未來的發(fā)展，該設(shè)備可以支持20MW的總裝機(jī)容量，完全可以覆蓋整個(gè)醫(yī)療園區(qū)。應(yīng)急發(fā)電機(jī)設(shè)施的一些關(guān)鍵特性強(qiáng)調(diào)如下：

1)作為運(yùn)行在美國天氣條件最極端地區(qū)的一個(gè)重要的獨(dú)立設(shè)備，很難承受來自EF-3龍卷風(fēng)的襲擊且依然保持功能完善。此外，基于這種為冷卻進(jìn)出口空氣而進(jìn)行的獨(dú)特設(shè)計(jì)，發(fā)電機(jī)不會受到類似碎片之類異物的影響。因此，它們受到直接物理損壞的可能性較小。另外，由于鋼筋混凝土預(yù)制構(gòu)建的固有強(qiáng)度，該設(shè)施可預(yù)防導(dǎo)彈的攻擊。

2)由于醫(yī)院周邊可用的建筑面積是有限的，發(fā)電機(jī)和配電系統(tǒng)需要在13.8kV電壓下工作。

3)由于地理位置偏遠(yuǎn)，應(yīng)急發(fā)電機(jī)設(shè)備(EGF)必須由授權(quán)人員進(jìn)行全天候監(jiān)控，以防入侵。同時(shí)采用門禁和閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)。閉路監(jiān)視系統(tǒng)不僅可以檢測外部區(qū)域，還可以對該系統(tǒng)內(nèi)部的所有關(guān)鍵位置進(jìn)行連續(xù)監(jiān)視。

4)在醫(yī)院與設(shè)施之間最重要的配電系統(tǒng)都是通過地下的混凝土管道進(jìn)行連接。

5)最主要的電力系統(tǒng)是由監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(SCADA)進(jìn)行監(jiān)視和控制。經(jīng)過授權(quán)的醫(yī)院工作人員可以在24h監(jiān)控中心遠(yuǎn)程監(jiān)控并適當(dāng)調(diào)整系統(tǒng)。該系統(tǒng)檢測每個(gè)發(fā)電機(jī)和園區(qū)內(nèi)的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)。SCADA通信系統(tǒng)采用光纖布線，以克服應(yīng)急發(fā)電機(jī)設(shè)備和主園區(qū)醫(yī)院之間的距離問題。

2　其他驅(qū)動和響應(yīng)

該醫(yī)療中心所使用的系統(tǒng)只是現(xiàn)有醫(yī)療設(shè)施中基本電力擴(kuò)展的一個(gè)例子，每個(gè)園區(qū)都有其各自的特點(diǎn)，需要因地制宜，使用不同的解決方案。

集中式配電設(shè)計(jì)方案最大限度地減少了分布式和獨(dú)立式發(fā)電機(jī)所呈現(xiàn)出的問題。這些問題指出，任何單臺發(fā)電機(jī)出現(xiàn)故障，都可能會使醫(yī)院中某個(gè)重要的功能分區(qū)陷入癱瘓。通常分散式配電網(wǎng)絡(luò)提供的解決方案是當(dāng)某個(gè)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，使用其他發(fā)電機(jī)為該負(fù)載繼續(xù)供電。如果沒有實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的鎖定控制，這種交叉配合的供電系統(tǒng)可能會使現(xiàn)有的設(shè)施存在安全隱患；此外，這種做法可能會使某個(gè)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)超載現(xiàn)象，增加系統(tǒng)出現(xiàn)故障的可能性。集中式發(fā)電機(jī)系統(tǒng)互為冗余，任何一個(gè)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)故障，其負(fù)責(zé)的負(fù)載會立刻通過其他并聯(lián)的發(fā)電機(jī)進(jìn)行供電。這在發(fā)電機(jī)的維護(hù)方面也非常有用，可以在不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況下及時(shí)維修和檢查發(fā)電機(jī)。

正如前文提到的，許多醫(yī)療機(jī)構(gòu)正在不斷改善自己的系統(tǒng)。很難保證現(xiàn)在醫(yī)院的狀況與最初設(shè)計(jì)時(shí)的想法保持一致(如，曾經(jīng)被設(shè)計(jì)為辦公區(qū)的房間在20年后已經(jīng)改成了手術(shù)區(qū))。這些改變都會增加舊有供電網(wǎng)絡(luò)中發(fā)電機(jī)的負(fù)擔(dān)，因?yàn)榘l(fā)電機(jī)所對應(yīng)的區(qū)域面積發(fā)生了改變。盡管可以通過更換發(fā)電機(jī)快速地解決這個(gè)問題，但由于物理方面和停機(jī)時(shí)間的限制，這個(gè)方法很難實(shí)現(xiàn)，通過集中式供電系統(tǒng)，上述問題就可以很好地解決。另外，集中式供電網(wǎng)絡(luò)可以進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)“即插即用”。

3　結(jié)束語

每一個(gè)進(jìn)行集中式發(fā)電系統(tǒng)改造的醫(yī)療園區(qū)都是進(jìn)行了深思熟慮和仔細(xì)規(guī)劃，并考慮到了集中式供電系統(tǒng)為醫(yī)院發(fā)展帶來的優(yōu)勢之后進(jìn)行的。

于娟編譯自http://ecmweb.com/power-quality/power-centric-approach?page=1。

The Power-Centric Approach

Thomas Flickinger/Sean Hood