醫(yī)療建筑配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路探討

于學(xué)亮

(中國(guó)建筑西南設(shè)計(jì)研究院有限公司，成都 610042)

0 引言

對(duì)于多數(shù)民用建筑而言，配電系統(tǒng)的常規(guī)做法是：以市電加柴油發(fā)電機(jī)組作為供電電源，在變壓器低壓母線處設(shè)置應(yīng)急母線段和保障母線段，這兩段的主用電源取自市電，第二電源取自柴油發(fā)電機(jī)組。系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1 常規(guī)配電系統(tǒng)示意圖

圖中消防負(fù)荷及保障負(fù)荷通常為一級(jí)或二級(jí)負(fù)荷，其他負(fù)荷通常為三級(jí)負(fù)荷。此示意圖一般適用于包含一級(jí)到三級(jí)負(fù)荷的大多數(shù)民用建筑。而醫(yī)療建筑中存在大量一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷，結(jié)合JGJ 312-2013《醫(yī)療建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱“《醫(yī)規(guī)》”)和GB 51039-2014《綜合醫(yī)院建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)配電系統(tǒng)的有關(guān)規(guī)定，其系統(tǒng)做法相比圖1會(huì)有較大差別。下文筆者將對(duì)其中較為關(guān)鍵的配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)給出一些思考，列舉并分析幾種設(shè)計(jì)方案。

1 配電系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

醫(yī)療建筑的電源配置通常采用兩路10kV電源(該兩路電源應(yīng)滿足雙重電源供電要求)加柴油發(fā)電機(jī)組的方式。此外，還要為一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷配置UPS。柴油發(fā)電機(jī)組的容量由消防負(fù)荷及一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷的容量確定。各類負(fù)荷的供電措施見表1。

基于以上分析，配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以有以下三種方案。

(1)方案一

將一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷及部分一級(jí)負(fù)荷設(shè)置于保障母線段，將消防負(fù)荷設(shè)置于應(yīng)急母線段，負(fù)荷供電措施按表1執(zhí)行，系統(tǒng)示意圖如圖2所示，圖中其他負(fù)荷指二級(jí)及三級(jí)負(fù)荷。

醫(yī)療建筑負(fù)荷供電措施表 表1

圖2 方案一配電系統(tǒng)示意圖

(2)方案二

根據(jù)GB 50016-2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(2018年版)(以下簡(jiǎn)稱“《建規(guī)》”)中10.1.6條的條文說明：當(dāng)采用柴油發(fā)電機(jī)作為消防設(shè)備的備用電源時(shí)，要盡量設(shè)計(jì)獨(dú)立的供電回路，使電源能直接與消防用電設(shè)備連接，其配電系統(tǒng)分組方案如圖3所示。

圖3 柴油發(fā)電機(jī)作為消防設(shè)備的備用電源的配電系統(tǒng)分組方案

從圖3中可以看出，消防負(fù)荷及一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷可以共用母線段。據(jù)此，對(duì)方案一進(jìn)行調(diào)整，將部分一級(jí)負(fù)荷設(shè)置于保障母線段，將消防負(fù)荷及一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷設(shè)置于應(yīng)急母線段，其他做法同方案一。系統(tǒng)示意圖如圖4所示。

圖4 方案二配電系統(tǒng)示意圖

(3)方案三

基于前面兩種方案，將帶入柴油發(fā)電機(jī)組的消防負(fù)荷、一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷、部分一級(jí)負(fù)荷完全分開，分別設(shè)置應(yīng)急母線段1、應(yīng)急母線段2、保障母線段，其他做法同方案一。系統(tǒng)示意圖如圖5所示。

圖5 方案三配電系統(tǒng)示意圖

2 方案可行性研究

針對(duì)以上三種配電方案，進(jìn)行對(duì)比分析。

方案一是在常規(guī)做法的基礎(chǔ)上結(jié)合醫(yī)療建筑的配電要求，將一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷和部分一級(jí)負(fù)荷設(shè)置于保障母線段。

方案二是基于醫(yī)療建筑的配電要求以及《建規(guī)》中10.1.6條的條文說明，將一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷和消防負(fù)荷設(shè)置于應(yīng)急母線段。

方案三則是在方案二的基礎(chǔ)上，深化了配電系統(tǒng)內(nèi)部的獨(dú)立性，將一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷和消防負(fù)荷分設(shè)于不同的應(yīng)急母線段。

根據(jù)GB 50052-2009《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱“《供規(guī)》”)中3.0.3條及3.0.4條：一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷供電，應(yīng)符合下列要求：1 除應(yīng)由雙重電源供電外，尚應(yīng)增設(shè)應(yīng)急電源，并嚴(yán)禁將其他負(fù)荷接入應(yīng)急供電系統(tǒng)；下列電源可作為應(yīng)急電源：1 獨(dú)立于正常電源的發(fā)電機(jī)組。2 供電網(wǎng)絡(luò)中獨(dú)立于正常電源的專用的饋電線路。3 蓄電池。4 干電池。

前文已經(jīng)提到醫(yī)療建筑常用的電源配置方式，那么在醫(yī)療建筑中，柴油發(fā)電機(jī)組應(yīng)被視為備用電源還是應(yīng)急電源呢？筆者對(duì)此進(jìn)行了如下分析。

首先，備用電源與應(yīng)急電源其實(shí)是兩個(gè)完全不同用途的電源。備用電源是當(dāng)正常電源斷電時(shí)，由于非安全原因用來維持電氣裝置或者其某些部分所需的電源。應(yīng)急電源，又稱安全設(shè)施電源，是用作應(yīng)急供電系統(tǒng)組成部分的電源。應(yīng)急供電系統(tǒng)，又稱安全設(shè)施供電系統(tǒng)，是用來維持電氣設(shè)備和電氣裝置運(yùn)行的供電系統(tǒng)，主要是為了人體和家畜的健康和安全以及避免對(duì)環(huán)境或其他設(shè)備造成損失。

由此可見，二者的根本區(qū)別在于，是否是從保障安全的角度出發(fā)，來利用其維持電氣設(shè)備和電氣裝置的運(yùn)行。

另外，在醫(yī)療建筑中，如果將柴油發(fā)電機(jī)組視為備用電源，將專為一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷配置的UPS視為應(yīng)急電源，那么方案一將一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷及部分一級(jí)負(fù)荷設(shè)置于保障母線段的做法是可以的。同時(shí)《建規(guī)》中10.1.6條的條文說明也將柴油發(fā)電機(jī)組稱為備用電源，可以作為支持方案一的依據(jù)。但是，通過《醫(yī)規(guī)》中4.4.1～3條及4.4.7條可以看出，在醫(yī)療建筑中，柴油發(fā)電機(jī)組被視為應(yīng)急電源。若為應(yīng)急電源，則根據(jù)前文提到的《供規(guī)》中的有關(guān)規(guī)定，一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷及部分一級(jí)負(fù)荷不應(yīng)設(shè)置于同一保障母線段，這就與《建規(guī)》中對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組的定義相矛盾。

對(duì)此，筆者認(rèn)為兩部規(guī)范對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組的定義并不沖突，只是對(duì)其理解的角度不同?！督ㄒ?guī)》中對(duì)電氣專業(yè)的規(guī)定，是在界定了僅針對(duì)電氣消防部分的前提下而進(jìn)行的，故其側(cè)重于從保證消防設(shè)備可靠運(yùn)行的角度來理解柴油發(fā)電機(jī)組。《建規(guī)》總則1.0.1條即寫明：為了預(yù)防建筑火災(zāi)、減少火災(zāi)危害、保護(hù)人身和財(cái)產(chǎn)安全，制定本規(guī)范。當(dāng)消防設(shè)備啟動(dòng)時(shí)，說明其所在建筑已進(jìn)入應(yīng)急處理狀態(tài)，此時(shí)消防設(shè)備的供電電源，均應(yīng)視為應(yīng)急電源，市電電源作為消防設(shè)備的正常電源，柴油發(fā)電機(jī)組自然可以理解為消防設(shè)備的備用電源。此處柴油發(fā)電機(jī)組的作用是當(dāng)正常電源斷電時(shí)，繼續(xù)維持消防設(shè)備的可靠運(yùn)行，保障火災(zāi)情況下的人身財(cái)產(chǎn)安全，故其本質(zhì)為應(yīng)急電源。

而《醫(yī)規(guī)》則側(cè)重于從醫(yī)療場(chǎng)所用電設(shè)備的運(yùn)行可靠性角度來理解柴油發(fā)電機(jī)組。某些用電設(shè)備，例如手術(shù)室、急診搶救室等場(chǎng)所中涉及患者生命安全的設(shè)備及其照明等一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷，要求自動(dòng)恢復(fù)供電時(shí)間≤0.5s，一旦斷電時(shí)間超出規(guī)范要求，勢(shì)必危及患者生命安全。因此，當(dāng)正常市電供電電源停電或故障時(shí)，應(yīng)采取措施保證這類關(guān)鍵用電設(shè)備的供電連續(xù)性。結(jié)合《醫(yī)規(guī)》4.4.5條第1款及8.4.3條兩處的條文說明：醫(yī)院一般的治療過程及疏散所需時(shí)間通常為3～24h；二級(jí)及以上醫(yī)院手術(shù)、搶救等一般12h內(nèi)可以完成。二級(jí)以下醫(yī)院手術(shù)、搶救等一般3h內(nèi)可以完成?？梢?，該部分用電設(shè)備所需的供電時(shí)間較長(zhǎng)，若為此設(shè)置較大電池容量的UPS作為應(yīng)急電源，顯然是不太合理的。根據(jù)《醫(yī)規(guī)》4.4.7條可知，當(dāng)設(shè)置有柴油發(fā)電機(jī)組時(shí)，UPS的供電時(shí)間≥15min即可。因此，UPS和柴油發(fā)電機(jī)組均為應(yīng)急電源，但UPS屬于過渡應(yīng)急電源，在滿足要求自動(dòng)恢復(fù)供電時(shí)間規(guī)定的前提下，短時(shí)供電即可，而柴油發(fā)電機(jī)組則是主應(yīng)急電源，當(dāng)正常電源斷電時(shí)，繼續(xù)維持醫(yī)療設(shè)備較長(zhǎng)時(shí)間可靠運(yùn)行，持續(xù)保障患者生命安全。

綜上所述，在醫(yī)療建筑中，柴油發(fā)電機(jī)組應(yīng)被視為應(yīng)急電源，部分一級(jí)負(fù)荷可接入柴油發(fā)電機(jī)組，但一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷及部分一級(jí)負(fù)荷不應(yīng)共用保障母線段。此外，如果消防負(fù)荷及一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷共用應(yīng)急母線段，可能因電氣線路短路等原因，導(dǎo)致兩者之間相互影響，故對(duì)《建規(guī)》中的配電方案進(jìn)行改進(jìn)，將二者分設(shè)于不同的應(yīng)急母線段，即得到方案三的做法。

3 結(jié)束語