智能配電系統(tǒng)在醫(yī)院用電安全與智慧運維的應用　　

　　【摘 要】閃絡、諧波、三相不平衡及設備運行狀態(tài)失效是威脅醫(yī)院用電安全的重要因素，傳統(tǒng)后勤對于醫(yī)院配電系統(tǒng)的管理存在較多問題。智能配電管理系統(tǒng)可通過智能化斷路器實現電能管理、故障管理最終實現配電系統(tǒng)的智慧運維，能及時預警醫(yī)院電力系統(tǒng)存在的隱患，大幅提升醫(yī)院用電安全。

　　【關鍵詞】醫(yī)院用電安全 閃絡 諧波 三相不平衡 智能配電 智慧運維

　　隨著社會經濟的高速發(fā)展，我國醫(yī)院建設也進入高速發(fā)展期，大型綜合性醫(yī)院的建設成為社會關注的焦點，如何最大限度提升醫(yī)院的用電安全性是我們面臨的挑戰(zhàn)，大型醫(yī)療設備的普及也對電能質量提出了更高的要求。目前，醫(yī)院的電力系統(tǒng)存在較多隱患，主要有以下幾點：

　　1. 閃絡損壞精密醫(yī)療設備

　　當電網、變電設施的故障或負荷突然出現大的變化，輸配電系統(tǒng)中發(fā)生的電力系統(tǒng)故障、雷擊、大型電機啟動、電容器的投切時，電網電壓有效值暫時降低至額定電壓的10%～90%，并持續(xù) 10ms～1min及造成閃絡，給醫(yī)院造成巨大的經濟損失：如造成醫(yī)院MRI、DSA、CT等設備的檢測和控制部分電路板出現故障甚至燒毀，導致設備不能正常運行。

　　2. 諧波影響醫(yī)療設備可靠運行

　　大型醫(yī)療設備廣泛采用電力電子元件，為非線性負荷，進而造成醫(yī)院配電系統(tǒng)諧波含量不斷增加;醫(yī)院內部的變頻裝置、LED照明燈具的規(guī)模使用也會產生大量奇次諧波，如不及時監(jiān)測治理會對醫(yī)院手術室的高頻電刀、ICU搶救設備如起搏器透析設備、ICU監(jiān)視設備如心電圖機的正常使用造成影響，最終威脅患者安全。同時，諧波沖擊電流還會造成MRI、CT、DSA、DR、SPECT和回旋加速器等設備電路板燒毀，造成巨大經濟損失，危害患者人身安全。

　　3. 三相不平衡影響醫(yī)療設備正常使用壽命

　　配電系統(tǒng)發(fā)生接地故障、用電負荷發(fā)生變化、維護操作不當時均會造成三相不平衡，進而造成醫(yī)療設備的異常發(fā)熱和振動，無法安全運行。

　　4. 供電設備運行狀態(tài)無法判斷，用電安全隱患大

　　醫(yī)療院區(qū)投運時間較長，配電系統(tǒng)斷路器有的已使用20年以上，其狀態(tài)無法判斷;雙電源轉換開關運行狀態(tài)也無法判斷，一旦出現故障造成大面積停電。若對供電設備盲目進行檢測，對完好設備進行過度維修，造成人力、物力的浪費，并可能引入新的故障隱患。

　　傳統(tǒng)醫(yī)院采用電力監(jiān)控系統(tǒng)一般通過微機綜合保護裝置監(jiān)控高壓系統(tǒng)，智能儀表監(jiān)控低壓系統(tǒng)，監(jiān)控范圍大多局限在變配電室，僅為狀態(tài)量的檢測，無法覆蓋斷路器及整個低壓配電系統(tǒng)，無法真正解決醫(yī)院電力系統(tǒng)存在的隱患。

　　圖1 傳統(tǒng)電力監(jiān)控系統(tǒng)架構圖

　　基于上述問題，我院以某樓棟低壓配電房整體改造為契機，結合一站式后勤管理系統(tǒng)相關的應用需求，以基礎智能化硬件為核心，搭建了新型的智能化配電系統(tǒng)，取得良好的應用效果。智能配電系統(tǒng)架構如下：

　　圖2 智能配電系統(tǒng)架構圖

　　通過物聯網型低壓斷路器形成設備感知層，在低壓配電系統(tǒng)關鍵點位配置智能型斷路器，通過有線485、無線WIFI、4G、5G網絡方式形成網絡連接層，搭載本地控制系統(tǒng)即可實現智能配電系統(tǒng)的本地化管理，搭載云端服務器即可實現遠程化管理;智能配電系統(tǒng)采用物聯網及云平臺技術，實時監(jiān)控各配電設備的運行狀態(tài)，能耗數據及系統(tǒng)信息，對采集到的數據和信息進行相應的分析展示，實現項目現場配電平臺系統(tǒng)內的配電設備、網絡系統(tǒng)、監(jiān)管系統(tǒng)的互聯互通和數據共享交換。智能配電系統(tǒng)是一個開放式框架平臺，可以集成，連接和管理各種協(xié)議，各種智能配電設備和系統(tǒng)。基于平臺化的集成管理，從而有效幫助醫(yī)院的不同層級管理、運維及操作人員，通過智能配電云平臺，對智能配電系統(tǒng)進行互聯互通操作。且可兼容高壓系統(tǒng)電力監(jiān)控與變壓器溫度等狀態(tài)量，最終實現醫(yī)院的用電安全和智慧運維。

　　圖3 智能配電柜及元器件

　　選用的物聯網智能型框架斷路器(ACB)、物聯網智能型塑殼斷路器(MCCB)具備健康狀況自診斷功能，可快速確定故障類型，記錄故障;具有電流、電壓、功率因數、電能、諧波測量功能，能分析諧波構成，且能實現負載監(jiān)控、三相不平衡檢測、監(jiān)測觸頭損耗、壽命、溫度、開合等功能，可對配電線路狀態(tài)進行自診斷、識別、保護;選用的物聯網智能微型斷路器(MCB)可實現末端智能化檢測與保護;物聯網智能型雙電源轉換開關(ATSE)可實現電壓、頻率、相角等監(jiān)測，可在線監(jiān)測本體溫度，實現供電連續(xù)超溫報警技術;內置自動測試功能，便于保養(yǎng)維護。智能化低壓開關成套設備可搭載溫度、濕度、水浸、粉塵等各項傳感器，集成為一套完整的電力運行感知系統(tǒng)。

　　某樓棟低壓配電房實踐案例及主要功能：

　　圖4-1 低壓一次系統(tǒng)實際配置案例

　　圖4-2 低壓一次系統(tǒng)實際配置案例

　　場站管理

　　集合地圖查詢、項目地搜索，一鍵調取子項目信息;支持多項目地集控界面，大屏幕顯示，便于總部管控，特別適合多院區(qū)同質化管理;用電趨勢、實時能耗、能效對比大數據分析;設備狀態(tài)、故障報警、視頻監(jiān)控可視化管理;配電室、開關柜分層級臺賬管理，一目了然。

　　圖5-1 智能配電監(jiān)控平臺

　　電能管理

　　實時監(jiān)控配電系統(tǒng)線路狀態(tài)，實現功率因數實時上報，輔助提醒能效率，達到電網要求;諧波專業(yè)采集分析，實時預警，提醒用戶實現電能質量綜合治理，最終解決醫(yī)院配電系統(tǒng)諧波影響等電能質量問題。

　　圖5-2 智能配電監(jiān)控平臺

　　智能配電

　　斷路器電壓、電流、合分閘、觸頭磨損等運行狀態(tài)實時掌控，產品健康度實時查詢，打造透明電網，提升運維及時性;產品出廠基本信息輕松綁定，避免冗長記錄長期遺失;斷路器保護電流時間遠程整定，雙電源閾值延時快速調整;同層級元器件配置統(tǒng)一部署，元件更換歷史配置一鍵還原;斷路器遠程分合閘操作，雙電源主備測試轉換，無需就地檢修，電源電壓實時保護，出現閃絡等故障情況及時切換致備用電源，保障供電可靠性;操作員、監(jiān)護員雙密碼口令驗證，符合電網安規(guī)，避免誤操作。

　　圖5-3 智能配電監(jiān)控平臺

　　故障管理

　　結合實際使用情況，自定預警閾值，提前故障預防;多類型故障全方位監(jiān)測，快速定位記錄故障具體信息;系統(tǒng)彈窗、短信、郵件等快速提示，避免事故擴大;全面監(jiān)控設備保護運行參數，搭建健康分析模型大數據分析;形成壽命評估，給出維護或更換建議，避免老化和突發(fā)故障;最大限度提升配電系統(tǒng)安全性，降低停電時長。

　　圖5-4 智能配電監(jiān)控平臺

　　智慧運維

　　系統(tǒng)可據實生成配電回路拓撲圖，可及時發(fā)現故障在系統(tǒng)中所處的位置，提高故障排查效率;在線實時全面檢測，降低人工定期巡檢壓力;設備故障主動預警，自成閉環(huán)工單，提醒人員及時處理;故障分高中低差異等級顯示，便于人員聚焦重點;工單日歷標記顯示，避免維護漏單，長時遺忘;嚴重故障無法處理時，可一鍵報修廠家在線協(xié)助診斷。實現醫(yī)院配電狀態(tài)可感知、故障可預警、差異化智慧運維。

　　用電安全與智慧運維是醫(yī)院后勤管理聚焦的重點，智能配電系統(tǒng)通過智能化元器件及配套系統(tǒng)后臺可解決醫(yī)院配電系統(tǒng)閃絡、諧波及三相不平衡等問題，并能實時掌握配電回路拓撲、監(jiān)測供電設備運行狀態(tài)，可彌補傳統(tǒng)配電管理中配電回路功能不清晰、配電設備故障隱患難排查等問題，可大幅提升醫(yī)院用電安全可靠性，且可兼顧(融入)醫(yī)院后勤管理平臺，打造安全高效的配電設備智慧運維系統(tǒng)。

來源：“第六屆遠大杯全國醫(yī)院后勤優(yōu)秀論文獎”參評論文，南方醫(yī)科大學南方醫(yī)院 李鵬