雷神山醫(yī)院醫(yī)技區(qū)供配電系統(tǒng)設(shè)計解析

王 彥， 鄭夢笛， 王云鵬， 曾 誠， 李 亮， 張 龍

（中南建筑設(shè)計院股份有限公司，武漢430071）

0 引言

面對新型冠狀病毒肺炎的戰(zhàn)“疫”，武漢市政府決定用最短的時間建設(shè)雷神山醫(yī)院。因此，首先就是需要在極短時間內(nèi)確定各系統(tǒng)設(shè)計方案，以保證現(xiàn)場有條件開始施工。由于該項目邊設(shè)計邊施工，隨時會出現(xiàn)調(diào)整，故在系統(tǒng)設(shè)計上需要有冗余，以適應(yīng)現(xiàn)場的不斷變化。

雷神山醫(yī)院醫(yī)技區(qū)位于整個項目北側(cè)隔離病區(qū)的東北角處，為單層建筑、面積約0.48萬m2。整個雷神山醫(yī)院的所有醫(yī)療化驗檢查工作均在醫(yī)技區(qū)內(nèi)完成。醫(yī)技區(qū)內(nèi)的主功能房間包括3間放射檢查室（CT）、負(fù)壓檢驗、血庫、1間手術(shù)室及其配套的凈化機房、ICU及其配套的凈化機房、會議室、辦公室及休息室等各項配套用房等。

雷神山醫(yī)院醫(yī)技區(qū)內(nèi)建筑功能布置復(fù)雜、大型用電設(shè)備眾多，且含有大量的重要用電負(fù)荷，配電系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜。本文即結(jié)合雷神山醫(yī)院電氣設(shè)計，探討了呼吸類臨時傳染病醫(yī)院醫(yī)技區(qū)供配電系統(tǒng)設(shè)計、用電負(fù)荷估算、2類醫(yī)療場所IT系統(tǒng)設(shè)計、不間斷電源配置及重要用電負(fù)荷處電能質(zhì)量治理等相關(guān)問題。

1 供配電系統(tǒng)。

1.1 用電負(fù)荷分級

負(fù)荷等級劃分是依據(jù)《傳染病醫(yī)院建筑設(shè)計規(guī)范》、《醫(yī)療建筑電氣設(shè)計規(guī)范》及其他相關(guān)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)的要求來進行的。但考慮到雷神山建設(shè)的緊迫性及重要性，對用電負(fù)荷分級進行了簡化-提高部分用電負(fù)荷等級、減少負(fù)荷分級數(shù)量，以供快速方便地進行配電系統(tǒng)設(shè)計，并使配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、方便維護，具體負(fù)荷分級如下。

一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷：手術(shù)室、術(shù)前準(zhǔn)備室、術(shù)后復(fù)蘇室、麻醉室、ICU等醫(yī)療場所內(nèi)涉及患者生命安全的設(shè)備及其照明用電、血庫、醫(yī)技區(qū)的通風(fēng)系統(tǒng)、負(fù)壓檢驗、智能化系統(tǒng)用電、應(yīng)急照明。

一級負(fù)荷：普通照明、CT設(shè)備、凈化區(qū)空調(diào)。

三級負(fù)荷：普通工作區(qū)的分體空調(diào)、通風(fēng)設(shè)備自帶的電輔加熱采暖設(shè)備，以及除去一級負(fù)荷以外的其他負(fù)荷。

2.2 醫(yī)療場所分類及自動恢復(fù)供電時間

GB16895.24-2005／IEC 60364-7710 ∶2002《建筑物電氣裝置7-710部分：特殊裝置或場所的要求醫(yī)療場所》對醫(yī)療場所進行了分類，分別為0類、1類和2類場所。醫(yī)療場所及設(shè)施的類別劃分與要求自動恢復(fù)供電的時間見相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的要求。

1.2 供電方案

根據(jù)2.1節(jié)的負(fù)荷分級結(jié)果，可快速確定醫(yī)技樓的供電方案-采用兩路相互獨立的10kV市電+應(yīng)急柴油發(fā)電機組供電，供電網(wǎng)絡(luò)圖如圖1所示。

圖1 供電網(wǎng)絡(luò)示意圖

圖1中每個新建戶外環(huán)網(wǎng)箱（2C4V）的兩路市政10kV進線電源滿足雙重電源要求，互為100%備供，當(dāng)一路電源故障時，另一路電源不應(yīng)同時受到損壞。同時，為變壓器供電的兩臺環(huán)網(wǎng)箱供的兩組、4路高壓也是相互獨立的電源。所以醫(yī)技區(qū)的高壓供電網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)非常可靠，在加上低壓的應(yīng)急柴油發(fā)電機組，整個供電系統(tǒng)基本可以達到低壓系統(tǒng)不間斷供電。

1.3 負(fù)荷計算

建筑物的用電總負(fù)荷估算通常是按面積指示法來進行的。《建筑電氣常用數(shù)據(jù)》手冊中對于綜合性醫(yī)院的用電指標(biāo)建議為30～70W／m2。本設(shè)計為雷神山醫(yī)院中的醫(yī)技區(qū)配電系統(tǒng)設(shè)計，醫(yī)技區(qū)內(nèi)大型用電設(shè)備眾多，所以負(fù)荷計算顯然不能用數(shù)據(jù)手冊上提供的數(shù)據(jù)，否則會造成計算總?cè)萘窟^小，選取的變壓器容量不滿足實際使用要求，設(shè)計出現(xiàn)重大失誤，造成經(jīng)濟損失及工程延誤。

雷神山醫(yī)技區(qū)的用電負(fù)荷計算是根據(jù)建筑平面功能布置，并結(jié)合以往設(shè)計經(jīng)驗快速進行負(fù)荷估算，其過程如下。

（1）醫(yī)護區(qū)內(nèi)普通房間照明插座按40～50W／m2指標(biāo)預(yù)留總電量。

（2）醫(yī)護區(qū)內(nèi)普通房間設(shè)置分體空調(diào)的按160W／m2（帶電輔熱，如不帶電輔熱可按70W／m2）指標(biāo)預(yù)留總電量；CT室內(nèi)由于有大型醫(yī)療設(shè)備，設(shè)備的發(fā)熱量大，空調(diào)按220～250W／m2指標(biāo)考慮預(yù)留總電量。

（3）由于ICU、手術(shù)室、負(fù)壓檢驗室等有凈化要求的區(qū)域內(nèi)，冷熱源全部采用電能來解決，結(jié)合以往項目設(shè)計經(jīng)驗，凈化區(qū)域空調(diào)電量需按不低于550W／m2指標(biāo)預(yù)留總電量。

（4）ICU區(qū)預(yù)留總一個總配電箱，電量應(yīng)滿足ICU每床2kW及房間的普通照明插座用電，照明插座用電可按60～80／m2指標(biāo)考慮。

（5）負(fù)壓檢驗室設(shè)備用電是根據(jù)工藝提資確定，前期預(yù)留時可按電量不低于100kW進行設(shè)計。

（6）用于本次新型冠狀病毒感染肺炎檢查的CT設(shè)備按100kVA／臺考慮（同一臺CT設(shè)備，做的檢查類型不同，設(shè)備的最大功率也不相同）。

（7）在負(fù)荷計算中，根據(jù)第（3）條來設(shè)計預(yù)留電量時，所用到的總建筑面積不僅僅只包含ICU、手術(shù)室、負(fù)壓檢驗的核心區(qū)域，同時還應(yīng)包括其配套使用的輔助房間或區(qū)域，具體以建筑專業(yè)及凈化公司確定的區(qū)域為準(zhǔn)。

根據(jù)以上7條對醫(yī)技區(qū)內(nèi)各用電設(shè)備使用情況進行分析并計算后，負(fù)荷計算用的平均需要系數(shù)取0.564，總的負(fù)荷計算容量為1 084kW。根據(jù)負(fù)荷計算結(jié)果，選擇兩臺800kVA的箱式變電站。當(dāng)其中任意一臺變壓器發(fā)生故障時，切除兩臺變壓器低壓母線段出線上的三級負(fù)荷，另外一臺變壓器應(yīng)能帶動醫(yī)技區(qū)所有一級負(fù)荷及特別重要負(fù)荷。醫(yī)技區(qū)變壓器裝機指標(biāo)為340 VA／m2。

1.4 各級負(fù)荷供電方式

一級負(fù)荷由二路市電供電，采用雙電源線路末端自動切換，并由設(shè)置的應(yīng)急柴油發(fā)電機組提供備用電源。其中ICU、手術(shù)室、負(fù)壓檢驗等處設(shè)置有不停電電源裝置（在線式UPS），作為柴油發(fā)電機啟動前的過渡電源，進一步加強供電可靠性。三級負(fù)荷采用單電源供電，當(dāng)變壓器故障切換時予以切除。醫(yī)技區(qū)干線系統(tǒng)如圖2所示。箱式變電站系統(tǒng)如圖3所示。

圖2 醫(yī)技區(qū)干線系統(tǒng)圖如下所示

圖3 箱式變電站系統(tǒng)圖

從圖3中發(fā)現(xiàn)，箱式變電站系統(tǒng)圖中左側(cè)高壓室為現(xiàn)場已經(jīng)安裝部分，右側(cè)的低壓室為本次新建部分。此種情況是因為項目工期緊，以及項目施工分工界面原因造成的。項目一啟動后，僅根據(jù)建筑方案圖，以及前面所提到的負(fù)荷計算，必須快速的確定變壓器容量及臺數(shù)報給當(dāng)?shù)毓╇姴块T，當(dāng)?shù)毓╇姴块T快速的完成了高壓系統(tǒng)的設(shè)計，并將設(shè)備運到現(xiàn)場安裝完成。但因為本項目采用的是箱式變電站，所以供電部門把高壓柜及變壓器一起采購安裝了。供電部門根據(jù)自己經(jīng)驗設(shè)計的低壓室預(yù)留出線回路不滿足現(xiàn)場的實際使用需求，所以設(shè)計院設(shè)計圖紙中又單獨增加了低壓室。

圖3中應(yīng)急柴油發(fā)電機組直接引出線到變壓器低壓母線上進行切換，而不是設(shè)計成從應(yīng)急柴油發(fā)電機組引出許多回路到建筑內(nèi)用電負(fù)荷末端處進行切換，此做法既節(jié)約了發(fā)電機出線電纜，減少了投資，又使配電系統(tǒng)設(shè)計簡化，大大節(jié)約了施工單位看圖、理解圖紙，節(jié)約了施工時間。

1.5 IT系統(tǒng)供電

醫(yī)技區(qū)的手術(shù)室、ICU等這類重要的場所（2類醫(yī)療場所）的供電，不僅要保證供電的可靠性，還要保證供電的安全性。根據(jù)規(guī)范要求，應(yīng)采用醫(yī)用IT系統(tǒng)供電，IT系統(tǒng)應(yīng)配置絕緣監(jiān)測裝置。

2 電能質(zhì)量治理

為保障醫(yī)技區(qū)重要用電設(shè)備安全可靠的運行，分析了諧波對各重要要用設(shè)備的危害及可能造成的后果，采用在醫(yī)技區(qū)室外箱式變電站處設(shè)計集中的諧波治理裝置，同時在手術(shù)室、ICU、CT室等處采用就地治理的方式，安裝終端諧波保護裝置，濾除電力系統(tǒng)諧波，實現(xiàn)醫(yī)技區(qū)醫(yī)療設(shè)備的全面保障。

3 結(jié)束語

雷神山醫(yī)院作為呼吸類臨時傳染病應(yīng)急醫(yī)院，由于建設(shè)時間的要求，項目設(shè)計中在滿足各項規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的要求前提下，配電系統(tǒng)盡可能的簡單，方便施工單位快速看圖理解圖紙內(nèi)容，加快施工進度，同時方便后期維護。總結(jié)系統(tǒng)設(shè)計要點如下：負(fù)荷分線盡量簡單，如只分為兩級；所有重要負(fù)荷及大容量負(fù)荷采用放射式供電，減少配電極數(shù)，即直接從室外箱式變電站直接放電纜到樓內(nèi)各配電箱；供室外電源進線用的配電間一定要靠近室外箱變，以方便電纜進線施工；需要UPS供電的負(fù)荷，應(yīng)設(shè)置UPS間，且UPS間靠近用電負(fù)荷中心設(shè)置，同時可兼做配電用；大型醫(yī)療設(shè)備在用電功率未知的情況下，可以根據(jù)以往同類型的項目經(jīng)驗來預(yù)留用電量，后期再根據(jù)最終采購的設(shè)備用電量來即使調(diào)整原設(shè)計；每個項目的變壓器裝機指標(biāo)應(yīng)根據(jù)具體項目具體分析。