上海某大型綜合醫(yī)院供配電系統(tǒng)設計

戴 乾 帆

(筑博設計股份有限公司 上海分公司, 上海 200070)

0 引 言

醫(yī)院是與日常生活有著密切聯(lián)系的配套建筑。一些大型城市,因龐大的人口基數(shù)往往需要建設一些大型綜合醫(yī)院,以滿足人們的日常生活需求。醫(yī)療建筑供配電系統(tǒng)設計因其具有一定特殊性、復雜性,電氣設計人員要引起重視。本文結合上海某大型綜合醫(yī)院項目,介紹了醫(yī)療建筑供配電系統(tǒng)設計。

1 工程概況

上海某大型綜合醫(yī)院分一、二期建設,建筑總面積約為123 019 m2,本次設計范圍為一期建筑內(nèi)容,總面積為99 799 m2,地上建筑面積為66 540 m2,地下建筑面積為33 259 m2。一期建筑地上12層,其中裙房5層,塔樓7層,建筑總高度為68.6 m,一類高層建筑,主要功能為門急診、醫(yī)技、手術、檢驗、科研及住院病房等;地下2層,-1F層高為6.8 m,-2F層高為4.8 m,主要功能為地下停車庫、設備用房、職工餐廳、營養(yǎng)廚房、庫房及人防等;醫(yī)院床位數(shù)600個,醫(yī)院等級為三級。

2 負荷等級的確定

醫(yī)療、醫(yī)技、凈化設備等用電負荷等級主要依據(jù)JGJ 312—2013《醫(yī)療建筑電氣設計規(guī)范》[1]相關要求來確定,其余客梯、安防、水泵等設備用電負荷則主要依據(jù)GB 53148—2019《民用建筑電氣設計標準》[2]中一類高層建筑相關要求來確定。項目負荷分級具體如下。

(1) 一級負荷。消防設備、弱電系統(tǒng)用電、重癥加強護理病房(ICU)搶救、急診急救、實驗室、手術室、手術準備室、血液病房、走道照明、疏散照明、疏散標志、真空吸引、污水泵、客梯、潔凈室通風系統(tǒng)、影像科、放射治療室、核醫(yī)學室等診療設備及照明用電、凈化空調設備。其中ICU搶救、急診急救、實驗室、手術室、手術準備室、血液病房等場所中涉及患者生命安全的設備及其照明用電作為一級負荷中的特別重要負荷配電[3]。

(2) 二級負荷。包括影像科診斷用電設備;中心(消毒)供應室、采暖鍋爐及換熱站、空氣凈化機組、貴重藥品冷庫、太平柜等用電負荷。

(3) 三級負荷。除一、二級負荷以外的普通照明、動力等負荷。

3 供電電源及高壓配電系統(tǒng)

高壓配電系統(tǒng)設計宜結合整個院區(qū)及未來發(fā)展規(guī)劃統(tǒng)籌考慮,可避免未來高壓系統(tǒng)重新設計。該項目為大型綜合醫(yī)院,變壓器裝機容量指標一般為80～120 VA/m2,統(tǒng)籌一、二期建設考慮,總用電容量約為14 000 kVA。該項目建設地點為上海,根據(jù)地方供電相關規(guī)定并考慮院區(qū)未來發(fā)展,申請兩路獨立35 kV專線電源作為供電電源,兩路電源互為備用。地上設置35 kV電業(yè)開關站1座,用于市政電源進線接駁分配。-1F西側設置35/10 kV用戶變電所1座,內(nèi)設2臺8 000 kVA變壓器。同時為便于管理,項目10 kV電網(wǎng)分配也在該變電所內(nèi)完成,并在高壓進線處設置總的高壓計量。高壓主接線采用單母線分段運行,每段母線均饋線至10 kV變壓器及高壓冷凍機組配套柜,兩段高壓母線中間設聯(lián)絡開關與10 kV主進線開關之間電氣及機械連鎖,結構簡單,便于管理。高壓配電系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1 高壓配電系統(tǒng)示意圖

4 10/0.4 kV變配電系統(tǒng)

項目一期設置10/0.4 kV變電所2座,共計8臺變壓器,總容量為12 100 kVA,具體配置及供電范圍如下:1#變電所位于-1F西側,內(nèi)設4臺1 600 kVA變壓器、主要為西北側塔樓、相應裙房區(qū)域及部分地下停車庫供電;2#變電所位于-1F東側,內(nèi)設2臺1 600 kVA及2臺1 250 kVA變壓器,主要為東北側塔樓、相應裙房區(qū)域及部分地下停車庫供電。變壓器低壓主接線采用單母線分段運行,中間設聯(lián)絡開關,低壓主進線開關與聯(lián)絡開關之間設電氣及機械聯(lián)鎖,平時分列運行,當一臺變壓器故障時,另一臺可承擔一、二級負荷用電。

10/0.4 kV變配電所負荷配置需結合醫(yī)療項目中負荷性質、容量大小、供電半徑等因素統(tǒng)籌考慮。如手術室、ICU、急診急救等特別重要負荷會盡量集中分配在一組或多組變壓器內(nèi),這樣可相對減少應急母線,具體則需結合項目實際情況,特別重要負荷總容量大小,負荷分布情況等因素進行判斷。另外,醫(yī)療建筑中醫(yī)技診斷設備會產(chǎn)生較多諧波,設計時需考慮防治措施,通常做法是在變壓器低壓母線上加裝有源濾波器,有源濾波設備需估算容量并預留安裝位置。所以,對這類醫(yī)技設備較為集中的配置并整治也是有必要的。

綜上所述,該項目變電所負荷配置基本原則為:變電所供電范圍按區(qū)域劃分,以就近供電為原則;每組變壓器,按特別重要負荷,消防負荷及醫(yī)技診斷設備這三類負荷進行集中配置,以減少應急母線和對諧波源集中整治為原則,使電氣主系統(tǒng)更為經(jīng)濟合理,便于施工。低壓配電系統(tǒng)示意圖如圖2所示。

圖2 低壓配電系統(tǒng)示意圖

5 應急電源系統(tǒng)

為滿足大型醫(yī)院一級負荷中特別重要負荷連續(xù)供電的要求,需設置應急電源系統(tǒng)。該項目設置柴油發(fā)電機組、不間斷電源(UPS)、應急電源(EPS)。-1F柴油發(fā)電機房內(nèi)設置2臺柴油發(fā)電機組(其中一臺常載功率為1 500 kW,備載功率為1 650 kW;另一臺常載功率為1 200 kW,備載功率為1 340 kW)供醫(yī)院內(nèi)手術、搶救、重癥監(jiān)護、血液病房、消防設備、弱電系統(tǒng)等一級負荷用電。需要說明,2臺柴油發(fā)電機組并機運行通常會采用相同功率的機組,但該項目因考慮業(yè)主未來可能會采用磁懸儲能飛輪裝置結合柴油發(fā)電機組作為醫(yī)療特別重要負荷的應急電源。如果采用該系統(tǒng),2臺柴油發(fā)電機組將無法并機運行,需按醫(yī)療特別重要負荷及消防設備負荷分別設置,故目前按此條件設置,預留未來改造的可能性。根據(jù)JGJ 312—2013《醫(yī)療建筑電氣設計規(guī)范》要求,對于三級醫(yī)院,柴油發(fā)電機組供油時間應大于24 h,經(jīng)與業(yè)主及建筑專業(yè)溝通后,另在院區(qū)室外隱蔽處設置埋地儲油罐以滿足要求。市電中斷后,柴油發(fā)電機組起動時間往往需要數(shù)十秒,而一些特別重要醫(yī)療負荷要求自動恢復供電時間≤0.5 s。因此,該項目在手術室、急診搶救、ICU等末端配電箱處還設置UPS,以滿足連續(xù)供電切換時間的要求。UPS額定功率根據(jù)負荷性質、用途來選擇,應急供電時間為30 min。應急照明采用柴油發(fā)電機結合EPS集中電源的形式作為其應急電源,EPS持續(xù)供電時間不小于90 min。此外,該項目被列為市重大工程,應盡可能保證其在應急狀態(tài)下的供電可靠性。經(jīng)與業(yè)主溝通,除上述應急電源外,另為重要負荷預留應急發(fā)電車接駁條件。在1F靠近外墻處設置應急發(fā)電車機房,機房可直通室外,同時在機房內(nèi)預留應急母線接口,待深化設計后接至應急發(fā)電車配套柜。這樣,對醫(yī)院供電的可靠性又多了一重保障。

6 低壓配電系統(tǒng)

該項目低壓配電系統(tǒng)采用放射式與樹干式相結合的方式,原則是對于重要負荷或單臺容量較大的負荷采用放射式供電,對于照明及一般動力負荷,采用樹干式與放射式相結合的供電方式,同時設置能耗監(jiān)測管理系統(tǒng),對空調用電、動力用電、照明插座用電和特殊用電分項分區(qū)域進行計量。

根據(jù)規(guī)范要求,大型診療設備應采用專用回路供電。該項目中CT、DSA、MRI等診療設備均由變電所放射式雙回路供電,部分設備(如MRI)除主機外還配備冷水機組,也須按專用兩回路供電。診療設備配電柜(箱)的安裝位置通常是在相應設備機房內(nèi)或控制走廊附近,設計時還需考慮末端有源濾波設備的安裝位置。診療設備的隔離保護開關整定值需根據(jù)其瞬時負荷及持續(xù)負荷相應參數(shù)來確定,而導體截面需考慮設備內(nèi)阻和壓降適當放大。

手術室,重癥監(jiān)護室,急診搶救等重要負荷采用柴油發(fā)電機組、變電所兩路專用回路及UPS相結合的供電方式。手術室設置總配電柜,由總配電柜放射式供電至每個手術室專用配電箱,配電箱設置在清潔走道上,不可設置在手術室內(nèi)。重癥監(jiān)護室,急診搶救則按區(qū)域集中設置配電柜放置于專用UPS間內(nèi)。對于手術室、重癥監(jiān)護室、急診搶救中一些2類醫(yī)療場所負荷,還需設置局部IT系統(tǒng)并配置絕緣故障檢測裝置,以保障患者的人身安全和供電可靠性。

7 結 語

本文結合實際項目,對醫(yī)療建筑供電配系統(tǒng)進行了介紹,電氣設計人員應以供配電的可靠性、安全性為準則,在滿足規(guī)范標準的前提下合理規(guī)劃布局優(yōu)化設計,使其更具經(jīng)濟性和可操作性。