磁共振成像儀供電電源的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

董明軍 竇 軍 白軒輝

磁共振成像儀供電電源的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

董明軍①竇 軍①白軒輝①

目的：為保證磁共振成像(MRI)儀穩(wěn)定工作，科學(xué)合理地設(shè)計(jì)供電電源和供電控制回路。方法：依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)“民用建設(shè)電氣設(shè)計(jì)規(guī)范”對MRI供配電系統(tǒng)、接地及安全防護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。結(jié)果：1.5T超導(dǎo)MRI設(shè)備在安裝前對供電系統(tǒng)及控制回路進(jìn)行認(rèn)真規(guī)范的設(shè)計(jì)，對重點(diǎn)指標(biāo)采取≥50%的額定余量，使該設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。結(jié)論：通過對MRI供電系統(tǒng)的規(guī)范設(shè)計(jì)、實(shí)施，滿足了MRI設(shè)備供電電源的電壓、頻率、電流、供電線路以及低壓配電裝置等基本要素的需要，使供電系統(tǒng)安全、可靠、合理地運(yùn)行。

電源質(zhì)量；電源負(fù)荷等級；控制回路元器件

[First-author’s address] Department of Equipment, Xinjiang Shawan County People's Hospital, Shawa 832100, China.

近年來，隨著國家對醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)的不斷投入，以及人民群眾對優(yōu)質(zhì)醫(yī)療資源的需求日益提高，各級醫(yī)院對大、中型醫(yī)療設(shè)備的購置、更新也在與時(shí)俱進(jìn)。隨著醫(yī)學(xué)裝備配置種類、數(shù)量的不斷增多，需要對不同的醫(yī)療場所、醫(yī)療設(shè)備的供電質(zhì)量及其他要求進(jìn)行負(fù)荷劃分。對磁共振(MR)、介入治療(DSA)及血液透析室等醫(yī)療場所的用電負(fù)荷劃分為一級負(fù)荷；將普通電梯、生活水泵及空調(diào)系統(tǒng)等用電負(fù)荷劃分為二級負(fù)荷，除一級、二級以外的其他負(fù)荷劃分為三級負(fù)荷。在磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)設(shè)備安裝前應(yīng)充分了解MRI設(shè)備的負(fù)荷性質(zhì)、用電容量以及工作特點(diǎn)，尤其對供電電源的功率、電源質(zhì)量及不間斷等特殊要求進(jìn)行針對性地設(shè)計(jì)相應(yīng)的配電系統(tǒng)[1]。本研究對Siemens Esanza 1.5T超導(dǎo)MRI設(shè)備在安裝前進(jìn)行了供電定義級別和優(yōu)化配置。

1 供電電源的設(shè)計(jì)方法及要求

(1)MRI設(shè)備在安裝前依據(jù)國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ 16-2008“民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范”中的相關(guān)規(guī)定，將MRI設(shè)備的供電級別定位一級負(fù)荷，并對其供電電源另配置為應(yīng)急備用柴油發(fā)電電源以保證設(shè)備的連續(xù)運(yùn)行，保證雙回路供電系統(tǒng)[2]。保障MRI的優(yōu)先供電，降低停機(jī)率。

(2)為了避免外來線路干擾而影響MRI設(shè)備的正常工作，對其配置了專線，直接從醫(yī)院主電源變壓器引至磁共振配電柜，該線路不允許再接入其他電器設(shè)備，防止電源電壓波動(dòng)、電磁干擾等因素影響MRI設(shè)備的正常工作[3](如圖1所示)。

圖1 系統(tǒng)主電源供電電路

(3)為了保證供給MRI設(shè)備的電源電壓穩(wěn)定，應(yīng)縮短供電電源線的布線距離，避免因線路過長形成線路電壓降而影響其工作[4]。如果無法縮短布線距離可以增加電源線線徑，減小電源線內(nèi)阻。MRI設(shè)備均配有專用電源穩(wěn)壓器，要求變壓器輸出端至設(shè)備配電柜的線路電壓降＜2%。設(shè)計(jì)中可以此作為供電線纜截面的計(jì)算依據(jù)[5]。通常磁共振廠商給出的電源線參數(shù)較為保守，線徑選擇留有很大余量。在安裝MRI設(shè)備時(shí)將電源線控制在80 M以內(nèi)，充分尊重廠商所給出的電源線參數(shù)建議，線徑選擇為符合國家標(biāo)準(zhǔn)的96 mm2五芯電纜，實(shí)際使用效果很好。

(4)在供電電源質(zhì)量測試中需測試三相電源的線電壓、相電壓、零線(N)與保護(hù)地(PE)的電壓。該磁共振儀對電源的具體要求為：①電源電壓380 V或400 V，要求偏差10%～-10%；②電源頻率50 Hz，±1 Hz；③線間電源電壓不平衡，最大2%；④線內(nèi)阻最大200 mΩ；⑤保護(hù)接地電阻≤2 Ω；⑥零線(N)與保護(hù)地(PE)的電壓≤1 V[6]。

(5)為MRI設(shè)備配置專用的電源穩(wěn)壓器，注意穩(wěn)壓柜盡量靠近MRI設(shè)備主體，縮短供電電纜長度，減少線路電壓降，其三相交流穩(wěn)壓電源的配置≥70 kVA，以保證供電電源電壓穩(wěn)定[7]。

(6)安全防護(hù)。低壓配電系統(tǒng)接地形式采用TN-S系統(tǒng)，設(shè)專用PE線。N線和PE線自變壓器分別引出。接地共用統(tǒng)一接地極，要求其接地電阻值≤1 Ω[8]。醫(yī)療設(shè)備(MRI、DR、CT、DSA)宜采用單獨(dú)的接地線與接地體相連，其接地電阻應(yīng)滿足設(shè)備主體的要求[9]。

2 配電柜內(nèi)控制回路線路的設(shè)計(jì)及元器件要求

MRI設(shè)備使用的配電柜內(nèi)的配電回路元器件應(yīng)選擇可靠度較高的瑞典ABB、德國施耐德及德國西門子等品牌的元器件[10]。本研究選用瑞典ABB的斷路器、漏電保護(hù)器、交流接觸器及斷路器等與國產(chǎn)的元器件進(jìn)行測試對比發(fā)現(xiàn)，國產(chǎn)漏電保護(hù)器的漏電動(dòng)作電流、漏電動(dòng)作時(shí)間與標(biāo)稱值有超標(biāo)現(xiàn)象，為了人員、設(shè)備的安全對主要回路元器件使用瑞典ABB公司產(chǎn)品。

3 MRI設(shè)備供電電源的應(yīng)用

3.1 供電電源斷電的危害

MRI設(shè)備在臨床使用中儀器斷電報(bào)警時(shí)有發(fā)生，其現(xiàn)象為配電柜無電流輸出，100 A主交流接觸器不工作。此時(shí)應(yīng)檢查啟動(dòng)按鈕、停止按鈕、中間繼電器和接觸器，若均為正常可重新啟動(dòng)，配電柜供電可正常輸出。這種突然斷電、多次開機(jī)會(huì)對大型醫(yī)療設(shè)備產(chǎn)生以下危害：①供電電源突然停電后在短時(shí)間內(nèi)重新送電會(huì)導(dǎo)致開機(jī)浪涌電流對設(shè)備的沖擊[11]；②當(dāng)供電電源出現(xiàn)故障時(shí)有可能存在短時(shí)間的“三相不平衡”，此時(shí)的供電質(zhì)量對機(jī)器會(huì)產(chǎn)生較大影響[12-13]；③突然斷電會(huì)造成非正常關(guān)機(jī)。大型設(shè)備正常關(guān)機(jī)時(shí)進(jìn)行延時(shí)、復(fù)位及備份等工作流程，而非正常關(guān)機(jī)會(huì)使以上流程不能正常完成，再次開機(jī)時(shí)極易造成程序出錯(cuò)、啟動(dòng)狀態(tài)不正常等故障現(xiàn)象[14]。

3.2 供電電源斷電的應(yīng)對方法

供電電源突然斷電是因控制回路保險(xiǎn)F1接觸不良、中間繼電器觸頭接觸不良導(dǎo)致主交流接觸器線圈不得電。為了防止類似現(xiàn)象出現(xiàn)，對所使用的國產(chǎn)保險(xiǎn)F1、F2及保險(xiǎn)座更換成西門子3NA3 803-2C型。將該國產(chǎn)中間繼電器K1更換為西門子3TH82系列的中間繼電器。運(yùn)行后再無發(fā)生因配電柜元器件故障導(dǎo)致斷電的現(xiàn)象。據(jù)統(tǒng)計(jì)，約80%的醫(yī)療設(shè)備軟件、硬件問題是由供電系統(tǒng)配置不當(dāng)造成[15]。

4 結(jié)論

MRI設(shè)備安裝前的電氣設(shè)計(jì)要充分的為設(shè)備主體、氦冷卻系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)等主要設(shè)備提供優(yōu)質(zhì)的外部供電電源及可靠、穩(wěn)定的電源控制系統(tǒng)。供電電源的質(zhì)量是決定大型設(shè)備能否長期穩(wěn)定工作的重要因素之一[16]。由于MRI設(shè)備價(jià)格高昂、設(shè)計(jì)精密復(fù)雜，設(shè)備中含有多種計(jì)算機(jī)和集成電路，設(shè)備整體對電源的質(zhì)量要求很高。在實(shí)際設(shè)計(jì)中對供電電源質(zhì)量要求、選擇配電回路元器件的質(zhì)量均能夠影響MRI設(shè)備工作的穩(wěn)定性，因此，應(yīng)科學(xué)合理地設(shè)計(jì)供電電源和供電控制回路。

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Research on the design and application of MRI machine power supply

/DONG Ming-jun,DOU Jun, BAI Xuan-hui// China Medical Equipment,2014,11(8):63-65.

Objective: To guarantee the stability of equipment work, the scientific and reasonable design of power supply and power supply control circuit is necessary. Methods: According to "civil construction electrical design specification" and other related specifications, for MR power supply and distribution system, grounding and safety protection system design. Results: Our introduction of 1.5 T superconducting MR before installation, careful specification of power supply system and control circuit design, the key indicators to take 50% of the rated or allowance, and the problems encountered in practical operation are timely processing, make the equipment operation is stable and achieved good social benefits and economic benefits. Conclusion: By 1.5 T MR the specification of the power supply system design, implementation, and makes the power supply voltage, frequency, current and power supply circuit, the basic elements such as low voltage power distribution equipment meets the need of MR device, make for point system safe, reliable and reasonable operation, provided the basis for future similar projects.

The power supply quality; Power load level; Control circuit components

1672-8270(2014)08-0063-03

R197.39

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2014.08.021

2013-12-31

①新疆沙灣縣人民醫(yī)院設(shè)備信息科 新疆 沙灣 832100

董明軍，男，(1974- )，本科學(xué)歷，工程師。新疆沙灣縣人民醫(yī)院設(shè)備信息科，從事醫(yī)學(xué)裝備、醫(yī)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息化的管理與維護(hù)工作。