上海某大型綜合醫院供配電系統設計

戴 乾 帆

(筑博設計股份有限公司 上海分公司, 上海 200070)

0 引 言

醫院是與日常生活有著密切聯系的配套建筑。一些大型城市,因龐大的人口基數往往需要建設一些大型綜合醫院,以滿足人們的日常生活需求。醫療建筑供配電系統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院項目,介紹了醫療建筑供配電系統設計。

1 工程概況

上海某大型綜合醫院分一、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、營養廚房、庫房及人防等;醫院床位數600個,醫院等級為三級。

2 負荷等級的確定

醫療、醫技、凈化設備等用電負荷等級主要依據JGJ 312—2013《醫療建筑電氣設計規范》[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、影像科、放射治療室、核醫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

高壓配電系統設計宜結合整個院區及未來發展規劃統籌考慮,可避免未來高壓系統重新設計。該項目為大型綜合醫院,變壓器裝機容量指標一般為80～120 VA/m2,統籌一、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,根據地方供電相關規定并考慮院區未來發展,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,內設2臺8 000 kVA變壓器。同時為便于管理,項目10 kV電網分配也在該變電所內完成,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。高壓配電系統示意圖如圖1所示。

圖1 高壓配電系統示意圖

4 10/0.4 kV變配電系統

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,內設4臺1 600 kVA變壓器、主要為西北側塔樓、相應裙房區域及部分地下停車庫供電;2#變電所位于-1F東側,內設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,中間設聯絡開關,低壓主進線開關與聯絡開關之間設電氣及機械聯鎖,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療項目中負荷性質、容量大小、供電半徑等因素統籌考慮。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,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,醫療建筑中醫技診斷設備會產生較多諧波,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,使電氣主系統更為經濟合理,便于施工。低壓配電系統示意圖如圖2所示。

圖2 低壓配電系統示意圖

5 應急電源系統

為滿足大型醫院一級負荷中特別重要負荷連續供電的要求,需設置應急電源系統。該項目設置柴油發電機組、不間斷電源(UPS)、應急電源(EPS)。-1F柴油發電機房內設置2臺柴油發電機組(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)供醫院內手術、搶救、重癥監護、血液病房、消防設備、弱電系統等一級負荷用電。需要說明,2臺柴油發電機組并機運行通常會采用相同功率的機組,但該項目因考慮業主未來可能會采用磁懸儲能飛輪裝置結合柴油發電機組作為醫療特別重要負荷的應急電源。如果采用該系統,2臺柴油發電機組將無法并機運行,需按醫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JGJ 312—2013《醫療建筑電氣設計規范》要求,對于三級醫院,柴油發電機組供油時間應大于24 h,經與業主及建筑專業溝通后,另在院區室外隱蔽處設置埋地儲油罐以滿足要求。市電中斷后,柴油發電機組起動時間往往需要數十秒,而一些特別重要醫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,以滿足連續供電切換時間的要求。UPS額定功率根據負荷性質、用途來選擇,應急供電時間為30 min。應急照明采用柴油發電機結合EPS集中電源的形式作為其應急電源,EPS持續供電時間不小于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下的供電可靠性。經與業主溝通,除上述應急電源外,另為重要負荷預留應急發電車接駁條件。在1F靠近外墻處設置應急發電車機房,機房可直通室外,同時在機房內預留應急母線接口,待深化設計后接至應急發電車配套柜。這樣,對醫院供電的可靠性又多了一重保障。

6 低壓配電系統

該項目低壓配電系統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,同時設置能耗監測管理系統,對空調用電、動力用電、照明插座用電和特殊用電分項分區域進行計量。

根據規范要求,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其瞬時負荷及持續負荷相應參數來確定,而導體截面需考慮設備內阻和壓降適當放大。

手術室,重癥監護室,急診搶救等重要負荷采用柴油發電機組、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。重癥監護室,急診搶救則按區域集中設置配電柜放置于專用UPS間內。對于手術室、重癥監護室、急診搶救中一些2類醫療場所負荷,還需設置局部IT系統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,對醫療建筑供電配系統進行了介紹,電氣設計人員應以供配電的可靠性、安全性為準則,在滿足規范標準的前提下合理規劃布局優化設計,使其更具經濟性和可操作性。