智能配電系統在醫院用電安全與智慧運維的應用

　　智能配電系統在醫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失效是威脅醫院用電安全的重要因素，傳統后勤對于醫院配電系統的管理存在較多問題。智能配電管理系統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的智慧運維，能及時預警醫院電力系統存在的隱患，大幅提升醫院用電安全。

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

　　1. 閃絡損壞精密醫療設備

　　當電網、變電設施的故障或負荷突然出現大的變化，輸配電系統中發生的電力系統故障、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 10ms～1min及造成閃絡，給醫院造成巨大的經濟損失：如造成醫院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. 諧波影響醫療設備可靠運行

　　大型醫療設備廣泛采用電力電子元件，為非線性負荷，進而造成醫院配電系統諧波含量不斷增加;醫院內部的變頻裝置、LED照明燈具的規模使用也會產生大量奇次諧波，如不及時監測治理會對醫院手術室的高頻電刀、ICU搶救設備如起搏器透析設備、ICU監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. 三相不平衡影響醫療設備正常使用壽命

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

　　4. 供電設備運行狀態無法判斷，用電安全隱患大

　　醫療院區投運時間較長，配電系統斷路器有的已使用20年以上，其狀態無法判斷;雙電源轉換開關運行狀態也無法判斷，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。

　　傳統醫院采用電力監控系統一般通過微機綜合保護裝置監控高壓系統，智能儀表監控低壓系統，監控范圍大多局限在變配電室，僅為狀態量的檢測，無法覆蓋斷路器及整個低壓配電系統，無法真正解決醫院電力系統存在的隱患。

　　圖1 傳統電力監控系統架構圖

　　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，取得良好的應用效果。智能配電系統架構如下：

　　圖2 智能配電系統架構圖

　　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，搭載本地控制系統即可實現智能配電系統的本地化管理，搭載云端服務器即可實現遠程化管理;智能配電系統采用物聯網及云平臺技術，實時監控各配電設備的運行狀態，能耗數據及系統信息，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內的配電設備、網絡系統、監管系統的互聯互通和數據共享交換。智能配電系統是一個開放式框架平臺，可以集成，連接和管理各種協議，各種智能配電設備和系統。基于平臺化的集成管理，從而有效幫助醫院的不同層級管理、運維及操作人員，通過智能配電云平臺，對智能配電系統進行互聯互通操作。且可兼容高壓系統電力監控與變壓器溫度等狀態量，最終實現醫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，且能實現負載監控、三相不平衡檢測、監測觸頭損耗、壽命、溫度、開合等功能，可對配電線路狀態進行自診斷、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、相角等監測，可在線監測本體溫度，實現供電連續超溫報警技術;內置自動測試功能，便于保養維護。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。

　　某樓棟低壓配電房實踐案例及主要功能：

　　圖4-1 低壓一次系統實際配置案例

　　圖4-2 低壓一次系統實際配置案例

　　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、故障報警、視頻監控可視化管理;配電室、開關柜分層級臺賬管理，一目了然。

　　圖5-1 智能配電監控平臺

　　電能管理

　　實時監控配電系統線路狀態，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，最終解決醫院配電系統諧波影響等電能質量問題。

　　圖5-2 智能配電監控平臺

　　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、監護員雙密碼口令驗證，符合電網安規，避免誤操作。

　　圖5-3 智能配電監控平臺

　　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測，快速定位記錄故障具體信息;系統彈窗、短信、郵件等快速提示，避免事故擴大;全面監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，避免老化和突發故障;最大限度提升配電系統安全性，降低停電時長。

　　圖5-4 智能配電監控平臺

　　智慧運維

　　系統可據實生成配電回路拓撲圖，可及時發現故障在系統中所處的位置，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助診斷。實現醫院配電狀態可感知、故障可預警、差異化智慧運維。

　　用電安全與智慧運維是醫院后勤管理聚焦的重點，智能配電系統通過智能化元器件及配套系統后臺可解決醫院配電系統閃絡、諧波及三相不平衡等問題，并能實時掌握配電回路拓撲、監測供電設備運行狀態，可彌補傳統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，可大幅提升醫院用電安全可靠性，且可兼顧(融入)醫院后勤管理平臺，打造安全高效的配電設備智慧運維系統。

來源：“第六屆遠大杯全國醫院后勤優秀論文獎”參評論文，南方醫科大學南方醫院 李鵬