医院数字化配电系统工程建设意义

摘要：分析了某医院变配电室管理面临的问题和挑战，介绍了数字化配电系统的建设方案及功能，总结了该系统的创新及其应用的意义。

关键词：医院建筑；供电安全；变配电系统

一、医院变配电室管理面临的问题和挑战

某新建县医院是整体搬迁项目,建筑面积约为124484.48m2,占地面积为89780m2,包括门诊楼、医技楼、病房楼、感染病房楼、培训生活楼等11栋建筑。随着医院建筑规模和设备数量的增加,原本欠缺的专业电工将更加难以应对。新院运行后按三班制计算需要至少8名专业电工,同时还要兼顾后勤各类水暖设备的维修保养,这将给技术手段落后、专业能力不强的医院电工带来极大的挑战。同时,原有管理模式下缺乏有效的预警,一旦设备出现故障或维护不及时,会导致长时间停电,势必影响患者的诊疗。因此,在变配电室建设之初就须进行针对性的谋划,以提高自动化程度、减少人员值守、避免人为误操作、提高电力保障能力。

二、数字化配电系统的建设

该项目按1000张床位的三级医院的标准建设。根据项目使用负荷和当地电业局的供电方案答复书,10kV总配电室采用两路来自不同变电站的高压电源进线同时供电,通过母联开关备自投功能,互为备用。下设的3个变配电室分别位于病房楼、医技楼、培训生活楼,均采用两路电源进线,单母线分段分列运行。变压器总装机容量为14400kVA。低压采用TN-S供电系统,单母线分段分列运行。另外在医技楼一层设一台1200kW柴油发电机组,在病房楼一层设一台1000kW柴油发电机组。应急发电机作为消防设备、医用设备等重要一级用电负荷的备用电源,与市电之间设有机械、电气联锁,在市电停电的情况下可在15s内自动启动供电。针对医院目前专业高压电工紧缺的情况,该项目在消防控制室配置了数字化配电系统后台,统一监控3个变配电室的运行情况。数字化配电系统采用开放式理念,根据医院的需求定制上位机组态软件,将各配电室内的高、低压开关柜等设备的运行状态数据集成到后台,使整个配电系统的管理实现数字化、可视化、智能化。数字化配电系统的配置主要分为三个部分。

（一）主控层

主控层设置在消防控制室,配置了数字化配电系统监控后台,管理主机安装于消防控制室内,用于远程监控各变配电室。同时支持数据上传至厂家数据中心,厂家可通过互联网进行远程监控和技术支持,从而实现变配电室的无人值守。

（二）通信层

通信层主要由无线4G模块、交换机、光纤收发器、通信管理机等组成。因各变配电室比较分散、距离较远,所以每个变配电室均配置一台通信柜,内置的国产通信管理机采用IEC60870-5-104等规约,通过光纤、光纤收发器、交换机连接至消防控制室监控主机。变配电室配置的微机保护器、程序化控制器、多功能电力仪表、智能温控仪、直流屏微机控制器等设备利用RS485接口和Modbus协议通过屏蔽双绞线接入通信管理机[1]。该数字化配电系统的通信状态如图1所示。

（三）现场终端层

1.高压开关柜为实现一键式程序化自动倒闸操作、减少人员误操作概率,10kV总配电室及分变配电室高压侧的高压开关柜配置了程序化控制器以及与开关柜配套的断路器手车电动执行机构、接地刀闸电动执行机构,同时配置微机保护器、智能温湿度监控器、多功能仪表等实现高压开关柜的遥测、遥信、遥控,达到远程全自动控制的目标；这些设备通过RS485接口按MODBUS通信协议接入[1]（表1）。根据供电方案由当地供电局提供计量装置,设计时预留足够的安装位置。2.直流屏采用免维护电池直流屏,通过采用RS485接口的微机控制器与通信管理机相连,接入数字化配电系统后台（表2）。3.低压开关柜结合医院需求,为控制预算,因低压开关柜回路较多,不配置与程序化操作配套的电动手车和电动地刀。低压进线柜及母联柜配置框架式断路器和多功能电力仪表实现遥测、遥信、遥控功能。其余普通低压出线开关柜因平时涉及较多的维修操作和回路调换而只配置多功能电力仪表以实现遥测、遥信功能。多功能仪表均配有RS485接口,通过Modbus通信协议与通信管理机相连（表3）。4.有源滤波器柜考虑到医院医疗设备和变频设备较多,每段低压出线母线上均并联配置有源滤波器,动态抑制多次及高次谐波,解决谐波污染、三相不平衡和无功补偿等问题,增强配电系统稳定性。柜上配置的PQF-Manager触摸显示屏具有ModbusRTU和ModbusTCP通信接口,可以通过ModbusRS485转换器连入通信管理机,实现远程访问。5.变压器每台变压器均配置带RS485接口的干式变压器智能温控仪,采用Modbus通信协议,实现的功能如表4所示。6.视频监控系统基于数字化配电系统监控后台设置一套视频监控系统,配置可伸缩调焦的广角高清一体化摄像机,通过对各分变配电室进行合理布局,可以全方位监控变配电室内的运行环境和配电设备运行情况。

三、数字化配电系统的安全运行

该项目中的数字化配电系统运行界面见图2。该系统对分散的三个配电室实现了基于统一平台的集中可视化管理,在主控电脑的监控界面上即可在线监视各配电室内开关柜的运行状态、通信状态、仪表信息、现场情况等,还可以进行程序化操作、操作票及报表输出、告警通知、历史数据及日志查询、图纸管理、设备管理、用户管理及能耗管理等,充分利用这些功能可以极大地提升配电系统的管理水平、降低能耗。实现程序化操作是该系统的核心功能。为确保程序化操作的安全,首先要对操作人员进行身份标识和鉴别,确保身份标识的唯一性。开关站远程或就地操作严格按操作票执行,操作人、监护人用“口令密码”验证身份,即操作人的程序化遥控操作必须在监护人审核后的监督下进行。授权验证通过后,在程序化控制器及系统软件预制好的各类操作任务的操作票库里选择操作类型（操作票根据配电系统实际情况编制并通过审核,在系统投入使用前对操作票进行现场调试和验证,通过验证后才能入库,入库后一般不轻易修改）,生成操作任务；然后进入模拟预演,通过系统内置的防误闭锁校验和独立智能防误模块对操作票的操作指令执行的全过程进行防误校核,并将校核结果反馈至主机；待模拟预演成功后,才能进入程序化操作指令执行阶段,执行时对每一步的控制指令同样通过系统内置的防误闭锁校验和独立智能防误模块进行防误校核,并将校验结果反馈至主机。所有的操作内容、操作人员信息及操作起始时间都被记录并存于历史库中,且只能查询,不能删除、修改,便于及时查明原因和责任认定[2]。操作票的所有操作都可由数字化平台实现遥控,与平时现场操作的逻辑是一致的,操作过程中严格执行配电室安全操作规程,自动按顺序执行,且程序化操作不影响原有的“五防”功能。数字化配电系统通过双人权限认证、模拟预演、双套防误校核机制、设备状态的双确认（如断路器状态采用位置遥信+遥测作为双确认条件,以位置遥信作为主要判断依据,三相电流或电压等遥测信号作为辅助判据）以及操作记录不可更改等多重安全机制,同时以视频监控系统联动验证现场设备的运行及操作情况,确保了程序化操作的安全性和可靠性,提高了配电系统的自动化水平,有效避免了人为误操作,使配电系统的运维更为便捷和安全。

四、数字化配电系统的创新及其应用的意义

（一）高压开关柜实现无人操作

引进某设备厂的PDR360P程序化控制器、与开关柜配套的电动操作执行机构,使高压开关柜的控制实现一键式程序化自动操作,即在数字化配电系统后台就可根据已审核、验证的操作票远程遥控单台高压开关柜在运行、热备用、冷备用、检修（维护接地）四种状态间自由切换,也可远程遥控多台高压开关柜的联动操作[1]。该系统的程序化操作严格遵照“五防”和标准化倒闸操作的逻辑要求,避免维护人员因操作逻辑混乱不清而发生人为误操作,同时减少了操作时间、提高了配电系统的安全性。

（二）配电室实现无人值守

变配电室采用了高清彩色视频摄像机,通过合理的布局既可以远程实时监视开关柜操作过程和运行状态,确保远程倒闸操作安全可靠,还可以全方位监视变配电室内的运行环境和人员进出情况,实现配电室的无人值守。同时,可以租用厂家的云存储服务器,随时随地查看实时监控,实现远程诊断和操作指导；也可在本地配备硬盘用于视频存储,将监控影像自动存储起来,方便维护人员查询事故、排查原因,还可作为事故溯源的有效证据。

（三）智能分析、决策

通过高低压开关柜内的各类传感器及监控设备采集内部运行状况信息并将其以数字化信号的形式传至消防控制室的数字化配电系统后台,后台对可能出现问题的元器件做出科学分析、预测和告警,并根据设备的产品特性、运行管理经验和历史数据制定对应的响应策略,实现预防性维护,从而降低停电风险,并保证配电系统的安全运行。

（四）支持多种终端

可以在本地Web端访问数字化配电系统,以网页浏览的方式监控变配电室整体运行情况,也能利用厂家提供的云服务平台让变配电室维护人员和后勤管理人员在任何地方通过互联网看到变配电室的实时运行数据；同时还可将告警信息与故障信息推送至移动终端App。

五、结束语

综上所述,数字化配电系统的应用既能很好地解决医院电工紧缺的问题,又能实现远程调度和指挥,提高了响应能力和工作效率,增强了后勤保障能力,起到了良好的减员增效的作用,促进医院后勤管理向更加主动的管理模式转变。未来医院可以标准化网络为基础,建立基于医院核心业务流的后勤运营平台,将现有的数字化配电系统和视频安防系统、信息系统、排队叫号系统、医护对讲系统、建筑设备监控系统以及消防报警系统等进行整合,将各个子系统集成到一个统一平台,实现对院内各子系统的整体管理,使整个医院的资源得以共享和优化。同时要加快后勤专业技术人才的培养,以适应现代医院后勤专业化、数字化管理的需要,推动绿色医院、智慧医院的建设,全面促进医疗事业的健康发展[3-4]。

作者：葛煜泉