金華人民醫(yī)院新病房大樓UPS供電保障系統(tǒng)項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)

1、摘要：隨著中國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，中國的醫(yī)療系統(tǒng)水平也快速上升，各級醫(yī)院都在不斷的完善其軟硬件建設(shè)水平。醫(yī)療系統(tǒng)信息化、精密化已經(jīng)成為一個共識。所以，UPS等高可靠供電保障系統(tǒng)也逐步應(yīng)用到醫(yī)院機(jī)房及重要醫(yī)療系統(tǒng)的供電。本文藉由對金華人民醫(yī)院新病房大樓UPS供電保障系統(tǒng)案例，討論醫(yī)療系統(tǒng)中UPS設(shè)計(jì)所需遵循的標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)、選型的原則要素。關(guān)鍵詞：醫(yī)療系統(tǒng) 供電保障系統(tǒng) 信息化 UPS HIFT NT1 前言金華市人民醫(yī)院為了改善住院條件，目前，醫(yī)院投入資金3千多萬元，新建了一幢15層高的病房大樓。該大樓，內(nèi)部設(shè)施先進(jìn)、功能齊全，已經(jīng)投入使用。為提高整個醫(yī)院的醫(yī)療服務(wù)水平及信息化程度，新大樓設(shè)計(jì)了統(tǒng)一的

2、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)中心，中心設(shè)置專門的UPS機(jī)房，包括機(jī)房專用UPS及醫(yī)療系統(tǒng)支撐UPS。根據(jù)負(fù)載功率初步統(tǒng)計(jì)情況，UPS按如下功率需求進(jìn)行配置：機(jī)房配置模塊化120kVA UPS 1臺，后備時間1h；大樓ICU、呼吸機(jī)、手術(shù)室等系統(tǒng)，配置260kVA以上UPS 1臺，后備時間4h；要求UPS具有：高可靠性、高可用性、環(huán)保節(jié)能。根據(jù)GB/T 16895.24-2005 建筑物電氣裝置第7-710部分：特殊裝置或場所的要求醫(yī)療場所標(biāo)準(zhǔn)要求，手術(shù)室、ICU、呼吸系統(tǒng)等屬于2類醫(yī)療場所，要求主電源與備用電源之間切換時間0.5S。一般的雙市電切換及備用柴油機(jī)啟動時間均無法滿足要求，且目前各系統(tǒng)均多數(shù)采用微機(jī)數(shù)

3、字化控制。因此，上述系統(tǒng)一般建議配置UPS不間斷電源系統(tǒng)，以保證為該場所內(nèi)的醫(yī)療電器設(shè)備提供一個安全、可靠的電源，以確保病人的安全、提高醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量。醫(yī)療場所安全設(shè)施的分級見附錄1，醫(yī)療場所安全設(shè)施的類別和級別劃分示例見附錄2。2 整體方案總述2.1 數(shù)據(jù)機(jī)房UPS選型大樓數(shù)據(jù)中心采用臺達(dá)HIFT 120kVA UPS。配置1臺UPS輸入柜、1臺UPS輸出柜。輸入輸出各預(yù)留一套開關(guān)，作今后UPS擴(kuò)容至第二機(jī)架使用。根據(jù)建筑物電氣裝置第7-710部分：特殊裝置或場所的要求醫(yī)療場所規(guī)定要求，在UPS輸出同時配置一個輸出隔離變壓器。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1 數(shù)據(jù)機(jī)房UPS供電原理圖HIFT系列UPS

4、采用模塊化設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)極具彈性，可實(shí)現(xiàn)N+1、N+2、N+3、N+4、N+5的模塊N+X 冗余，供電系統(tǒng)擁有最高的可靠性。同時，客戶還可通過定購額外的模塊，來增加HIFT的備用冗余能力。HIFT UPS具有隨需擴(kuò)容的性能優(yōu)勢，可以按照現(xiàn)在的負(fù)載進(jìn)行配置,當(dāng)機(jī)房負(fù)載擴(kuò)容時,直接熱插入模塊,擴(kuò)容靈活、方便，以20kVA一個模塊為單位，最大可擴(kuò)充至480kVA的冗余供電系統(tǒng)。本次根據(jù)現(xiàn)場負(fù)載需求，臺達(dá)提供一種更經(jīng)濟(jì)的HIFT UPS供電系統(tǒng)冗余配置方案，采用HIFT 120kVA UPS 1臺，由6個20kVA模塊組成總功率120kVA，模塊5+1并聯(lián)冗余系統(tǒng)。輸出側(cè)采用TN-S配電系統(tǒng)，確保供電系統(tǒng)

5、更安全可靠、提供更佳的保護(hù)效果。2.2 醫(yī)療系統(tǒng)用UPS選型大樓內(nèi)醫(yī)療系統(tǒng)采用臺達(dá)GES-NT系列大型工業(yè)級UPS，UPS輸入、輸出各配置一臺配電屏，屏內(nèi)預(yù)留未來擴(kuò)容空間。UPS自帶輸出隔離變壓器，滿足建筑物電氣裝置第7-710部分：特殊裝置或場所的要求醫(yī)療場所規(guī)定。UPS輸出屏根據(jù)輸出各樓層用點(diǎn)需要，設(shè)置配電回路，為呼吸機(jī)系統(tǒng)、ICU、手術(shù)室及各樓層護(hù)士站等提供供電回路。系統(tǒng)建議配置結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖2醫(yī)療系統(tǒng)UPS供電原理圖NT系列 UPS是專為大型用戶所設(shè)計(jì)，其主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)楦鞣N數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、電信系統(tǒng)、衛(wèi)星系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、醫(yī)療設(shè)備、安全緊急逃生設(shè)備、監(jiān)控保全系統(tǒng)、各種工廠設(shè)備。NT系列U

6、PS，采用先進(jìn)的IGBT高頻切換正弦脈寬調(diào)變技術(shù)設(shè)計(jì)，使UPS供電質(zhì)量好、效率高、熱損耗小、噪音低、體積小及壽命長，同時采用模塊化設(shè)計(jì)可降低平均修護(hù)時間(MTTR)，使維護(hù)工作更簡便，藉由微處理器的數(shù)字化設(shè)計(jì)，簡化復(fù)雜的模擬線路及大量減少零件數(shù)目，使系統(tǒng)更為安全可靠。人性化設(shè)計(jì)使NT-系列UPS為使用者提供了可用性強(qiáng)的高質(zhì)量電力，為廣大信息用戶的最理想守護(hù)神。2.3 電池容量計(jì)算電池容量計(jì)算，參考行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) YD/T5040-2005 通信電源設(shè)備安裝工程設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行。計(jì)算公式為：Q= （1）式中 : Q蓄電池容量（Ah）；K安全系數(shù)，取1.25；I負(fù)載電流（A）；T電池放電小時數(shù) （h）；放電

7、容量系數(shù)；t實(shí)際電池放電所在地最低溫度數(shù)值，所在地有采暖設(shè)備時，按15考慮，無采暖設(shè)備時，按5考慮；電池溫度系數(shù)（1/），當(dāng)放電小時率10h，取=0.006；當(dāng)1放電小時率10h，取=0.008；當(dāng)放電小率1h，取=0.01 。表1 鉛酸蓄電池放電電容量系數(shù)（）表UPS電池的總?cè)萘?，?yīng)按UPS容量，采用公式（2）估算出蓄電池的計(jì)算放電電流I，再根據(jù)公式（1）算出蓄電池的容量。 （2）式中: S UPS額定容量 （KVA）；I 蓄電池的計(jì)算放電電流 （A）； 逆變器的效率；U蓄電池放電時逆變器的輸入電壓（V）（蓄電池單體電壓1.85時）。各系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果列于表2。表2 各系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果內(nèi)容備注機(jī)房系

8、統(tǒng)醫(yī)療系統(tǒng)1小時段計(jì)算S1總負(fù)荷（VA）逆變器的效率，為0.950.950.95VCELL電池單體放電電壓1.851.85U逆變器輸入電壓444321.9I1I1=(S10.8/(U)227.6654.0KK=1.251.251.25T1放電小時數(shù)=1小時14放電容量系數(shù)0.550.79電池溫度系數(shù)，取0.0080.0080.008t環(huán)境最低溫度，取202020QQ=KT1I1/(1+(t-25)4973980電池配置12V/120Ah4組2V 2000Ah2組3 項(xiàng)目UPS功能特性介紹3.1 HIFT系列UPS特性3.1.1 模塊熱插拔技術(shù)單個模塊均可在線并入和退出，無須轉(zhuǎn)旁路操作，大大提升

9、了故障維護(hù)和未來擴(kuò)容的方便性。圖3 DELTA HIFT UPS傳統(tǒng)UPS在故障時轉(zhuǎn)到旁路，用戶一般不敢拆開機(jī)器，只能打電話給廠家尋求服務(wù)支持。在服務(wù)人員趕赴現(xiàn)場的時間里，旁路電已經(jīng)工作，市電沒有經(jīng)過凈化處理，直接供給負(fù)載，如此時停電，將負(fù)載中斷，將會造成不可估量的損失。HIFT采用熱插拔技術(shù)后，大大降低了維護(hù)時間，以及維護(hù)人員的技術(shù)要求，一般培訓(xùn)半天，用戶即可自行更換模塊，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可用性。3.1.2 IGBT整流技術(shù)采用的專利IGBT整流技術(shù)，使HIFT具有優(yōu)異的輸入特性，可為綠色產(chǎn)品的典范，輸入功率因數(shù)0.99,輸入電流諧波失真3% ，是業(yè)界最高指標(biāo)。該指標(biāo)可以使用戶的輸入電纜、空

10、開、無功補(bǔ)償柜、發(fā)電機(jī)的容量降低，降低了用戶整個系統(tǒng)的安裝材料成本。一般6脈沖的UPS 需要按配比配置發(fā)電機(jī)的容量，按照經(jīng)驗(yàn)發(fā)電機(jī)容量需要比UPS大（2.53）倍之間才能正常工作。HIFT 只需要（1.11.3）倍即可.3.1.3 模塊最高功率密度比20kVA模塊僅為3U高度.目前數(shù)據(jù)機(jī)房都在提倡空間利用率的情況下，功率密度比高的將是用戶理想的選擇，功率密度比高，也體現(xiàn)模塊本身的功耗小，散熱小才能安裝在緊湊的空間里.一個機(jī)柜里可裝6個模塊，120kVA的尺寸僅520*910*1650mm 。3.1.4內(nèi)置同步控制技術(shù)目前，根據(jù)國際TIA-942標(biāo)準(zhǔn)的最高可用性第IV等級方案里,需要采用LBS同

11、步控制,實(shí)現(xiàn)雙母線方案。目前市場上大多數(shù)都采用外置LBS ,以及多增加多股控制線纜, 增加了故障點(diǎn)和額外的選配件投資。我們采用內(nèi)置同步控制技術(shù),減少了故障點(diǎn),提升了系統(tǒng)可靠性,同時滿足了用戶的需求有節(jié)約了成本.3.1.5 機(jī)架并機(jī)技術(shù)模塊化UPS可靠度已經(jīng)非常高,為了使各部分都能實(shí)現(xiàn)模塊化，不僅模塊冗余,還可以實(shí)現(xiàn)機(jī)架和線纜的冗余,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的真正模塊化，同時也可實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)達(dá)480kVA的容量需求.3.2 NT系列UPS特性介紹3.2.1直接并機(jī)技術(shù)臺達(dá)NT系列UPS以高速的微處理器為基礎(chǔ)的數(shù)字化設(shè)計(jì)，各臺UPS能夠精確快速的返饋逆變補(bǔ)償電流與電壓的參數(shù)，同時經(jīng)由通訊線對負(fù)載的功率取樣返饋逆變

12、補(bǔ)償電流的參數(shù)，使各UPS之間的電壓保持穩(wěn)定一致，環(huán)流也可以大幅度的降低，可同時并接8臺同型UPS運(yùn)行。3.2.2支持并機(jī)共用電池組功能臺達(dá)NT系列UPS，采用獨(dú)特的并機(jī)同步整流技術(shù)，實(shí)時監(jiān)測并機(jī)系統(tǒng)中各UPS直流母線電流大小，使得各UPS直流母線均流，達(dá)到系統(tǒng)共用同一套電池的功能。從而實(shí)現(xiàn)并機(jī)時，UPS冗余，而電池?zé)o需冗余，當(dāng)某一UPS故障退出系統(tǒng)后，整套電池仍能對UPS系統(tǒng)供電，避免電池重復(fù)投資，減少電池占地空間要求。3.2.4在線修改運(yùn)行參數(shù)管理者也可以經(jīng)由UPS的控制面板依實(shí)際需要設(shè)定相應(yīng)的管理參數(shù)(如輸入/輸出電壓、頻率范圍，充電電壓、電流，密碼設(shè)定.等)。3.2.5智能風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制

13、多段式冷卻風(fēng)扇速度控制，改善系統(tǒng)可靠度、效率、噪音及提高風(fēng)扇使用壽命。4 總結(jié)秉承臺達(dá)產(chǎn)品優(yōu)異的品質(zhì)，良好的市場口碑，以及專業(yè)售前技術(shù)支援，周密的方案論證和設(shè)計(jì)，使得其產(chǎn)品方案獲得了客戶首肯，順利中標(biāo)該項(xiàng)目。為金華人民醫(yī)院今后的信息化發(fā)展建設(shè)獻(xiàn)上一股穩(wěn)固的推進(jìn)力。附錄1 醫(yī)療場所安全設(shè)施的分級（摘自GB/T 16895.24-2005附錄A）2 醫(yī)療場所安全設(shè)施的類別和級別劃分示例（摘自GB/T 16895.24-2005附錄B）3 配置清單序號設(shè)備材料名稱型號規(guī)格參考品牌產(chǎn)地單位數(shù)量數(shù)據(jù)中心 UPS系統(tǒng)1臺達(dá) 模塊UPS主機(jī)（120kVA）主機(jī)（不含20kVA電源模塊）臺達(dá)中國套12臺達(dá) UPS電源模塊（20kVA）電源模塊臺達(dá)中國套123HOPPDCKE蓄電池12V-120AhHOPPDCKE中國節(jié)1604電池柜DP48臺達(dá)中國只45UPS輸入柜XL-21臺達(dá)中國臺16UPS輸出柜XL-21臺達(dá)中國臺17UPS