金華人民醫(yī)院UPS供電保障方案

　　摘要：隨著中國經(jīng)濟的飛速發(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)計所需遵循的標準、設(shè)計、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UPSHIFTNT
　　
　　1、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*、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)計了統(tǒng)一的計算機數(shù)據(jù)中心，中心設(shè)置專門的UPS機房，包括機房UPS及醫(yī)療系統(tǒng)支撐UPS。
　　
　　根據(jù)負載功率初步統(tǒng)計情況，UPS按如下功率需求進行配置：機房配置模塊化120kVAUPS1臺，后備時間1h；大樓ICU、*、手術(shù)室等系統(tǒng)，配置260kVA以上UPS1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/T16895.24-2005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》標準要求，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)采用微機數(shù)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)機房UPS選型
　　
　　大樓數(shù)據(jù)中心采用臺達HIFT120kVAUPS。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擴容至第二機架使用。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。　　　　
　　HIFT系列UPS采用模塊化設(shè)計的結(jié)構(gòu)彈性，可實現(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zui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。HIFTUPS具有隨需擴容的性能優(yōu)勢，可以按照現(xiàn)在的負載進行配置,當機房負載擴容時,直接熱插入模塊,擴容靈活、方便，以20kVA一個模塊為單位，zui大可擴充至480kVA的冗余供電系統(tǒng)。
　　
　　本次根據(jù)現(xiàn)場負載需求，臺達提供一種更經(jīng)濟的HIFTUPS供電系統(tǒng)冗余配置方案，采用HIFT120kVAUPS1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)更安全可靠、提供更佳的保護效果。
　　
　　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)輸出各樓層用點需要，設(shè)置配電回路，為*系統(tǒng)、ICU、手術(shù)室及各樓層護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。　　　　
　　NT系列UPS是專為大型用戶所設(shè)計，其主要應(yīng)用領(lǐng)域為各種數(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UPS，采用*的IGBT高頻切換正弦脈寬調(diào)變技術(shù)設(shè)計，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)計可降低平均修護時間（MTTR），使維護工作更簡便，藉由微處理器的數(shù)字化設(shè)計，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)計使NT-系列UPS為使用者提供了可用性強的高質(zhì)量電力，為廣大信息用戶的守護神。
　　
　　2.3電池容量計算
　　
　　電池容量計算，參考行業(yè)標準《YD/T5040-2005通信電源設(shè)備安裝工程設(shè)計規(guī)范》進行。計算公式為　　
　　式中:Q——蓄電池容量（Ah）；
　　
　　K——安全系數(shù)，取1.25；
　　
　　I——負載電流（A）；
　　
　　T——電池放電小時數(shù)（h）；
　　
　　η——放電容量系數(shù)；
　　
　　t——實際電池放電所在地zui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；
　　
　　&Alpha;——電池溫度系數(shù)（1/℃），當放電小時率≥10h，取α=0.006；當1≤放電小時率<10h，取α=0.008；當放電小率<1h，取α=0.01。
　　　　
　　UPS電池的總?cè)萘?，?yīng)按UPS容量，采用公式（2）估算出蓄電池的計算放電電流I，再根據(jù)公式（1）算出蓄電池的容量。
　　
　　式中:S——UPS額定容量（KVA）；
　　
　　I——蓄電池的計算放電電流（A）；
　　
　　μ——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)計算結(jié)果列于表2。
　　

內(nèi) 容		備 注	機房系統(tǒng)	醫(yī)療系統(tǒng)
1小時段計算	S1	總負荷（VA）	120000	250000
	μ	逆變器的效率，為0.95	0.95	0.95
	VCELL	電池單體放電電壓	1.85	1.85
	U	逆變器輸入電壓	444	321.9
	I1	I1=（S1×0.8/（μ×U）	227.6	654.0
	K	K=1.25	1.25	1.25
	T1	放電小時數(shù)=1小時	1	4
	η	放電容量系數(shù)	0.55	0.79
	α	電池溫度系數(shù)，取0.008	0.008	0.008
	t	環(huán)境zui低溫度，取20℃	20	20
	Q	Q=KT1I1/（η×（1+α×（t-25）））	497	3980
電池配置			12V/120Ah×4組	2V 2000Ah×2組

　　
　　3、項目UPS功能特性介紹
　　
　　3.1HIFT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，大大提升了故障維護和未來擴容的方便性。　　　　
　　傳統(tǒng)UPS在故障時轉(zhuǎn)到旁路，用戶一般不敢拆開機器，只能打給廠家尋求服務(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，直接供給負載，如此時停電，將負載中斷，將會造成不可估量的損失。HIFT采用熱插拔技術(shù)后，大大降低了維護時間，以及維護人員的技術(shù)要求，一般培訓半天，用戶即可自行更換模塊，提高了系統(tǒng)運行的可用性。
　　
　　3.1.2IGBT整流技術(shù)
　　
　　采用的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*，輸入功率因數(shù)≥0.99,輸入電流諧波失真<3%，是業(yè)界zui高指標。該指標可以使用戶的輸入電纜、空開、無功補償柜、發(fā)電機的容量降低，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)電機的容量，按照經(jīng)驗發(fā)電機容量需要比UPS大（2.5∽3）倍之間才能正常工作。HIFT只需要（1.1∽1.3）倍即可.
　　
　　3.1.3模塊zui高功率密度比
　　
　　20kVA模塊僅為3U高度.目前數(shù)據(jù)機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)TIA-942標準的zui高可用性第IV等級方案里,需要采用LBS同步控制,實現(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,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機架并機技術(shù)
　　
　　模塊化UPS可靠度已經(jīng)非常高,為了使各部分都能實現(xiàn)模塊化，不僅模塊冗余,還可以實現(xiàn)機架和線纜的冗余,實現(xiàn)系統(tǒng)的真正模塊化，同時也可實現(xiàn)整個系統(tǒng)達480kVA的容量需求.
　　
　　3.2NT系列UPS特性介紹
　　
　　3.2.1直接并機技術(shù)
　　
　　臺達NT系列UPS以高速的微處理器為基礎(chǔ)的數(shù)字化設(shè)計，各臺UPS能夠快速的返饋逆變補償電流與電壓的參數(shù)，同時經(jīng)由通訊線對負載的功率取樣返饋逆變補償電流的參數(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運行。
　　
　　3.2.2支持并機共用電池組功能
　　
　　臺達NT系列UPS，采用*的并機同步整流技術(shù)，實時監(jiān)測并機系統(tǒng)中各UPS直流母線電流大小，使得各UPS直流母線均流，達到系統(tǒng)共用同一套電池的功能。從而實現(xiàn)并機時，UPS冗余，而電池無需冗余，當某一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在線修改運行參數(shù)
　　
　　管理者也可以經(jīng)由UPS的控制面板依實際需要設(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智能風扇轉(zhuǎn)速控制
　　
　　多段式冷卻風扇速度控制，改善系統(tǒng)可靠度、效率、噪音及提高風扇使用壽命。
　　
　　4、總結(jié)
　　
　　秉承臺達產(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，使得其產(chǎn)品方案獲得了客戶首肯，順利中標該項目。為金華人民醫(yī)院今后的信息化發(fā)展建設(shè)獻上一股穩(wěn)固的推進力。