1、天津医院医疗综合楼的电气设计特点浅析摘要 本文从供电系统、谐波治理、电气安全等方面,简要介绍了天津医院改扩建工程医疗综合楼电气设计中的一些特点。 关键词供电系统 谐波治理 电气安全 35kV IT 系统 中图分类号： F407 文献标识码： A 工程概况 本工程总建筑面积共 160000m2，其中：地上:126200 m2 ,地下：33800 m2；因场地条件限制，工程分为一阶段和二阶段两部分施工；一阶段为医疗综合楼，二阶段为急诊急救中心楼。建筑高度为 99.7m；其中一阶段地下两层，地上为双塔形式分别为 12 层和 23 层，地上裙房部分为 4 层；二阶段地下两层，地上 4 层；建筑防火设计
2、的分类为一类高层建筑； 结构和基础形式为框架剪力墙结构形式，采用现浇的桩阀基础；工程性质为医疗综合楼及急诊急救中心；病床总数：1400 床；ICU 床位数： 50 床；手术室间数：33 间。 强电工程设计中的特点 供电系统： 依据当地的电力规划及供电管理部门对本工程用电申请的批复，从市政 110/35kV 降压站引入两路 35kV 电源。两路电源均能承担医院 100%的用电负荷。采用金属铠装电缆埋地引入本工程电缆分界室。 自备应急电源：在地下一层设置一台 1500kW 柴油发电机组作为自备应急电源，当失去市电时，15s 内自动启动柴油发电机为一级负荷中特别重要负荷和其它重要保障负荷提供应急电源
3、。为限制发电机容量，应急段不带洁净空调负荷。 UPS 电站：设备层内设置本工程的 UPS 应急电源，采用集中式 UPS 电站，且配置持续供电时间为 30min 的蓄电池组为手术室、ICU、急诊急救、介入治疗等供电。 火灾自动报警及联动控制设备、安防及楼宇监控系统、信息网络中心等计算机设备、部分病理科及检验科的重要设备采用成套提供 UPS 设备。 高压供电电源为 35kV；低压动力设备及照明电压为 220/380V。 本工程 35kV 配变电所设在地下一层，建筑面积为 1250m2，其中：控制室约 60m2；35kV 开关室约 260m2；0.4kV 开关室约为 620m2；柴油发电机房约为10
4、0m2。层高为 5.4m， 梁下净高为 4.6m。经与当地供电部门协商，高低压电缆均上进上出。设值班室面积约 42m2。上图即为配变电所区域电气布置示意图。本项目中配电所区域内的配电、高低 压系统等设计均是与天津津电供电设计所有限公司合作完成。特别需要注意的是，在 35kV 系统中，由于相应电气设备由于电气绝缘等要求更加严苛等原因，导致了相应的 电气设备尺寸相对于 10kV 系统有了一定的增加，如 35kV 开关柜参考尺寸为：1400 mm（宽）x2800mm（深）x2600mm（高）35kV 变压器参考尺寸为：3300 mm（宽）x2100mm（深）x2950mm（高）因此相比于 10kV
5、的配变电所，35kV 配变电所整体的面积需求会更大,对于层高的要求 也会更高；此外还需要单独的设置一间控制室，35kV 系统的二次回路控制和操作均在此房间内进行。本工程中 35kV 开关柜还专门设置了一个 35kV 开关室，与 0.4kV 开关柜分开放置,实现了高低压系统的分隔。 本地区 35kV 为中性点不接地系统。 总配变电所设 4*2500+2*2000kVA 变压器： 35kV/0.4kV 变压器选用环氧树脂浇注干式变压器，设强制风冷系统，接线组为 Dyn11, 保护罩由厂家配套供应，防护等级不低于 IP30。 首先，设置 2 组 2500kVA 变压器专为空调季节的制冷机组供电。共设
6、两个低压段， 每个变压器带一段母线，形成单母线分段系统，联络开关采用手动投切控制，冬季时 可以切除这两台或其中一台变压器，达到节能目的。 （b）其次，设置 2 组 2000kVA 变压器为四管制集中制冷机组、生活水泵、热力站、洁净空调、电梯、空压机、真空泵、制氧机等动力类负荷供电。共设置三段低压母线且互相联络，母联开关采用备用自投（BZT） ，通过转换开关来选择控制方式。两个变压器各为一段低压母线供电，另一段为应急母线段，其电源平时经联络开关引自这两台变压器，失去市电时经过自动切换开关接到柴油发电机组。 （c）最后，设置 2 组 2500kVA 变压器为其它照明配电负荷供电，主要是大楼的医疗
7、类配电和照明负荷。也设三段母线，组成控制方式同上 2*2000kVA变压器系统。 2.谐波治理 随着社会的不断进步，现代选用的用电方式及设备相较于传统的用电方式及设备也发生了比较大的变化。现代负荷大多属于非线性负荷，典型的就是整流电路，而整流电路几乎应用在所有的电力电子设备中，主要的谐波产生源包括：变频器、节能灯、UPS 类设备、计算机等设备等。谐波会导致一系列危害，如：使电力元件附加损耗加大，易引发火灾；影响电气设备的正常运行；引起电网谐振；使继电保护误动作，电气测量误差过大；使工控系统崩溃。 特别是在医疗建筑中，随着近年来医疗技术的不断提高，医院中不断引入令入了各种先进的医疗设备，如：核磁
8、共振（MRI） 、电子计算机X 射线断层扫描（CT） 、直线加速器等。这些先进的医疗设备里面都有大量的高灵敏高精度的电子元器件，如果在精密的检查仪器的使用过程中有高次谐波的存在，轻则出现数据差错、图像模糊、信息丢失，使正常的检查工作无法顺利进行，重则会导致设备的损坏等严重的后果。有些检测人体生物电信号的仪器设备、如心电图机、脑电图机、心电监护仪等直接接触人体的仪器设备，由于信号非常微弱，如果受到干扰，就会在检测结果上叠加上畸变的波形，导致误诊的发生，同时还有可能引起微电击，严重时会有生命危险。所以医院内的各种先进的电子设备在使用的时候，更应该采取谐波保护措施，来保证人身安全及设备的正常使用。
9、本工程在首先在配电母线上集中设置了无功补偿装置，要求补偿后的功率因数不低于 0.95。低压补偿电容器设过电压保护装置，电容器配电抗器过滤谐波。共设置了 12 面 250kvar 和 4 面 300kvar 的电容器柜，总的无功补偿容量为 4200kvar,约占总变压器安装容量的 30%。 在用户侧，我们对于精密的大型医疗设备，在其设备配电箱内添加了相应的谐波保护器。谐波保护器可以吸收一定频率一定能量的谐波干扰，并随时跟踪电源波形，瞬时滤除电源中的谐波和尖峰杂波，应用频段为 2KHZ-10MHZ。从而可以实现在谐波环境下保护精密仪器，使各种大型医技设备可以正常工作，输出的波形或图像可以尽量的准确
10、可靠，这对医院来讲是十分必要的。 下图即为本工程中谐波保护器的应用实例。 3.电气安全 在医院的特殊环境里，由于各种电气电子设备的大量使用，病人和医生均处在电气设备漏电电击的风险下。为了避免这种情况的发生，我们需要特别注意医院设计中的电气安全设计。 在本工程中： 对于带电设备直接接触的防护：采用设备带电部分加以绝缘或采用栅栏或采用顶部及水平面防护等级不小于 IP4X 的护罩将带电体与外界隔离等措施。 带电设备间接接触的防护： 通过自动切断电源的保护 对于医院项目，我们配电系统一般采用 TN-S 系统，因为如果采用TN-C 系统的话，可能会导致干扰和电气火灾的发生，这对于整个医院的使用和运行安全
11、都是极为不利的。 （a）在 TN-S 系统中自动保护装置需要在规定的时间内自动跳闸。具体的要求如下： 电压 U(相-地)（V） 终端线路 t（s） 配电线路 t(s) 1200.4 5 2300.2 5 4000.065 （b）选择剩余电流动作保护器（RCD） 。 IEC60346-7 中按照医疗场所的用途进行如下分类 0 类场所：未使用接触部件的医疗场所。 1 类场所：采用接触部件的医疗场所。 2 类场所：医疗场所接触部件用于诸如心内诊疗术、手术室以及断电（故障）将危及生命的重要治疗的医疗场所。 在 1、2 类医疗场所的 TN 系统中，通常采用 AC 型剩余电流动作保护器。 在 2 类场所中
12、（包括照明系统回路、插座电源回路、患者区域内的设备外设插口）依据泄漏电流的类型，采用 A 型 RCD（对脉动直流泄漏电流敏感） ，或采用 B 型 RCD（对脉动直流泄漏电流和平滑直流泄漏电流敏感） 。 辅助等电位联结 本工程采用总等电位联结，将建筑物内的保护干线、设备干管、建筑物及构筑物等的金属构件就近与总等电位端子板进行可靠连接。手术室、ICU、重要的机房、控制站房作局部等电位联结；淋浴室、病房卫生间作局部等电位联结。另外，医用的每个房间内必须配备其特有的等电位联结母排，并且应使辅助等电位导体和保护接地与该母排连接尽可能靠近，一旦发生间接接触，会使所有导电部分和外露导电部件呈现几乎相等的瞬态
13、电势（设备与患者之间没有明显的电势差） 。 医疗 IT 系统 医疗 IT 系统具有以下优越性： 可以降低触电电压和电网对地漏电流，人身触电危险被降到最小程度。 采用了隔离变压器后，可以防止接地系统内的漏电流窜入某些与病人连接的医疗电气设备的对地回路 供电系统内部一旦出现第一个对地漏电故障，不会导致断路器或熔断器动作，因而保证了电源供电的可靠性。 降低了对地漏电流，从而提高了防火安全性。 我们要求在 2 类医疗场所内，用于维持生命、外科手术和其他位于“患者区域”内的医用电气设备和系统的供电回路，均应采用医疗 IT 系统。本工程中手术室、ICU 采用医用 IT 不接地系统。 根据 GB16895.
14、24-2005 和 IEC60364-7-710 标准，医疗 IT 电源系统应由绝缘检测仪、隔离变压器、变压器负载和温度监视设备、外接报警显示设备组成。 在 2 类场所中下列设备应使用隔离电源供电（未完全列举）：呼吸器、恒温培养箱、透析设备、麻醉设备、病人监护设备、高频外科设备、输液泵、注射泵、心肺机、心力记录器、脉压机、心律电子脉冲调节器等。 采用 II 类绝缘设备 医疗电气设备，采用 II 类绝缘，须表示“双重绝缘”的符号。对于这些设备，如果安装在普通场所或者 1 类医疗场所，无需接地；如果在2 类医疗场所使用，必须连接到等电位联结母排上） 。 直接接触保护和间接接触保护（SELV 和 P
15、ELV 系统） 直接接触和间接接触相结合的保护是确保非常低的安全电压，此电压是由 SELV（安全特低电压）和 PELV（保护特低电压）系统供电，提供额定电压不高于 25V（交流）和 60V（非逆变直流） 。SELV 和 PELV 电源必须由一个安全变压器或电池提供。SELV 和 PELV 系统较少被使用，除了为专用设备，如无影灯或输液泵等供电。 结束语 天津医院改扩建工程作为一个完整综合性医院，包含了急诊部、门诊部、住院部、医技科室、行政管理和院内生活用房等各种功能区域，笔者参与了本工程的部分设计工作和全部的后期配合工作，现本工程已基本投入使用。本文对该工程的电气设计特点进行了部分总结，希望与同行们进行交流和分享。 参考文献： 1.中华人民共和国卫生部 主编、医院洁净手术部建筑技术规范（GB50333-2002） 、北京：中国计划出版社，2002 2中国建筑东北设计研究院主编民用建筑电气设计规范（JGJ 16-2008） 、北京：中国建筑工业出版社，2008 作者简介：陈曦，华南理工大学电力学院电气工程及其自动化专业毕业，2009 年 7 月至今，一直在中国中元国际工程有限公司医疗院工作，助理电气工程师。
