安科瑞電能管理系統(tǒng)在杭州市西溪醫(yī)院項目中的應用

安科瑞 華楠

摘要：本文以杭州市西溪院為實例，介紹大型綜合醫(yī)院醫(yī)療工作對后勤供電保障要求的特殊性和重要性，應用計算機實時監(jiān)控技術，實現(xiàn)對醫(yī)院供電系統(tǒng)的實時監(jiān)控，大大提高了供配電系統(tǒng)運行可靠性和管理的科學合理性。

關鍵詞：醫(yī)院供配電；計算機實時監(jiān)控；電能管理軟件。

項目概況

杭州市西溪醫(yī)院（杭州市第十人民醫(yī)院）新建工程位于西湖區(qū)留下水泥廠地塊，東臨繞城公路，南臨上埠河，西北靠荊山；項目規(guī)模為總床位500張，建設用地89681M2,總建筑面積68515M2,其中醫(yī)療綜合樓地上12層，建筑面積39934M2，行政后勤綜合樓地上6層，建筑面積11066M2，傳染病房樓地上8層，建筑面積16296M2，為三類甲等綜合性醫(yī)院。

本項目后臺系統(tǒng)監(jiān)控范圍包含三個樓：傳染病房樓配、行政后勤樓配、醫(yī)療綜合樓配；其中行政后勤樓配包含2個配電室：全院總配電室（包含高壓部分）和中央空調(diào)分配（冷凍機房在此配內(nèi)）；

初步方案設想

隨著醫(yī)療電子電器技術的飛速發(fā)展，現(xiàn)代醫(yī)療開始更多的依賴于電氣和電子設備。這些先進設備對于醫(yī)院的用電環(huán)境要求越來越高，過去的配電設計遠不能滿足人們對安全保障的要求。尤其是手術室等一些重要場所存在大量設備觸及人體內(nèi)臟和大腦等器官，如發(fā)生供電中斷等電氣故障，很可能會危及到人身生命安全。因此，正確規(guī)劃醫(yī)院各種設備和照明用電，科學合理地設計供配電路線與方案，對確保連續(xù)、安全可靠供電，防止停電故障帶來的危害有著非常重要的意義和作用。因此本智能變配電系統(tǒng)在以下各方面達到預定的目標：

1） 在現(xiàn)有的基礎條件上，加裝變配電監(jiān)控系統(tǒng)；

2） 掌握變電所電力設備運行情況；

3） 系統(tǒng)內(nèi)部能夠實現(xiàn)統(tǒng)一的監(jiān)控平臺，能夠得到系統(tǒng)內(nèi)部全部參數(shù)的實時數(shù)據(jù)；對整個供配電系統(tǒng)的智能化管理，能夠對供配電系統(tǒng)中所有電氣設備的運行狀態(tài)進行安全、可靠、準確地實時監(jiān)視、控制，實現(xiàn)系統(tǒng)故障、異常實時報警并具有故障追憶功能。

4） 對電能管理系統(tǒng)中各種狀態(tài)監(jiān)測、歷史數(shù)據(jù)生成報表，系統(tǒng)可以設計和管理多種報表樣式，實現(xiàn)日、周、月、年負荷報表管理；

5） 能夠加強用電負荷控制和電能成本統(tǒng)計分析、匯總。

6） 實現(xiàn)單位能耗對比、重要負荷對比、同類負荷用電能耗對比，以圖表、棒圖、曲線圖進行分析，并體現(xiàn)，實現(xiàn)可視化管理；

7）可對各部門制定相應的能耗指標，提高公共的節(jié)能意識；

8）提高電能統(tǒng)計數(shù)據(jù)的精度與實時性；

9）實現(xiàn)對電能能耗指標的評估和電能消耗結構分析及電能消耗成本分攤；

10）能夠準確、及時地進行事件順序記錄、各種圖表的匯總、分類、輸送或上報，并具有打印、存盤和光盤刻錄存儲功能。

11）使設備優(yōu)化運行，降低維護成本；

12）有效控制電能消耗成本；

13）提高電氣系統(tǒng)運行管理效率；

14）數(shù)據(jù)記錄和故障數(shù)據(jù)記錄；

15）實現(xiàn)數(shù)據(jù)Web瀏覽功能，醫(yī)院各級領導在一定權限下，在網(wǎng)絡上能夠查看醫(yī)院用能情況；

16）提高配電系統(tǒng)運行管理效率，大幅提升管理水平；

17）為企業(yè)發(fā)現(xiàn)有節(jié)能機會提供了可能；

18）可實現(xiàn)信息的擴展與互連，可實現(xiàn)與其他系統(tǒng)無縫連接；

19）實現(xiàn)各變電站無人或少人值班；

設計方案

3.1項目分析

全院總配電由兩路電源供電，1#電源進線為3550KVA，2#電源進線為3050KVA。共配出7路變壓器出線，分別給傳染病房（兩路變壓器出線）、行政后勤樓（三路變壓器出線）以及醫(yī)療綜合樓陪（兩路變壓器出線）供電。

其中傳染病房共兩臺變壓器容量均為800KVA，共計兩路進線、兩路電容補償、一路聯(lián)絡以及69路出線回路；行政樓后勤樓分為兩部分，包括全院總配電室（包含高壓部分）和中央空調(diào)分配（冷凍機房在此配內(nèi)），全院總配電室高壓部分共兩路電源進線、兩路備用出線、7臺變壓器出線以及一路母聯(lián)，現(xiàn)場監(jiān)控裝置為微機保護，低壓部分共一臺500KVA容量的變壓器，共計一路電源進線、一路電容補償回路以及34路出線；中央空調(diào)分配共兩臺變壓器，容量均為1000KVA，共計兩路進線、兩路電容補償、一路聯(lián)絡以及16路出線；醫(yī)療綜合樓共兩臺變壓器，容量均為1250KVA，共計兩路進線、兩路電容補償柜、一路聯(lián)絡以及131路出線。

現(xiàn)場共計安裝233只低壓監(jiān)控儀表PZ80-E4/KC,7臺微機保護

3.2系統(tǒng)結構

整個系統(tǒng)采設計了一套Acrel3000電能管理系統(tǒng)，采用分層分布式結構，即現(xiàn)場設備層、網(wǎng)絡管理層、監(jiān)控管理層，如圖1所示：

整套電能管理系統(tǒng)監(jiān)控管理層包括電能管理主機、打印機、UPS電源等，整個系統(tǒng)的核心Acrel3000電能管理軟件安裝于電能管理主機，UPS電源作為不間斷電源，當設備供電出現(xiàn)故障時，可以保證電能管理主機正常運行，電能數(shù)據(jù)不丟失。

配電需要的數(shù)據(jù)采集主要通過PZ80可編程智能電測表、微機保護、變壓器溫控儀、直流屏、柴油發(fā)電機、ATS雙電源、PT、CT等裝置進行采集，這些采集設備可獨立完成測量、控制、報警、通訊等功能，一個設備出現(xiàn)問題時，不會影響其他設備正常運行。所有這些設備均有485通訊接口，可以通過RS485總線連接到網(wǎng)絡層。

針對傳染病房配電室、醫(yī)療綜合樓配電房距離行政后勤樓較遠，底層監(jiān)控裝置具備RS485接口，網(wǎng)絡通訊介質采用屏蔽雙絞線，通訊協(xié)議采用Modbus通訊規(guī)約，通過RS485總線方式將數(shù)據(jù)傳送至以太網(wǎng)關；上層網(wǎng)絡通訊介質采用光纖傳輸，通訊管理機將采集的數(shù)據(jù)經(jīng)處理后經(jīng)光纖收發(fā)器和光纜上傳至行政后勤總變室內(nèi)光線收發(fā)器，再經(jīng)超五類線的以太網(wǎng)信號將數(shù)據(jù)長傳至監(jiān)控主機。行政后勤樓內(nèi)的中央空調(diào)分配在總變附近，中央空調(diào)配電室監(jiān)控裝置具備RS485通訊接口，網(wǎng)絡介質采用屏蔽雙絞線，通訊協(xié)議采用Modbus通訊規(guī)約，通過RS485總線方式將數(shù)據(jù)傳送至總配的通訊管理機，上層通訊介質使用超五類線，通訊管理機將采集的數(shù)據(jù)處理后經(jīng)TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡信號上傳至總配值班室監(jiān)控主機。

整個配電系統(tǒng)以計算機站控管理系統(tǒng)為核心，采用現(xiàn)代通訊技術，對整個配電系統(tǒng)的用電狀況進行統(tǒng)一管理，實時監(jiān)測每個環(huán)節(jié)、每種設備的用電量；實時監(jiān)測、監(jiān)督電能質量，及時發(fā)現(xiàn)用電故障，避免用電的浪費。

3.3系統(tǒng)功能

數(shù)據(jù)采集與管理

數(shù)據(jù)采集與處理是供配電系統(tǒng)安全監(jiān)視和控制的基礎，監(jiān)控系統(tǒng)能實時和定時采集電氣設備的模擬量（電流、電壓、功率、電度、頻率、諧波、變壓器溫度等）和開關量（斷路器及隔離開關位置信號、繼電保護及自動裝置信號、設備運行狀態(tài)信號、以及各種事件信息等）。監(jiān)控系統(tǒng)軟件可以通過網(wǎng)絡直接讀取各配電所電力參數(shù)測量儀、電能質量監(jiān)測裝置和第三方設備（如：綜合保護裝置、直流屏、無功補償控制器、變壓器溫控儀柴油發(fā)電機等）采集的數(shù)據(jù)，并可以對采集的所有數(shù)據(jù)進行顯示、統(tǒng)計、分析、計算和存儲。實時計算各線路的功率因數(shù)。

實時計算各線路的有功、無功功率值。

實時計算每日、每月各條線路的有功，無功大、小值及平均值。

實時顯示各變壓器溫度值；實時計算每日、每月各變壓器溫度高、低與平均值。

實時顯示、統(tǒng)計各回路各時段的電度值,對電能數(shù)據(jù)進行分時計費統(tǒng)計,根據(jù)用戶要求具有多種分時計費(尖、峰、谷、平值等)方案和費率的種類。實時顯示、統(tǒng)計各回路每日、每月、每年的有功電度總值和無功電度總值

實時顯示電容的投切狀態(tài)以及手動/自動狀態(tài)。

數(shù)據(jù)采集周期、方式、參數(shù)等可由用戶在線定義，狀態(tài)量的變化優(yōu)先傳送。

信息處理

對信號采集系統(tǒng)所采集實時數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分析、計算，將數(shù)據(jù)進行定時存儲。對同用電單位不同時期、不同用電單位同一時期用電量進行統(tǒng)計；作為電費的管理平臺，與實際發(fā)生電費進行比較；根據(jù)柴油發(fā)電機發(fā)電量，對消耗燃油進行估算。

清晰的反映整個醫(yī)院各個部門的用電構成，建立標桿部門，通過與標桿部門的比較，發(fā)現(xiàn)偷電、漏電、長明燈、未使用設備下電等環(huán)節(jié)；對不同的節(jié)能方案節(jié)能效果的評估，有利于有針對性地選擇節(jié)能措施，還可以作為合同能源管理項目的計量系統(tǒng)；

電能報表實現(xiàn)了實現(xiàn)了所有電能數(shù)據(jù)的按時間查詢，分為分鐘、小時、日、月年等多種類型；

電能匯總表，所有監(jiān)控設備電能匯總，按時間段查詢，自動計算任意時段用電量；

打印及導出，所有報表及界面均可打印，或以EXCEL、WORD格式導出；

電能匯總如圖2所示

畫面顯示

19寸彩色液晶顯示作為人機交互界面，實時顯示配電系統(tǒng)各種信息畫面，包括各斷路器當前狀態(tài)、各回路當前電壓、電流、功率等測量值的實時信息。聲光提示報警信息、保護設備動作及復位信息。圖三所示為傳染病房低壓一次配電系統(tǒng)圖：

用電趨勢

對任何測量參數(shù)繪制趨勢圖：如電流、電壓、電能等。通過用電曲線圖可以顯示需量的峰值情況，發(fā)現(xiàn)危險地負荷趨勢或系統(tǒng)的剩余容量。可以將不同時間段的負荷曲線進行匯總或比較，追蹤每個用電單位每個回路所需消耗的電力成本。用電趨勢如圖4所示：

告警與控制

當出現(xiàn)開關變位事故、遙測越限、保護動作或其他報警信號時，系統(tǒng)發(fā)出音響提示，并自動彈出報警畫面，報警需操作員確認后方可復位，報警系統(tǒng)記錄入監(jiān)控數(shù)據(jù)庫。當發(fā)生開關變位時，自動推出時間報警窗和故障相關畫面，畫面中變位開關閃爍，變色提示并在報警框內(nèi)有漢字提示的報警語句及當前的變位狀態(tài)，并指明變位開關名稱，運行編號和性質（正常操作或事故跳閘）。當發(fā)生電流/電壓越限時，畫面閃爍提示，并在報警提示框里顯示當前越限值。監(jiān)控系統(tǒng)自動存儲歷史數(shù)據(jù)和歷史事件，用戶可以按照設備，數(shù)據(jù)類型，時間段等等項目自定義查詢。除計算機報警外，系統(tǒng)還設有專門的聲光報警器，以提醒值班人員。

結束語

該項目所采用的Acrel300電能管理系統(tǒng)已經(jīng)于2012年正式投入運行，整個系統(tǒng)運行穩(wěn)定、安全，方便了用戶的使用，提供了大量實時、準確的電力數(shù)據(jù)，為管理者進行內(nèi)部計量考核、安全用電做出了只管依據(jù)，進一步保證了醫(yī)院供電系統(tǒng)的科學性及穩(wěn)定性，為今后的節(jié)能管理的實施打下了基礎。