保障手術(shù)安全用電的重要裝備專用UPS電源

摘要：對(duì)于大型三級(jí)綜合醫(yī)院，安全可靠的供電系統(tǒng)是醫(yī)院健康發(fā)展的重要保障。目前，大多數(shù)醫(yī)院均采用了雙路供電，并且配置一定容量柴油發(fā)電機(jī)作為后備電源。重要場(chǎng)所為避免電源中斷，危及患者生命，更是配備了不間斷UPS電源作為應(yīng)急保障，供電可靠性大大加強(qiáng)。論文依據(jù)相關(guān)行業(yè)規(guī)范，并結(jié)合本院實(shí)際情況，淺論手術(shù)室UPS分散、集中配置方式及主機(jī)容量、電池規(guī)格數(shù)量選擇依據(jù)，為大型三級(jí)綜合醫(yī)院應(yīng)急電源設(shè)計(jì)、實(shí)施和改擴(kuò)建提供一定參考。

前言：醫(yī)院是救死扶傷的場(chǎng)所，需要有穩(wěn)定可靠的供電保障。往往一臺(tái)手術(shù)需要一兩個(gè)小時(shí)，器官移植、開(kāi)顱等復(fù)雜手術(shù)甚至七、八個(gè)小時(shí)才能完成。在手術(shù)過(guò)程中，醫(yī)療儀器及手術(shù)照明的持續(xù)供電保障尤其重要。一旦停電，會(huì)給病人帶來(lái)生命危險(xiǎn)。目前，盡管醫(yī)院有兩路甚至三路市電供電，仍不能保證不出現(xiàn)意外停電情況發(fā)生。而且，配電室設(shè)備一年一度的清掃檢修也不可避免地會(huì)造成醫(yī)療設(shè)備的閃停、重啟。手術(shù)室、ICU及新生兒監(jiān)護(hù)室等一旦電源中斷就會(huì)危及患者生命的二類醫(yī)療場(chǎng)所[1]，故障情況下斷電自動(dòng)恢復(fù)時(shí)間不應(yīng)大于0.5秒。所以，上述場(chǎng)所應(yīng)配置切換時(shí)間t≤0.5SUPS，以確保持續(xù)供電[2]。

1.手術(shù)室UPS配備方式

下面，就以醫(yī)院手術(shù)室為例，討論UPS配置方式。手術(shù)室UPS可采用集中和分散兩種配備方式。具體選擇，需根據(jù)實(shí)際情況靈活決定。

1.1集中配置UPS

為了集中管理，提高設(shè)備使用率，以下幾種情況宜采用集中配置：

1.每間手術(shù)室的配電箱附近沒(méi)有UPS及電池柜擺放空間；

2.UPS擺放場(chǎng)所通風(fēng)不好，環(huán)境溫度不利于設(shè)備散熱。長(zhǎng)期運(yùn)行，會(huì)縮短電池壽命，甚至存在電池燃燒爆炸的安全隱患；

3.現(xiàn)運(yùn)行手術(shù)室配電線路陳舊，配電箱線路改造復(fù)雜，且成本較高；

4.有多間手術(shù)室且手術(shù)室樓層配電間附近或醫(yī)院配電室附近有空間存放UPS，且便于統(tǒng)一監(jiān)控。

1.2分散配備UPS

每間手術(shù)室配電箱附近空間充裕，通風(fēng)良好，且為便于獨(dú)立操作控制，避免集中式UPS一旦故障，影響整個(gè)手術(shù)室的應(yīng)急供電系統(tǒng)不能正常工作的情況，新建或改建手術(shù)室可設(shè)計(jì)為分散式UPS電源。一般情況下，每間手術(shù)室的UPS根據(jù)不同容量，需配置主機(jī)及電池柜。

UPS安裝位置選擇上，可放置于手術(shù)室配電箱旁的外走廊（污物通道），但會(huì)占用通道有效空間，且?guī)?lái)巡檢的不方便。電工每次巡檢都需征得科室同意，更換手術(shù)衣服才能進(jìn)入手術(shù)室。從UPS維護(hù)巡檢方便考慮，可將所有手術(shù)室的UPS放置于與手術(shù)室相鄰的設(shè)備夾層（前提條件是：在手術(shù)室裝修時(shí)，就已完成了UPS輸入輸出電纜的敷設(shè)）。這樣，電工可隨時(shí)巡檢UPS設(shè)備。而且，設(shè)備夾層通風(fēng)良好，夏天最高氣溫不超過(guò)28℃，濕度也低于40%，地面較干凈，外面風(fēng)沙吹不進(jìn)來(lái)，滿足UPS長(zhǎng)期運(yùn)行條件。

2.UPS主機(jī)容量和電池規(guī)格數(shù)量的配置

2.1 UPS主機(jī)容量的確定

UPS容量大小由負(fù)載功率決定，一般將手術(shù)室吊塔插座、無(wú)影燈、控制面板等重要負(fù)載挑選出來(lái)由UPS持續(xù)供電。

2.2 UPS電池規(guī)格數(shù)量

配置UPS電池規(guī)格數(shù)量不僅取決于負(fù)載功率，更是與延時(shí)時(shí)間密切相關(guān)。它主要根據(jù)醫(yī)院供電環(huán)境決定。如果醫(yī)院10KV高壓來(lái)自兩個(gè)（真雙路）或兩個(gè)以上不同的變電站，而且醫(yī)院又配備了柴油發(fā)電機(jī)組，在市電停電后十分鐘內(nèi)就能啟動(dòng)，給手術(shù)室、ICU等重要負(fù)載送電，則UPS延時(shí)配備30-60分鐘的電池就夠了，否則需配備至少兩個(gè)小時(shí)延時(shí)的電池。下面分別對(duì)UPS集中和分散配置電池規(guī)格數(shù)量進(jìn)行說(shuō)明。

2.2.1集中式UPS的選擇

2.2.1.1計(jì)算方法

集中UPS功率大小確定有兩種方法。方法一：周一至周五每天上午9：00-10:00用電高峰在配電室找到手術(shù)室這路主用開(kāi)關(guān)，分別記錄下手術(shù)室三相電流數(shù)據(jù)，然后在這組數(shù)據(jù)中取其最高值Imax，計(jì)算出配置UPS容量（KVA）=ImaxX230(V）X3（三相）÷0.5（50%負(fù)載率）。如ABC其中一相的電流最大為93A，則計(jì)算出UPS容量為128KVA，按就大不就小原則UPS容量就選擇150KVA三進(jìn)三出UPS。

方法二：統(tǒng)計(jì)估算每間手術(shù)室的所有負(fù)載功率×手術(shù)間數(shù)量，就是總功率，配置UPS容量（KVA）=手術(shù)室負(fù)載總功率÷0.5（50%負(fù)載率）。如有8間手術(shù)室，每間手術(shù)室全部負(fù)載6KVA，則UPS容量=6KVA×8÷0.5=90KVA，UPS選用100KVA三進(jìn)三出UPS即可。

然后，根據(jù)電池配備公式：電池容量（AH）=負(fù)載功率（KVA）÷電池串聯(lián)節(jié)數(shù)(40節(jié))÷單只電池電壓（12V）÷0.9（UPS逆變效率）÷0.7（放電效率）×延時(shí)時(shí)間（小時(shí)數(shù)），可計(jì)算出電池容量（AH）=48000÷40÷12÷0.9÷0.7×1=160，所以UPS選用80節(jié)(兩組40節(jié)并聯(lián)）100AH（80AH以上）湯淺電池及4個(gè)20節(jié)標(biāo)準(zhǔn)電池柜。UPS可安裝在鄰近配電室的空閑場(chǎng)所，并為UPS建造專用小機(jī)房。機(jī)房?jī)?nèi)配備空調(diào)，屋頂須作防水處理，地面需進(jìn)行荷載計(jì)算，必要時(shí)，進(jìn)行局部加固。UPS電氣連接圖如下所示：

醫(yī)院手術(shù)室UPS配備方式、UPS主機(jī)容量和電池規(guī)格數(shù)量

圖2-1手術(shù)室集中配置UPS電氣連接圖

2.2.1.2雙電源互投開(kāi)關(guān)的配置

如圖2-1所示，手術(shù)室配電柜一般兩路市電輸入，通過(guò)ATS給各手術(shù)間供電。UPS串接在ATS主用上口與1路市電（主路）開(kāi)關(guān)之間，UPS輸入輸出電纜選用YJV-4*50+1*25電纜，互投開(kāi)關(guān)選用250A/4P規(guī)格，目前市場(chǎng)上較多采用天津萬(wàn)高WATSN品牌。ATS設(shè)置成自投自復(fù)工作方式，僅當(dāng)UPS突發(fā)故障中斷輸出或UPS需停電檢修時(shí)，才自動(dòng)切換到2路市電備用供電。所以，即使UPS輸出中斷這種小概率事件發(fā)生時(shí)，手術(shù)室供電也只是閃斷一下，而無(wú)需電工趕到現(xiàn)場(chǎng)緊急處理，從而最大限度地降低了對(duì)手術(shù)的影響。

2.2.2分散配置UPS的選擇

2.2.2.1計(jì)算方法

單間手術(shù)室所有重要醫(yī)療設(shè)備包括無(wú)影燈、控制面板、呼吸機(jī)、麻醉機(jī)、心電監(jiān)護(hù)儀、除顫儀、電刀、電鉆、內(nèi)窺鏡等的總功率一般不會(huì)超過(guò)4KW。因此，每間手術(shù)室選用一臺(tái)單進(jìn)單出6KVA UPS即可滿足要求，電池配備滿足一個(gè)小時(shí)，根據(jù)電池配備公式電池容量=負(fù)載功率（KVA）÷電池串聯(lián)節(jié)數(shù)（16節(jié)）÷單只電池電壓÷0.9（UPS逆變效率）÷0.7（放電效率）Χ延時(shí)時(shí)間（小時(shí)數(shù)），可計(jì)算出電池容量（AH）=6000÷16÷12÷0.9÷0.7=50，所以每臺(tái)UPS可選用16節(jié)65AH（50 AH以上）湯淺電池。UPS輸入輸出線纜選用YJV3*6或6平方BV線即可。

醫(yī)院手術(shù)室UPS配備方式、UPS主機(jī)容量和電池規(guī)格數(shù)量

圖2-1單一手術(shù)間UPS電氣連接圖

2.2.2.2雙電源互投開(kāi)關(guān)的配置

對(duì)于單一手術(shù)室的供電方式，一般在UPS輸出端加裝一臺(tái)63A/2P規(guī)格的ATS，UPS輸出接ATS主用側(cè)，市電接ATS備用側(cè)，ATS輸出接至隔離變壓器。ATS設(shè)置成自投自復(fù)工作模式。這樣，一旦出現(xiàn)UPS負(fù)載故障，UPS內(nèi)部出于自保而關(guān)閉逆變中斷輸出的情況，ATS會(huì)自動(dòng)切換到市電備用側(cè)給醫(yī)療設(shè)備繼續(xù)供電，從而將中斷手術(shù)的影響降到最低。故障排除，UPS恢復(fù)正常供電后，ATS馬上切換到UPS側(cè)（主用）供電。

3.UPS監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

無(wú)論集中放置UPS還是分散配置UPS，均應(yīng)加強(qiáng)對(duì)UPS運(yùn)行狀況的監(jiān)控。為此，配置遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，可大大提高UPS安全可靠系數(shù)。該監(jiān)控系統(tǒng)可通過(guò)通訊電纜（長(zhǎng)度在100米內(nèi)的可采用TCP/IP傳輸協(xié)議，超過(guò)100米的只能選用485總線傳輸協(xié)議）從UPS安裝位置沿電力電纜橋架敷設(shè)到配電值班室。值班人員可實(shí)時(shí)通過(guò)UPS監(jiān)控主機(jī)對(duì)UPS機(jī)房是否漏水、機(jī)房環(huán)境溫、濕度是否超標(biāo)，UPS有無(wú)任何異常及告警、電池是否溫度過(guò)高、內(nèi)阻電壓等數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，應(yīng)急處置。UPS集中監(jiān)控畫(huà)面如下所示：

醫(yī)院手術(shù)室UPS配備方式、UPS主機(jī)容量和電池規(guī)格數(shù)量

圖3-1

4.結(jié)論

大型綜合醫(yī)院應(yīng)依據(jù)負(fù)荷的性質(zhì)、停電影響及允許斷電時(shí)間合理選擇應(yīng)急供電體系。UPS作為一種可靠的應(yīng)急電源供電方式，它的配置只有綜合考慮切換時(shí)間、容量大小、延時(shí)供電時(shí)間以及安裝條件等技術(shù)參數(shù)[4]，才能合理選擇配置方案，讓UPS更好的發(fā)揮出應(yīng)急保障作用。