金華人民醫(yī)院新病房大樓UPS供電保障系統(tǒng)項目方案設計

1、摘要：隨著中國經濟的飛速發(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水平。醫(yī)療系統(tǒng)信息化、精密化已經成為一個共識。所以，UPS等高可靠供電保障系統(tǒng)也逐步應用到醫(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設計所需遵循的標準、設計、選型的原則要素。關鍵詞：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，內部設施先進、功能齊全，已經投入使用。為提高整個醫(yī)院的醫(yī)療服務水平及信息化程度，新大樓設計了統(tǒng)一的

2、計算機數據中心，中心設置專門的UPS機房，包括機房專用UPS及醫(yī)療系統(tǒng)支撐UPS。根據負載功率初步統(tǒng)計情況，UPS按如下功率需求進行配置：機房配置模塊化120kVA UPS 1臺，后備時間1h；大樓ICU、呼吸機、手術室等系統(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)療場所標準要求，手術室、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)均多數采用微機數

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)，以保證為該場所內的醫(yī)療電器設備提供一個安全、可靠的電源，以確保病人的安全、提高醫(yī)療服務質量。醫(yī)療場所安全設施的分級見附錄1，醫(yī)療場所安全設施的類別和級別劃分示例見附錄2。2 整體方案總述2.1 數據機房UPS選型大樓數據中心采用臺達HIFT 120kVA UPS。配置1臺UPS輸入柜、1臺UPS輸出柜。輸入輸出各預留一套開關，作今后UPS擴容至第二機架使用。根據建筑物電氣裝置第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。具體結構如圖1所示。圖1 數據機房UPS供電原理圖HIFT系列UPS

4、采用模塊化設計的結構極具彈性，可實現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具有隨需擴容的性能優(yōu)勢，可以按照現在的負載進行配置,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，最大可擴充至480kVA的冗余供電系統(tǒng)。本次根據現場負載需求，臺達提供一種更經濟的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并聯冗余系統(tǒng)。輸出側采用TN-S配電系統(tǒng)，確保供電系統(tǒng)

5、更安全可靠、提供更佳的保護效果。2.2 醫(yī)療系統(tǒng)用UPS選型大樓內醫(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，屏內預留未來擴容空間。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輸出屏根據輸出各樓層用點需要，設置配電回路，為呼吸機系統(tǒng)、ICU、手術室及各樓層護士站等提供供電回路。系統(tǒng)建議配置結構如圖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計，其主要應用領域為各種數據處理系統(tǒng)、電信系統(tǒng)、衛(wèi)星系統(tǒng)、網絡系統(tǒng)、醫(yī)療設備、安全緊急逃生設備、監(jiān)控保全系統(tǒng)、各種工廠設備。NT系列U

6、PS，采用先進的IGBT高頻切換正弦脈寬調變技術設計，使UPS供電質量好、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，藉由微處理器的數字化設計，簡化復雜的模擬線路及大量減少零件數目，使系統(tǒng)更為安全可靠。人性化設計使NT-系列UPS為使用者提供了可用性強的高質量電力，為廣大信息用戶的最理想守護神。2.3 電池容量計算電池容量計算，參考行業(yè)標準 YD/T5040-2005 通信電源設備安裝工程設計規(guī)范進行。計算公式為：Q= （1）式中 : Q蓄電池容量（Ah）；K安全系數，取1.25；I負載電流（A）；T電池放電小時數 （h）；放電

7、容量系數；t實際電池放電所在地最低溫度數值，所在地有采暖設備時，按15考慮，無采暖設備時，按5考慮；電池溫度系數（1/），當放電小時率10h，取=0.006；當1放電小時率10h，取=0.008；當放電小率1h，取=0.01 。表1 鉛酸蓄電池放電電容量系數（）表UPS電池的總容量，應按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)計算結果列于表2。表2 各系統(tǒng)計算結果內容備注機房系

8、統(tǒng)醫(yī)療系統(tǒng)1小時段計算S1總負荷（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=1小時14放電容量系數0.550.79電池溫度系數，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 模塊熱插拔技術單個模塊均可在線并入和退出，無須轉旁路操作，大大提升

9、了故障維護和未來擴容的方便性。圖3 DELTA HIFT UPS傳統(tǒng)UPS在故障時轉到旁路，用戶一般不敢拆開機器，只能打電話給廠家尋求服務支持。在服務人員趕赴現場的時間里，旁路電已經工作，市電沒有經過凈化處理，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采用熱插拔技術后，大大降低了維護時間，以及維護人員的技術要求，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。3.1.2 IGBT整流技術采用的專利IGBT整流技術，使HIFT具有優(yōu)異的輸入特性，可為綠色產品的典范，輸入功率因數0.99,輸入電流諧波失真3% ，是業(yè)界最高指標。該指標可以使用戶的輸入電纜、空

10、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，按照經驗發(fā)電機容量需要比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.目前數據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內置同步控制技術目前，根據國際TIA-942標準的最高可用性第IV等級方案里,需要采用LBS同

11、步控制,實現雙母線方案。目前市場上大多數都采用外置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。我們采用內置同步控制技術,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 機架并機技術模塊化UPS可靠度已經非常高,為了使各部分都能實現模塊化，不僅模塊冗余,還可以實現機架和線纜的冗余,實現系統(tǒng)的真正模塊化，同時也可實現整個系統(tǒng)達480kVA的容量需求.3.2 NT系列UPS特性介紹3.2.1直接并機技術臺達NT系列UPS以高速的微處理器為基礎的數字化設計，各臺UPS能夠精確快速的返饋逆變補償電流與電壓的參數，同時經由通訊線對負載的功率取樣返饋逆變

12、補償電流的參數，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，采用獨特的并機同步整流技術，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，避免電池重復投資，減少電池占地空間要求。3.2.4在線修改運行參數管理者也可以經由UPS的控制面板依實際需要設定相應的管理參數(如輸入/輸出電壓、頻率范圍，充電電壓、電流，密碼設定.等)。3.2.5智能風扇轉速控制

13、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 總結秉承臺達產品優(yōu)異的品質，良好的市場口碑，以及專業(yè)售前技術支援，周密的方案論證和設計，使得其產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)展建設獻上一股穩(wěn)固的推進力。附錄1 醫(yī)療場所安全設施的分級（摘自GB/T 16895.24-2005附錄A）2 醫(yī)療場所安全設施的類別和級別劃分示例（摘自GB/T 16895.24-2005附錄B）3 配置清單序號設備材料名稱型號規(guī)格參考品牌產地單位數量數據中心 UPS系統(tǒng)1臺達 模塊UPS主機（120kVA）主機（不含20kVA電源模塊）臺達中國套12臺達 UPS電源模塊（20kVA）電源模塊臺達中國套123HOPPDCKE蓄電池12V-120AhHOPPDCKE中國節(jié)1604電池柜DP48臺達中國只45UPS輸入柜XL-21臺達中國臺16UPS輸出柜XL-21臺達中國臺17UPS