摘要:隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，中國(guó)的醫(yī)療系統(tǒng)水平也快速上升，各級(jí)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(gè)共識(shí)。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(jī)房及重要醫(yī)療系統(tǒng)的供電。本文藉由對(duì)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(jì)所需遵循的標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)、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  UPS  HIFT  NT

Along with the development of Chinese economy, China's medical conditions has improved rapidly, 

the hospitals at all levels continuous improvement its software and hardware construction. 

Medical information system, precision has become a consensus. So, uninterruptable power supply 

also gradually applied in the important medical system. This paper by the people's hospital of 

new ward UPS power supply security system building case, medical system discussed in design 

in the required follow UPS standard, design, selection principle elements.

key word：Medical information system，Power suply protect system ，uninterruptable power supply ，Delta HIFT ，NT

［中圖分類號(hào)］T N86   ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A     文章編號(hào)：1561-0349（2012）05-

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(wàn)元，新建了一幢15層高的病房大樓。該大樓，內(nèi)部設(shè)施先進(jìn)、功能齊全，已經(jīng)投入使用。為提高整個(gè)醫(yī)院的醫(yī)療服務(wù)水平及信息化程度，新大樓設(shè)計(jì)了統(tǒng)一的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)中心，中心設(shè)置專門的UPS機(jī)房，包括機(jī)房專用UPS及醫(yī)療系統(tǒng)支撐UPS。

      根據(jù)負(fù)載功率初步統(tǒng)計(jì)情況，UPS按如下功率需求進(jìn)行配置：機(jī)房配置模塊化120kVA UPS 1臺(tái)，后備時(shí)間1h；大樓ICU、呼吸機(jī)、手術(shù)室等系統(tǒng)，配置260kVA以上UPS  1臺(tái)，后備時(shí)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/T 16895.24-2005 建筑物電氣裝置第7-710部分：特殊裝置或場(chǎng)所的要求醫(yī)療場(chǎng)所》標(biāo)準(zhǔn)要求，手術(shù)室、ICU、呼吸系統(tǒng)等屬于2類醫(yī)療場(chǎng)所，要求主電源與備用電源之間切換時(shí)間<0.5S。一般的雙市電切換及備用柴油機(jī)啟動(dòng)時(shí)間均無(wú)法滿足要求，且目前各系統(tǒng)均多數(shù)采用微機(jī)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(chǎng)所內(nèi)的醫(yī)療電器設(shè)備提供一個(gè)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(chǎng)所安全設(shè)施的分級(jí)見(jiàn)附錄[1]，醫(yī)療場(chǎng)所安全設(shè)施的類別和級(jí)別劃分示例見(jiàn)附錄[2]。

2 整體方案總述

2.1 數(shù)據(jù)機(jī)房UPS選型

      大樓數(shù)據(jù)中心采用臺(tái)達(dá)HIFT 120kVA UPS。配置1臺(tái)UPS輸入柜、1臺(tái)UPS輸出柜。輸入輸出各預(yù)留一套開(kāi)關(guān)，作今后UPS擴(kuò)容至第二機(jī)架使用。根據(jù)《建筑物電氣裝置第7-710部分：特殊裝置或場(chǎng)所的要求醫(yī)療場(chǎng)所》規(guī)定要求，在UPS輸出同時(shí)配置一個(gè)輸出隔離變壓器。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)機(jī)房UPS供電原理圖

      HIFT系列UPS采用模塊化設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)極具彈性，可實(shí)現(xiàn)N+1、N+2、N+3、N+4、N+5…的模塊N+X 冗余，供電系統(tǒng)擁有最高的可靠性。同時(shí)，客戶還可通過(guò)定購(gòu)額外的模塊，來(lái)增加HIFT的備用冗余能力。HIFT  UPS具有隨需擴(kuò)容的性能優(yōu)勢(shì)，可以按照現(xiàn)在的負(fù)載進(jìn)行配置,當(dāng)機(jī)房負(fù)載擴(kuò)容時(shí),直接熱插入模塊,擴(kuò)容靈活、方便，以20kVA一個(gè)模塊為單位，最大可擴(kuò)充至480kVA的冗余供電系統(tǒng)。

      本次根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)負(fù)載需求，臺(tái)達(dá)提供一種更經(jīng)濟(jì)的HIFT UPS供電系統(tǒng)冗余配置方案，采用HIFT 120kVA UPS 1臺(tái)，由6個(gè)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(hù)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(tái)達(dá)GES-NT系列大型工業(yè)級(jí)UPS，UPS輸入、輸出各配置一臺(tái)配電屏，屏內(nèi)預(yù)留未來(lái)擴(kuò)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(chǎng)所的要求醫(yī)療場(chǎng)所》規(guī)定。UPS輸出屏根據(jù)輸出各樓層用點(diǎn)需要，設(shè)置配電回路，為呼吸機(jī)系統(tǒng)、ICU、手術(shù)室及各樓層護(hù)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。

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(shè)計(jì)，其主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)楦鞣N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，采用先進(jìn)的IGBT高頻切換正弦脈寬調(diào)變技術(shù)設(shè)計(jì)，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(zhǎng)，同時(shí)采用模塊化設(shè)計(jì)可降低平均修護(hù)時(shí)間(MTTR)，使維護(hù)工作更簡(jiǎn)便，藉由微處理器的數(shù)字化設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)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(jì)使NT-系列UPS為使用者提供了可用性強(qiáng)的高質(zhì)量電力，為廣大信息用戶的最理想守護(hù)神。 

2.3 電池容量計(jì)算

      電池容量計(jì)算，參考行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 《YD/T5040-2005 通信電源設(shè)備安裝工程設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行。計(jì)算公式為    

   （1）

式中 : Q——蓄電池容量（Ah）；

         K——安全系數(shù)，取1.25；

         I——負(fù)載電流（A）；

         T——電池放電小時(shí)數(shù) （h）；

         η——放電容量系數(shù)；

         t——實(shí)際電池放電所在地最低溫度數(shù)值，所在地有采暖設(shè)備時(shí)，按15℃考慮，無(wú)采暖設(shè)備時(shí)，按5℃考慮；

         α——電池溫度系數(shù)（1/℃），當(dāng)放電小時(shí)率≥10h，取α=0.006；當(dāng)1≤放電小時(shí)率<10h，取α=0.008；當(dāng)放電小率<1h，取α=0.01 。

表1 鉛酸蓄電池放電電容量系數(shù)（η）表

      UPS電池的總?cè)萘浚瑧?yīng)按UPS容量，采用公式（2）估算出蓄電池的計(jì)算放電電流I，再根據(jù)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(jì)算放電電流 （A）；

         μ ——逆變器的效率；

        U——蓄電池放電時(shí)逆變器的輸入電壓（V）（蓄電池單體電壓1.85時(shí)）。

各系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果列于表2。      

表2   各系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果  

3 項(xiàng)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(shù)

      單個(gè)模塊均可在線并入和退出，無(wú)須轉(zhuǎn)旁路操作，大大提升了故障維護(hù)和未來(lái)擴(kuò)容的方便性。

      傳統(tǒng)UPS在故障時(shí)轉(zhuǎn)到旁路，用戶一般不敢拆開(kāi)機(jī)器，只能打電話給廠家尋求服務(wù)支持。在服務(wù)人員趕赴現(xiàn)場(chǎng)的時(shí)間里，旁路電已經(jīng)工作，市電沒(méi)有經(jīng)過(guò)凈化處理，直接供給負(fù)載，如此時(shí)停電，將負(fù)載中斷，將會(huì)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(hù)時(shí)間，以及維護(hù)人員的技術(shù)要求，一般培訓(xùn)半天，用戶即可自行更換模塊，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可用性。

3.1.2 IGBT整流技術(shù)

      采用的專利IGBT整流技術(shù)，使HIFT具有優(yōu)異的輸入特性，可為綠色產(chǎn)品的典范，輸入功率因數(shù)≥0.99,輸入電流諧波失真<3% ，是業(yè)界最高指標(biāo)。該指標(biāo)可以使用戶的輸入電纜、空開(kāi)、無(wú)功補(bǔ)償柜、發(fā)電機(jī)的容量降低，降低了用戶整個(gè)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(jī)的容量，按照經(jīng)驗(yàn)發(fā)電機(jī)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 模塊最高功率密度比

      20kVA模塊僅為3U高度.目前數(shù)據(jù)機(jī)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(gè)機(jī)柜里可裝6個(gè)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)國(guó)際TIA-942標(biāo)準(zhǔn)的最高可用性第IV等級(jí)方案里,需要采用LBS同步控制,實(shí)現(xiàn)雙母線方案。目前市場(chǎng)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(diǎn)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(diǎn),提升了系統(tǒng)可靠性,同時(shí)滿足了用戶的需求有節(jié)約了成本.

3.1.5 機(jī)架并機(jī)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(shí)現(xiàn)模塊化，不僅模塊冗余,還可以實(shí)現(xiàn)機(jī)架和線纜的冗余,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的真正模塊化，同時(shí)也可實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)達(dá)480kVA的容量需求.

3.2  NT系列UPS特性介紹

3.2.1直接并機(jī)技術(shù)

      臺(tái)達(dá)NT系列UPS以高速的微處理器為基礎(chǔ)的數(shù)字化設(shè)計(jì)，各臺(tái)UPS能夠精確快速的返饋逆變補(bǔ)償電流與電壓的參數(shù)，同時(shí)經(jīng)由通訊線對(duì)負(fù)載的功率取樣返饋逆變補(bǔ)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(shí)并接8臺(tái)同型UPS運(yùn)行。

3.2.2支持并機(jī)共用電池組功能

      臺(tái)達(dá)NT系列UPS，采用獨(dú)特的并機(jī)同步整流技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并機(jī)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(dá)到系統(tǒng)共用同一套電池的功能。從而實(shí)現(xiàn)并機(jī)時(shí)，UPS冗余，而電池?zé)o需冗余，當(dāng)某一UPS故障退出系統(tǒng)后，整套電池仍能對(duì)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(yùn)行參數(shù)

      管理者也可以經(jīng)由UPS的控制面板依實(shí)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(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制

      多段式冷卻風(fēng)扇速度控制，改善系統(tǒng)可靠度、效率、噪音及提高風(fēng)扇使用壽命。 

4 總結(jié)

      秉承臺(tái)達(dá)產(chǎn)品優(yōu)異的品質(zhì)，良好的市場(chǎng)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(jì)，使得其產(chǎn)品方案獲得了客戶首肯，順利中標(biāo)該項(xiàng)目。為金華人民醫(yī)院今后的信息化發(fā)展建設(shè)獻(xiàn)上一股穩(wěn)固的推進(jìn)力。

附錄       

[1]  醫(yī)療場(chǎng)所安全設(shè)施的分級(jí)（摘自GB/T 16895.24-2005附錄A）

[2]  醫(yī)療場(chǎng)所安全設(shè)施的類別和級(jí)別劃分示例（摘自GB/T 16895.24-2005附錄B）

[3] 配置清單   

作者簡(jiǎn)介：

鄭龍藝（1982~），高級(jí)應(yīng)用工程師，目前就職于中達(dá)電通關(guān)鍵基礎(chǔ)架構(gòu)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)處，負(fù)責(zé)臺(tái)達(dá)MCIS解決方案售前支持工作