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更新時(shí)間：2024-01-23
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吳柯霓
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘 要：針對(duì)供配電系統(tǒng)中大量非線性負(fù)荷使用對(duì)電能質(zhì)量實(shí)時(shí)、可靠、*確的在線監(jiān)測(cè)控制需求，醫(yī)院能源管理系統(tǒng)中對(duì)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)無論是監(jiān)測(cè)對(duì)象、運(yùn)算分析算法以及系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)等均需提高。以供配電系統(tǒng)中三相不平衡度、電壓閃變和諧波分量作為電能質(zhì)量評(píng)估指標(biāo)，構(gòu)筑“ARM＋DSP"雙CPU嵌入式電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。工程實(shí)踐應(yīng)用效果分析表明，雙核電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以IEC61850及國家標(biāo)準(zhǔn)要求的指標(biāo)參數(shù)計(jì)算方法為基準(zhǔn)，融合DSP和ARM芯片模塊優(yōu)勢(shì)，能夠*確監(jiān)測(cè)和運(yùn)算分析供電電能質(zhì)量，并動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)SVC/SVG無功補(bǔ)償方案，降低和避免電能擾動(dòng)，保障醫(yī)療設(shè)備性能正常穩(wěn)定發(fā)揮。
關(guān)鍵詞：供配電網(wǎng)；電能質(zhì)量；在線監(jiān)測(cè)；電壓閃變；諧波
0引言
現(xiàn)代醫(yī)學(xué)技術(shù)的快速進(jìn)步，在很大程度上得益于電了技術(shù)的飛速發(fā)展及在醫(yī)療領(lǐng)域內(nèi)的*面滲透。影響醫(yī)療設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量的因素很多，目前大多注重醫(yī)療設(shè)備自身性能方面的研究，而對(duì)于其工作環(huán)境因素的研究尤其是供電安全可靠性方面的研究相對(duì)較少。對(duì)于高精度檢測(cè)、監(jiān)測(cè)和輔助治療的大中型醫(yī)療設(shè)備而言，其危害*大的因素即為電源電壓不穩(wěn)定,偏高、偏低以及突然中斷等,均可能造成醫(yī)療設(shè)備內(nèi)部電路板損壞、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)素亂、檢測(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確等導(dǎo)致設(shè)備性能不能正常穩(wěn)定發(fā)揮。超過60%醫(yī)療設(shè)備出現(xiàn)故障的原因與供電質(zhì)量有 關(guān)，同時(shí)也是醫(yī)療設(shè)備老化的主要因素。為了為醫(yī)療設(shè)備檢測(cè)、監(jiān)測(cè)和治療質(zhì)量提供強(qiáng)有力的電能保障,掌握醫(yī)院供配電系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行工況狀態(tài)，對(duì)供電電能質(zhì)量進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和動(dòng)態(tài)調(diào)整，提高人性化服務(wù)水平，保障醫(yī)療設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量和降低電能損耗，具有非常重要的理論研究和實(shí)際應(yīng)用意義。
醫(yī)療設(shè)備數(shù)量規(guī)模的增加和類型的多樣化，對(duì)供電電能質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和在線優(yōu)化提出更高的要求。目前，國內(nèi)對(duì)電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)已有很多研究，史建平設(shè)計(jì)一種基于單一DSP芯片為核心的電能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)雖能夠準(zhǔn)確進(jìn)行電能質(zhì)量計(jì)量，但在供電質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)，動(dòng)態(tài)分析和智能決策等功能優(yōu)化方面存在不足，很難適應(yīng)醫(yī)療設(shè)備供電電能在線實(shí)時(shí)可靠、動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)等復(fù)雜功能調(diào)節(jié)需求。黃赟設(shè)計(jì)基于DSP和FPGA設(shè)計(jì)了三相電能質(zhì)量信號(hào)模擬發(fā)生器，雖能有效解決多信號(hào)采集問題，但對(duì)于醫(yī)院等特殊場(chǎng)所的電能信號(hào)同步采集準(zhǔn)確性還不高。夏建生等設(shè)計(jì)了一套DSP+PC架構(gòu)的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)雖然可以準(zhǔn)確地檢測(cè)穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量,但其對(duì)暫態(tài)擾動(dòng)只能進(jìn)行定位和識(shí)別，無法對(duì)暫態(tài)擾動(dòng)分量進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè)，為準(zhǔn)確掌握配電系統(tǒng)中的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)分量及數(shù)值，本文展開“DSP+ARM"雙CUP架構(gòu)電能質(zhì)量管理系統(tǒng)研究，通過連續(xù)監(jiān)測(cè)諧波、電壓波動(dòng)和閃變等特征指標(biāo)并結(jié)合智能算法進(jìn)行智能分析,確保醫(yī)療設(shè)備供電運(yùn)行具有較高安全可靠性，降低醫(yī)療設(shè)備帶來的醫(yī)療隱患等不良事件發(fā)生率,有效提高醫(yī)院供電科學(xué)管理和人性化服務(wù)水平。
1 電能在線監(jiān)測(cè)特征指標(biāo)
1.1 電壓波動(dòng)和閃變分量
醫(yī)院供配電系統(tǒng)中由于存在非線性及沖擊性負(fù)荷，會(huì)從電網(wǎng)系統(tǒng)中暖收大量無功功率，同時(shí)還會(huì)引起電壓波動(dòng)和閃變。電壓波動(dòng)和閃變是威脅醫(yī)院供電安全可靠性的主要原因，同時(shí)也是動(dòng)態(tài)電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)的重要指標(biāo)。
電壓波動(dòng)和電壓閃變由系統(tǒng)中無功功率波動(dòng)引起，當(dāng)系統(tǒng)中沖擊性和非線性負(fù)荷增加時(shí)將會(huì)嚴(yán)重影響供電質(zhì)量，影響醫(yī)療設(shè)備運(yùn)行性能導(dǎo)致檢測(cè)不準(zhǔn)、監(jiān)測(cè)不到位和疾病治療效果不佳等問題。根據(jù)國家電工委員會(huì)(IEC)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，醫(yī)院供配電系統(tǒng)主要以10 KV、35KV為主，其電壓波動(dòng)指標(biāo)為:10KV為2.5%；35KV為2.0%。
1.2 諧波分量
醫(yī)院供配電系統(tǒng)中非線性設(shè)備的廣泛使用，勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生一些非穩(wěn)定瞬態(tài)變化分量，疊加后會(huì)引起連續(xù)周期變化的基波電壓和電流分量發(fā)生畸變，即為諧波。諧波是供配電系統(tǒng)中不可避免的隨機(jī)擾動(dòng)，給系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)、保護(hù)、計(jì)量和通訊等設(shè)備帶來較大影響，醫(yī)院電能管理系統(tǒng)中主要以總畸變率指標(biāo)(THD)來評(píng)估電能質(zhì)量。
通過計(jì)算機(jī)數(shù)字檢測(cè)法，利用DSP微處理器對(duì)采集數(shù)字信號(hào)進(jìn)行篩選和分類,可以準(zhǔn)確獲得供電電壓的基波分量和各次諾波分量，以便技術(shù)人員采取合理措施抑制和消除諧波對(duì)供配電系統(tǒng)的影響,確保醫(yī)療設(shè)備性能正常穩(wěn)定的發(fā)揮。
2 醫(yī)院電能在線監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)
按照“分散監(jiān)測(cè)、集控管理"原則設(shè)計(jì)醫(yī)院電能管理系統(tǒng)，由監(jiān)控終端層、變配電臺(tái)區(qū)監(jiān)控中心層和醫(yī)院電能監(jiān)控中心層共三層結(jié)構(gòu)組成。將醫(yī)院每個(gè)檢測(cè)室、手術(shù)室、實(shí)驗(yàn)室、化驗(yàn)室和*點(diǎn)部位按區(qū)域劃分為不同監(jiān)控點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)區(qū)域內(nèi)1~n監(jiān)控點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)共同組成監(jiān)控終端層的監(jiān)控終端*小功能單位，通過Internet網(wǎng)絡(luò)與10KV變配電臺(tái)區(qū)的電能質(zhì)量在線監(jiān)管中心進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的交互共享,*終經(jīng)ethernet以太網(wǎng)連接到醫(yī)院能源管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)供電電能質(zhì)量的在線監(jiān)測(cè)、智能分析、動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)和遠(yuǎn)程調(diào)度等功能，經(jīng)合理切換SVC/SVG 等無功補(bǔ)償裝置，快速響應(yīng)、吸收和抑制電網(wǎng)系統(tǒng)中由于非線性負(fù)荷引起的電壓波動(dòng)和諧波，調(diào)節(jié)電壓電流分量和校正功率因數(shù)，提高供電安全可靠性。醫(yī)院能源管理系統(tǒng)電能在線監(jiān)測(cè)集控管理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案，如圖1所示。
從圖1可知，電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的*小功能單元為監(jiān)控終端層設(shè)置的監(jiān)控點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)，它們主要負(fù)責(zé)收集用電終端的供電電壓、電流、電壓波動(dòng)、電壓閃變、三項(xiàng)電壓不平衡和諧波等電能質(zhì)量及質(zhì)量擾動(dòng)數(shù)據(jù)，并經(jīng)Internet上傳給電能質(zhì)量在線監(jiān)管中心。電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集實(shí)時(shí)用電信息后，經(jīng)DSP數(shù)據(jù)處理器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析并形成對(duì)應(yīng)調(diào)度決策。
3 雙CPU電能監(jiān)測(cè)終端及無功補(bǔ)償控制
3.1 雙CPU 電能監(jiān)測(cè)終端
電能監(jiān)控終端是醫(yī)院電能在線監(jiān)測(cè)集控系統(tǒng)的*小功能單元，也是電能數(shù)據(jù)采集、智能分析和遠(yuǎn)程傳輸?shù)暮诵。為提高監(jiān)控終端數(shù)據(jù)處理速度和精度，按照冗余原則綜合ARM在終端設(shè)備控制和DSP在數(shù)據(jù)處理方面的優(yōu)勢(shì)，構(gòu)造“ARM+DSP"雙CPU嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖2所示。
從圖2可知，醫(yī)院電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)設(shè)備主要由數(shù)據(jù)采集模塊、DSP數(shù)據(jù)處理模塊和ARM 主控模塊3個(gè)功能模塊組成。其中:數(shù)據(jù)采集模塊，主要通過前端信號(hào)調(diào)理電路和ADS8365采樣芯片，從CT和PT互感器二次采集獲取電流/電壓數(shù)據(jù)，并進(jìn)行預(yù)處理。DSP數(shù)據(jù)處理模塊是電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的核心，通過內(nèi)部IEC61850電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)算法程序分析提取獲得諧波、三相電壓不平衡度、電壓波動(dòng)、電壓閃變等電能質(zhì)量擾動(dòng)分量，并通過插值和二次采集算法確保數(shù)據(jù)處理具有較高可靠性和精度。同時(shí)，DSP模塊經(jīng)EHPI并行端口與ARM主控模塊及外部主機(jī)并行通信。ARM主控模塊具有較強(qiáng)控制性能，負(fù)責(zé)接收DSP處理后的電能質(zhì)量特性數(shù)據(jù)、在線波動(dòng)圖形生成、歷史數(shù)據(jù)分析等功能。采用ARM+DSP雙CPU嵌入式芯片結(jié)構(gòu)，利用雙核讓DSP負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理而ARM控制所有外部設(shè)備，可加快DPS數(shù)據(jù)處理效率和精度，同時(shí)可避免DSP去訪問外部設(shè)備，確保芯片數(shù)據(jù)資料管理具有一致性、實(shí)時(shí)性和可靠性。
3.2 SVC/SVG無功補(bǔ)償控制
監(jiān)測(cè)終端采集到各電能質(zhì)量在線監(jiān)管中心的電能數(shù)據(jù)后，經(jīng)通信擴(kuò)展模塊將相應(yīng)信號(hào)傳輸給無功補(bǔ)償控制柜中的無功補(bǔ)償控制器。由控制器自動(dòng)判斷實(shí)時(shí)電壓、電流、功率因數(shù)等特征數(shù)據(jù)是否滿足要求,并利用電壓會(huì)差進(jìn)行復(fù)核。如果超出設(shè)定限制則控制器經(jīng)內(nèi)部分析計(jì)算投切容量并確定是三相同步投切或是三相分相投切等控制策略，經(jīng)RS485通訊準(zhǔn)確控制 SVC/SVG集成無功補(bǔ)償電容器組的平緩?fù)肚?保持供電電壓穩(wěn)定。
4 雙CPU電能在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用分析
為了驗(yàn)證電能在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)裝置在醫(yī)院電能管理應(yīng)用中的測(cè)量準(zhǔn)確度和電能調(diào)節(jié)可靠性，按照?qǐng)D 1、2結(jié)構(gòu)組建電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)終端。結(jié)合電氣主接線進(jìn)行柜體組裝，如圖3所示。
通過編程組建電能在線監(jiān)測(cè)集控管理系統(tǒng)可視化人機(jī)界面，經(jīng)IEC61850一致性檢測(cè)、IEC61850通信規(guī)約接入測(cè)試和GB/T19862-2005準(zhǔn)確度測(cè)試，測(cè)試界面如圖4所示。
自動(dòng)校準(zhǔn)結(jié)果表明：研制的數(shù)字式多通道雙CPU電能在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng),其基波電流/電壓、諧波、三相不平衡度、電壓波動(dòng)、電壓閃變等特征指標(biāo)，均滿足IEC61850等規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的誤差限值，測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠且精度高。
經(jīng)校準(zhǔn)滿足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求后，該電能在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)裝置在醫(yī)院10KV變電站電能管理系統(tǒng)中應(yīng)用。其中，電子式CT/PT電流電壓互感器安裝在10KV進(jìn)線開關(guān)柜中，0.4KV監(jiān)測(cè)終端通過雙CPU數(shù)據(jù)采集裝置將采樣信號(hào)送到電能在線監(jiān)測(cè)裝置，再以IEC61850通信規(guī)約上傳到醫(yī)院能源管理電能在線監(jiān)測(cè)集控中心平臺(tái)。根據(jù)醫(yī)院10KV變電站實(shí)際情況，監(jiān)控/監(jiān)測(cè) 終端、數(shù)據(jù)采集模塊、DSP/ARM芯片模塊等采取集中組屏方式安裝。系統(tǒng)投運(yùn)后，各設(shè)備運(yùn)行性能穩(wěn)定，供電電能質(zhì)量評(píng)估優(yōu)良率達(dá)到98%，整個(gè)10 kV變電站供電側(cè)電能監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)一致性、實(shí)時(shí)性、完整性均好。表1~3所示為醫(yī)院采用雙CPU電能在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)10 kV側(cè)和0.4 kV電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果，監(jiān)測(cè)時(shí)間為連續(xù)24h,諧波統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為95%概率值。
從表1~3可知，本文所建立的電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠準(zhǔn)確可靠對(duì)電能特征指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行24h實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)，同時(shí)可以利用內(nèi)部DSP數(shù)據(jù)處理單元智能運(yùn)行分析生成對(duì)應(yīng)的 SVC/SVG調(diào)控決策，動(dòng)態(tài)進(jìn)行適當(dāng)無功容量補(bǔ)償。在系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)調(diào)控作用下，醫(yī)院供電電能質(zhì)量得到有效改善，電壓不平衡度*大為2.15，低于規(guī)范要求的2.5限制指標(biāo)；短時(shí)閃變*大值為0.83，長(zhǎng)時(shí)閃變*大值為0.66；均滿足規(guī)范限值要求；典型諧波分量含有率95%，統(tǒng)計(jì)值也在規(guī)范允許范圍內(nèi)。
5 AcrelEMS-MED醫(yī)院能源管理平臺(tái)
5.1平臺(tái)概述
AcrelEMS-MED醫(yī)院能源管理平臺(tái)充分結(jié)合《醫(yī)療建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》《綠色醫(yī)院建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》、《醫(yī)院建筑能耗監(jiān)管系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則》等行業(yè)規(guī)范、根據(jù)醫(yī)院用戶需求以及能源管理部門要求，采集分析能源、能耗、能效數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)以電能質(zhì)量、智慧用電相關(guān)指標(biāo)以及其他用能指標(biāo)，并與國家能源政策與用能模式改革結(jié)合。能夠輔助醫(yī)院后勤管理人員進(jìn)行能源供應(yīng)系統(tǒng)及設(shè)備的運(yùn)行管理工作，幫助醫(yī)院管理層實(shí)時(shí)掌握醫(yī)院的能耗情況，為醫(yī)院能源信息化建設(shè)和節(jié)能管理提供了良好的技術(shù)平臺(tái)。
5.2平臺(tái)組成
安科瑞醫(yī)院能源管理系統(tǒng)建立基于云平臺(tái)的“監(jiān)、控、維"一體化的能源管理系統(tǒng)，從數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、數(shù)據(jù)分析、異常預(yù)警、運(yùn)維派單、系統(tǒng)架構(gòu)和綜合數(shù)據(jù)服務(wù)等方面的設(shè)計(jì)，幫助醫(yī)院后勤管理部門了解醫(yī)院能源運(yùn)行情況，關(guān)注消防和電氣安全，及時(shí)預(yù)警異常情況，提高運(yùn)維效率。它集成了10KV/O.4KV變電站電力監(jiān)控系統(tǒng)、變電所運(yùn)維云平臺(tái)，配電房綜合監(jiān)控系統(tǒng)，能耗管理系統(tǒng)，智能照明控制系統(tǒng)，智慧消防平臺(tái)，電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)，防火門監(jiān)控系統(tǒng)，消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)，充電樁管理系統(tǒng)，電能質(zhì)量治理解決方案，醫(yī)療隔離電源解決方案，
5.3平臺(tái)拓?fù)鋱D
5.4平臺(tái)子系統(tǒng)
（1）醫(yī)院電力監(jiān)控解決方案
電力監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器、柴油發(fā)電機(jī)、斷路器以及其它重要設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視、測(cè)量、記錄、報(bào)警等功能，并與保護(hù)設(shè)備和遠(yuǎn)方控制中心及其他設(shè)備通信，實(shí)時(shí)掌握供電系統(tǒng)運(yùn)行狀況和可能存在的隱患，快速排除故障，提高醫(yī)院供電可靠性。
電力監(jiān)控系統(tǒng)主要針對(duì)開閉所和10/0.4kV變電所，對(duì)高壓回路配置微機(jī)保護(hù)裝置及多功能儀表進(jìn)行保護(hù)和監(jiān)控，對(duì)0.4kV出線配置多功能計(jì)量?jī)x表，用于測(cè)控出線回路電氣參數(shù)和用能情況。同時(shí)對(duì)醫(yī)院重要設(shè)備如柴油發(fā)電機(jī)、無功補(bǔ)償裝置、有源濾波裝置、UPS、隔離電源系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
（2）醫(yī)院變電所運(yùn)維云平臺(tái)解決方案
AcrelCloud-1000電力運(yùn)維云平臺(tái)采用多功能電力傳感器、無線通信、邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)及大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，通過智能網(wǎng)關(guān)采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)在本地，再定時(shí)向云平臺(tái)推送數(shù)據(jù)。平臺(tái)采集的數(shù)據(jù)包括變電所回路電氣參數(shù)和變壓器溫度、環(huán)境溫濕度、浸水、煙霧、視頻、門禁等信息，有異常發(fā)生10S內(nèi)通過短信和APP發(fā)出告警信號(hào)。平臺(tái)通過手機(jī)APP下發(fā)運(yùn)維任務(wù)到相關(guān)人員手機(jī)上，并通過GPS跟蹤運(yùn)維執(zhí)行過程進(jìn)行閉環(huán)，提高運(yùn)維效率，即時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行缺陷并做消缺處理。
（3）醫(yī)院配電房綜合監(jiān)控系統(tǒng)解決方案
Acrel-2000E配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)開關(guān)柜運(yùn)行監(jiān)控、高壓開關(guān)柜帶電顯示、母線及電纜測(cè)溫監(jiān)測(cè)、環(huán)境溫濕度監(jiān)測(cè)、有害氣體監(jiān)測(cè)、安防監(jiān)控，可對(duì)燈光、風(fēng)機(jī)、除濕機(jī)、空調(diào)控制等設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制。實(shí)現(xiàn)動(dòng)力環(huán)境各數(shù)據(jù)的檢測(cè)與設(shè)備控制，優(yōu)化動(dòng)力環(huán)境，避免運(yùn)行環(huán)境的失控導(dǎo)致配電設(shè)備運(yùn)行故障，保證維護(hù)人員安全，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，實(shí)現(xiàn)配電動(dòng)力環(huán)境的分布式遠(yuǎn)程管理。
（4）醫(yī)院能耗管理系統(tǒng)解決方案
對(duì)建筑各類耗能設(shè)備能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。能夠合理的確定各科室建筑能耗經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及績(jī)效考核指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)能源使用規(guī)律和能源浪費(fèi)情況，提高人員主動(dòng)節(jié)能的意識(shí)。
① 搭建醫(yī)院智慧能源管理系統(tǒng)的基本框架，對(duì)各個(gè)用能環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；
② 排碳數(shù)據(jù)化：通過系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)建筑單位內(nèi)人均能耗分析（包括水、電、能量），實(shí)現(xiàn)低碳辦公數(shù)據(jù)化；
③ 區(qū)域能效比：實(shí)現(xiàn)建筑單位內(nèi)區(qū)域能耗對(duì)比，方便能耗考核；
④ 同期能效比：實(shí)現(xiàn)同年、同期、同一區(qū)域能耗對(duì)比，方便節(jié)能數(shù)據(jù)分析；
⑤ 能耗評(píng)估管理：按照能源消耗定額標(biāo)準(zhǔn)約束值、標(biāo)準(zhǔn)值、引導(dǎo)值進(jìn)行分析單位面積能耗和人均能耗指標(biāo)；
⑥ 能耗競(jìng)爭(zhēng)排名：各個(gè)科室能耗對(duì)比，實(shí)現(xiàn)能耗排名，增強(qiáng)全院工作人員的節(jié)能意識(shí)；
⑦ 對(duì)能耗的使用數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合的分析、統(tǒng)計(jì)、打印和查詢等功能，并根據(jù)能耗監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的需要可選擇不同樣式報(bào)表的打印。為能耗運(yùn)營管理部門提供可靠的依據(jù)；
⑧ 能耗數(shù)據(jù)采集，隨時(shí)查詢，并根據(jù)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，監(jiān)測(cè)異常能源用量，對(duì)能源智能儀表故障進(jìn)行報(bào)警，提高系統(tǒng)信息化、自動(dòng)化水平。
（5）醫(yī)院智能照明控制系統(tǒng)解決方案
醫(yī)院人流比較密集，科室較多，照明用電在醫(yī)院電能消耗中約占到15%左右。所以合理使用照明控制系統(tǒng)，在提升醫(yī)生和患者的體驗(yàn)情況下大程度使用自然光照明，通過感應(yīng)控制做到人來燈亮，人走燈滅或保持地強(qiáng)度照明，盡量解決照明用電。
ASL1000智能照明控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景控制、時(shí)間控制、區(qū)域控制、光照度感應(yīng)控制以及紅外感應(yīng)控制等多種控制方式，能有效避免公共區(qū)域的照明浪費(fèi)，還可以幫助醫(yī)院管理照明。
系統(tǒng)在配電箱內(nèi)的模塊主要有總線電源、開關(guān)驅(qū)動(dòng)器、IP網(wǎng)關(guān)、耦合器、干接點(diǎn)輸入模塊等。這些模塊使用35mm標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝。
安裝在控制現(xiàn)場(chǎng)的模塊主要有光照度傳感器、紅外傳感器和智能面板。有人經(jīng)過可以設(shè)定紅外感應(yīng)控制亮燈，人離開后在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)熄燈，智能面板等手動(dòng)控制設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、現(xiàn)場(chǎng)控制和值班室遠(yuǎn)程控制相結(jié)合。
（6）醫(yī)院智慧消防平臺(tái)解決方案
智慧消防云平臺(tái)基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等現(xiàn)代信息技術(shù)，將分散的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警設(shè)備、電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備、智慧煙感探測(cè)器、智慧消防用水等設(shè)備連接形成網(wǎng)絡(luò)，并對(duì)這些設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行智能化感知、識(shí)別、定位，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采集消防信息，通過云平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢(shì)分析，幫助實(shí)現(xiàn)科學(xué)預(yù)警火災(zāi)、網(wǎng)格化管理、落實(shí)多元責(zé)任監(jiān)管等目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)了無人化值守智慧消防，實(shí)現(xiàn)智慧消防“自動(dòng)化"、“智能化"、“系統(tǒng)化"需求。從火災(zāi)預(yù)防，到火情報(bào)警，再到控制聯(lián)動(dòng)，在統(tǒng)一的系統(tǒng)大平臺(tái)內(nèi)運(yùn)行，用戶、安保人員、監(jiān)管單位都能夠通過平臺(tái)直觀地看到每一棟建筑物中各類消防設(shè)備和傳感器的運(yùn)行狀況，并能夠在出現(xiàn)細(xì)節(jié)隱患、發(fā)生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時(shí)間內(nèi)，相關(guān)報(bào)警和事件信息通過手機(jī)短信、語音電話、郵件提醒和APP推送等手段，就迅速能夠迅速通知到達(dá)相關(guān)人員。
（7）醫(yī)院電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)解決方案
電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)作為火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的預(yù)警子系統(tǒng)，由電氣火災(zāi)監(jiān)控主機(jī)、電氣火災(zāi)監(jiān)控單元、剩余電流式電氣火災(zāi)探測(cè)器以及測(cè)溫式電氣火災(zāi)探測(cè)器組成，通過現(xiàn)場(chǎng)總線構(gòu)成一套完整的預(yù)防電氣火災(zāi)的監(jiān)控系統(tǒng)，數(shù)據(jù)可集成至企業(yè)消控室監(jiān)控系統(tǒng)。
醫(yī)院電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)以建筑為單位設(shè)置，采集數(shù)據(jù)后上傳至值班室監(jiān)控主機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑電氣安全預(yù)警，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)置的傳感器監(jiān)測(cè)配電系統(tǒng)回路的漏電電流和線纜溫度，異常時(shí)實(shí)時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，重點(diǎn)關(guān)注門診樓、住院樓、醫(yī)技樓等區(qū)域漏電或者電纜發(fā)熱等問題。
（8）醫(yī)院消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)解決方案
醫(yī)院消防安全非常重要，消防設(shè)備比較多，消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)主要功能就是用于監(jiān)測(cè)消防設(shè)備的工作電源是否正常，保障在發(fā)生火災(zāi)時(shí)消防設(shè)備可以正常投入使用。
消防設(shè)備電源監(jiān)控監(jiān)控系統(tǒng)采用消防二總線，以建筑為單位設(shè)置區(qū)域分機(jī)采集消防設(shè)備電源狀態(tài)，區(qū)域分機(jī)通過二總線接收多臺(tái)傳感器的電壓、電流信息和開關(guān)狀態(tài)信息，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)消防設(shè)備電源工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)視。
（9）醫(yī)院防火門監(jiān)控系統(tǒng)解決方案
醫(yī)院防火門數(shù)量比較多，由于部分區(qū)域經(jīng)常有人走動(dòng)，常開常閉防火門數(shù)量都不少，防火門監(jiān)控系統(tǒng)的作用就是監(jiān)測(cè)防火門開閉狀態(tài)，在發(fā)生火災(zāi)后自動(dòng)關(guān)閉常開防火門，防止煙霧擴(kuò)散。防火門監(jiān)控系統(tǒng)采用消防二總線將具有通信功能的監(jiān)控模塊相互連接起來，用于監(jiān)測(cè)和控制防火門狀態(tài)，當(dāng)防火門發(fā)生異常位置信號(hào)時(shí)，防火門監(jiān)控器能發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)，指示故障報(bào)警部位并保存故障報(bào)警信息。發(fā)生火災(zāi)時(shí)，關(guān)閉事故區(qū)域所有常開防火門，防止煙霧向安全區(qū)域擴(kuò)散。
（10）醫(yī)院消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)解決方案
醫(yī)院人員流動(dòng)性強(qiáng)，密度大，消防比較復(fù)雜，一旦發(fā)生火災(zāi)，疏散指示系統(tǒng)非常重要。消防應(yīng)急照明和指示系統(tǒng)可以和火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，提供應(yīng)急照明和疏散路徑指示，指引人群快速找到疏散出口，并可以一鍵選擇疏散應(yīng)急預(yù)案，提升人員逃生概率。
（11）醫(yī)院有源諧波治理系統(tǒng)解決方案
都是諧波源，比如X光機(jī)、CT機(jī)等都會(huì)產(chǎn)生大量諧波，諧波使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低，使電氣設(shè)備過熱、產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀。諧波可引起電力系統(tǒng)局部并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設(shè)備燒毀。諧波還會(huì)引起繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置誤動(dòng)作，使電能計(jì)量出現(xiàn)混亂。對(duì)于醫(yī)院的精密化驗(yàn)設(shè)備可能會(huì)產(chǎn)生干擾。
為了消除配電系統(tǒng)諧波對(duì)醫(yī)院設(shè)備的影響，方案配置AnSinI有源濾波器，濾除電網(wǎng)2~31次諧波干擾。
AnSinI系列有源電力濾波裝置，以并聯(lián)方式接入電網(wǎng)，通過實(shí)時(shí)檢測(cè)負(fù)載的諧波和無功分量，采用PWM變流技術(shù)，從變流器中產(chǎn)生一個(gè)和當(dāng)前諧波分量和無功分量對(duì)應(yīng)的反向分量并實(shí)時(shí)注入電力系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)諧波治理和無功補(bǔ)償。
（12）醫(yī)院充電樁系統(tǒng)解決方案
醫(yī)院停車場(chǎng)有電動(dòng)汽車和電動(dòng)自行車，均需要提供充電樁。充電樁管理系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)接入系統(tǒng)的充電樁站點(diǎn)和各個(gè)充電樁進(jìn)行不間斷地?cái)?shù)據(jù)采集和監(jiān)控，解決物業(yè)、用電管理部門的充電樁使用、監(jiān)控問題。電動(dòng)自行車充電可采用投幣、掃碼充電方式，電動(dòng)汽車支持IC卡和掃碼充電方式。遠(yuǎn)程充電樁系統(tǒng)可實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程完成啟動(dòng)充電、強(qiáng)制停止、單價(jià)設(shè)置等控制指令，用戶可通過APP、微信、支付寶小程序掃描二維碼，進(jìn)行支付后，系統(tǒng)發(fā)起充電請(qǐng)求，控制二維碼對(duì)應(yīng)的充電樁完成電動(dòng)汽車的充電過程。同時(shí)對(duì)各類故障如充電機(jī)過溫保護(hù)、充電機(jī)輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測(cè)故障等一系列故障進(jìn)行預(yù)警；能夠遠(yuǎn)程控制，提供財(cái)務(wù)報(bào)表和數(shù)據(jù)分析等功能。
（13）醫(yī)院醫(yī)療隔離電源解決方案
《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》14.7.6.3條明確規(guī)定：在電源突然中斷后，重大醫(yī)療危險(xiǎn)的場(chǎng)所，應(yīng)采用電力系統(tǒng)不接地（IT系統(tǒng)）的供電方式。同時(shí)《醫(yī)院潔凈手術(shù)部建筑技術(shù)規(guī)范》GB50333-2002中規(guī)定：2類醫(yī)療場(chǎng)所在維持患者生命，外科手術(shù)和其他位于患者周圍的電氣裝置均應(yīng)采用醫(yī)用IT系統(tǒng)。如：搶救室（門診手術(shù)室）、手術(shù)室、心臟監(jiān)控治療室、導(dǎo)管介入室、血管照影檢查室等。
安科瑞電氣股份有限公司的醫(yī)療隔離電源解決方案是針對(duì)醫(yī)療Ⅱ類場(chǎng)所的供電需求而開發(fā)設(shè)計(jì)的，能夠很好的滿足各類手術(shù)室和重癥監(jiān)護(hù)室對(duì)電源安全性和可靠性的要求，并符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
6 相關(guān)平臺(tái)部署硬件選型清單
6.1電力監(jiān)控系統(tǒng)硬件配置
應(yīng)用場(chǎng)合 | 名稱 | 系列型號(hào) | 圖片 | 功能 |
系統(tǒng)后臺(tái) | 電力監(jiān)控軟件 | Acrel-2000/Z |
| 數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、數(shù)字通信、遠(yuǎn)程操作與程序拉制、權(quán)限管理、車件記錄與告營、故障分析、各類報(bào)表 |
通訊層 | 智能網(wǎng)關(guān) | Anet系列 |
| 8個(gè)RS485串口2kV隔離，2個(gè)以太網(wǎng)接口，支持ModbusRTU、IEC-60870-5-101/103/104、CJ/T188、DL/T645等通訊協(xié)議設(shè)備的接入，支持ModbusRTU、ModbusTCP、IEC-60870-5-104等上傳協(xié)議、支持多中心不同數(shù)據(jù)服務(wù)要求，支持?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)傳，裝置電源:220VAC/DC。 |
35KV、10KV | 微機(jī)保護(hù)裝置 | AM6-x |
| 相間電流速斷保護(hù)，相間電流速斷保護(hù)（可帶低壓閉鎖），相間過電流保護(hù)（可帶低壓閉鎖），兩段式零序過流保護(hù)，反時(shí)限相間過流保護(hù)（可帶低壓閉鎖），零序反時(shí)限過流保護(hù)，過負(fù)荷保護(hù)，控制回路異常告警。 |
35KV\10KV進(jìn)線側(cè) | 電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置 | APView500 |
| 相電壓電流＋零序電壓零序電流，電壓電流不平衡度，有功無功功率及電能、事件告警及故障錄波，諧波（電壓/電流63次諧波、63組間諧波、諧波相角、諧波含有率、諧波功率、諧波畸變率、K因子）、波動(dòng)/閃變、電壓暫升、電壓暫降、電壓瞬態(tài)、電壓中斷、1024點(diǎn)波形采樣、觸發(fā)及定時(shí)錄波，波形實(shí)時(shí)顯示及故障波形查看，PQDIF格式文件存儲(chǔ)，內(nèi)存32G，16D0＋22D1，通訊2RS485＋1RS232＋1GPS，3以太網(wǎng)接口（＋1維護(hù)網(wǎng)口）＋1USB接口支持U盤讀取數(shù)據(jù)，支持61850協(xié)議。 |
35KV/10KV測(cè)量 | 多功能網(wǎng)絡(luò)電力儀表 | APM-520 |
| 具有三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ）、電能統(tǒng)計(jì)、電能質(zhì) |
35KV\10KV帶電顯示裝置 | 智能操控裝置 | ASD500 |
| 5寸大液晶彩屏動(dòng)態(tài)顯示一次模擬圖及彈簧儲(chǔ)能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗(yàn)電、核相、3路溫溫度控制及顯示、遠(yuǎn)方/就地、分合閘、儲(chǔ)能旋鈕預(yù)分預(yù)合閃光指示、分合閘完好指示、分合閘回路電壓測(cè)量、人體感應(yīng)、柜內(nèi)照明控制、1路以太網(wǎng)、2路RS485、1路USB接口、GPS對(duì)時(shí)、高壓柜內(nèi)電氣接點(diǎn)無線測(cè)溫、全電參量測(cè)溫、脈沖輸出、4～20mA輸出； |
35KV\10KV弧光保護(hù) | 弧光保護(hù)裝置 | ARB5-x |
| 主控單元，可接20路弧光信號(hào)或4個(gè)擴(kuò)展單元，配置弧光保護(hù)（8組）、失靈保護(hù)（4組）、TA斷線監(jiān)測(cè)（4組）、11個(gè)跳閘出口； |
35KV\10KV配電柜 | 無線測(cè)溫 | ATE400（PT柜選用ATE200） |
| 監(jiān)測(cè)母線、線纜接頭、斷路器觸臂、觸頭溫度，可通過無線傳輸至ASD320就地顯示，也可以上傳至監(jiān)控系統(tǒng)。電源分為內(nèi)置電池式和感應(yīng)取電式，固定方式有螺栓固定，表帶式捆綁，測(cè)溫范圍-50℃-125℃，精度±1℃ |
0.4KV進(jìn)線 | 多功能網(wǎng)絡(luò)電力儀表 | APM-520(96外型) |
| 具有三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ）、電能統(tǒng)計(jì)、電能質(zhì) |
電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置 | APView500 |
| 相電壓電流＋零序電壓零序電流，電壓電流不平衡度，有功無功功率及電能、事件告警及故障錄波，諧波（電壓/電流63次諧波、63組間諧波、諧波相角、諧波含有率、諧波功率、諧波畸變率、K因子）、波動(dòng)/閃變、電壓暫升、電壓暫降、電壓瞬態(tài)、電壓中斷、1024點(diǎn)波形采樣、觸發(fā)及定時(shí)錄波，波形實(shí)時(shí)顯示及故障波形查看，PQDIF格式文件存儲(chǔ)，內(nèi)存32G，16D0＋22D1，通訊2RS485＋1RS232＋1GPS，3以太網(wǎng)接口（＋1維護(hù)網(wǎng)口）＋1USB接口支持U盤讀取數(shù)據(jù)，支持61850協(xié)議。 | |
測(cè)溫監(jiān)控裝置 | ARTM-Pn-E |
| 無線測(cè)溫采集可接入60個(gè)無線測(cè)溫傳感器；U、I、P、Q等全電參量測(cè)量；2路告警輸出；1路RS485通訊； | |
無線測(cè)溫傳感器 | ATE400 |
| 監(jiān)測(cè)母線、線纜接頭、斷路器觸臂、觸頭溫度，可通過無線傳輸至ASD320就地顯示，也可以上傳至監(jiān)控系統(tǒng)。電源分為內(nèi)置電池式和感應(yīng)取電式，固定方式有螺栓固定，表帶式捆綁，測(cè)溫范圍-50℃-125℃，精度±1℃ | |
0.4KV濾波柜 | 有源諧波治理系統(tǒng) | AnSin-xxx |
| 有源電力濾波器井聯(lián)在含諧波負(fù)載的低壓配電系統(tǒng)中，能夠?qū)?dòng)態(tài)變化的諧波電流進(jìn)行快速實(shí)時(shí)的跟蹤和補(bǔ)償， |
0.4KV補(bǔ)償柜 | 有源無功補(bǔ)償系統(tǒng) | AnCos-xxx |
| 低壓無功功率補(bǔ)償裝置并聯(lián)在整個(gè)供電系統(tǒng)中，能根據(jù)電網(wǎng)中負(fù)載功率因數(shù)的變化通過控制器控制電力電容器投切進(jìn)行補(bǔ)償,無功功率補(bǔ)償裝置采用散件組成方案，主要以電容電抗、投切開關(guān)、控制器等組成。 |
0.4KV饋線 | 多功能網(wǎng)絡(luò)電力儀表 | APM-510(72外型) |
| 具有三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ）、電能統(tǒng)計(jì)、電能質(zhì) |
電氣火災(zāi)監(jiān)測(cè)模塊 | ARCM200系列 |
| 三相(I、U、kW、Kvar、kWh、Kvarh、Hz、cos中)，視在電能、四象限電能計(jì)量，單回路剩余電流監(jiān)測(cè)，4路溫度監(jiān)測(cè)，2路繼電器輸出，4路開關(guān)量輸入，事件記錄，內(nèi)置時(shí)鐘，點(diǎn)陣式LCD顯示，2路獨(dú)立RS485/Modbus通訊 | |
測(cè)溫監(jiān)控裝置 | ARTM-Pn-E |
| 無線測(cè)溫采集可接入60個(gè)無線測(cè)溫傳感器；U、I、P、Q等全電參量測(cè)量；2路告警輸出；1路RS485通訊； | |
無線測(cè)溫傳感器 | ATE400 |
| 合金片固定，CT感應(yīng)取電，啟動(dòng)電流大于5A，測(cè)溫范圍-50-125C，測(cè)量精度±1℃；無線傳輸距離空曠150米； | |
低壓回路 | 電流互感器 | AKH-0.66系列 |
| 測(cè)量型互感器，采集交流電流信號(hào) |
6.2
7 結(jié)語
可靠供電是醫(yī)院檢測(cè)、監(jiān)測(cè)和治療等醫(yī)療儀器設(shè)備性能正常穩(wěn)定發(fā)揮的重要保證措施。通過電能質(zhì)量在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)控，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)供配電系統(tǒng)中存在的安全隱患，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)SVC/SVG裝置進(jìn)行無功補(bǔ)償，能有效降低和預(yù)防供電對(duì)醫(yī)療設(shè)備性能的影響。本文以完善醫(yī)院電能質(zhì)量管理角度出發(fā),選定三相不平衡度、電壓閃變和諧波分量作為電能質(zhì)量評(píng)估重要特征指標(biāo)，構(gòu)筑“ARM+DSP"雙CPU嵌入式電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)在醫(yī)院能源管理系統(tǒng)中的合理應(yīng)用，不僅能夠滿足電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)需求，同時(shí)可以根據(jù)供配電系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行工況靈活選擇補(bǔ)償模式和補(bǔ)償容量，具有數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確度高、傳輸速率快、調(diào)控穩(wěn)定可靠、適應(yīng)性和擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景良好。
參考文獻(xiàn)
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