金華人民醫院UPS供電保障方案

　　摘要：隨著中國經濟的飛速發展，中國的醫療系統水平也快速上升，各級醫院都在不斷的完善其軟硬件建設水平。醫療系統信息化、精密化已經成為一個共識。所以，UPS等高可靠供電保障系統也逐步應用到醫院機房及重要醫療系統的供電。本文藉由對金華人民醫院新病房大樓UPS供電保障系統案例，討論醫療系統中UPS設計所需遵循的標準、設計、選型的原則要素。
　　
　　關鍵詞：醫療系統供電保障系統信息化UPSHIFTNT
　　
　　1、前言
　　
　　金華市人民醫院為了改善住院條件，目前，醫院投入資金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*、功能齊全，已經投入使用。為提高整個醫院的醫療服務水平及信息化程度，新大樓設計了統一的計算機數據中心，中心設置專門的UPS機房，包括機房UPS及醫療系統支撐UPS。
　　
　　根據負載功率初步統計情況，UPS按如下功率需求進行配置：機房配置模塊化120kVAUPS1臺，后備時間1h；大樓ICU、*、手術室等系統，配置260kVA以上UPS1臺，后備時間4h；要求UPS具有：高可靠性、高可用性、環保節能。
　　
　　根據《GB/T16895.24-2005建筑物電氣裝置第7-710部分：特殊裝置或場所的要求醫療場所》標準要求，手術室、ICU、呼吸系統等屬于2類醫療場所，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，且目前各系統均多數采用微機數字化控制。因此，上述系統一般建議配置UPS不間斷電源系統，以保證為該場所內的醫療電器設備提供一個安全、可靠的電源，以確保病人的安全、提高醫療服務質量。
　　
　　醫療場所安全設施的分級見附錄[1]，醫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HIFT120kVAUPS。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療場所》規定要求，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。　　　　
　　HIFT系列UPS采用模塊化設計的結構彈性，可實現N+1、N+2、N+3、N+4、N+5…的模塊N+X冗余，供電系統擁有zui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。HIFTUPS具有隨需擴容的性能優勢，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，zui大可擴充至480kVA的冗余供電系統。
　　
　　本次根據現場負載需求，臺達提供一種更經濟的HIFTUPS供電系統冗余配置方案，采用HIFT120kVAUPS1臺，由6個20kVA模塊組成總功率120kVA，模塊5+1并聯冗余系統。輸出側采用TN-S配電系統，確保供電系統更安全可靠、提供更佳的保護效果。
　　
　　2.2醫療系統用UPS選型
　　
　　大樓內醫療系統采用臺達GES-NT系列大型工業級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療場所》規定。UPS輸出屏根據輸出各樓層用點需要，設置配電回路，為*系統、ICU、手術室及各樓層護士站等提供供電回路。系統建議配置結構如圖2所示。　　　　
　　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、電信系統、衛星系統、網絡系統、醫療設備、安全緊急逃生設備、監控保全系統、各種工廠設備。
　　
　　NT系列UPS，采用*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，為廣大信息用戶的守護神。
　　
　　2.3電池容量計算
　　
　　電池容量計算，參考行業標準《YD/T5040-2005通信電源設備安裝工程設計規范》進行。計算公式為　　
　　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）；
　　
　　η——放電容量系數；
　　
　　t——實際電池放電所在地zui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；
　　
　　&Alpha;——電池溫度系數（1/℃），當放電小時率≥10h，取α=0.006；當1≤放電小時率<10h，取α=0.008；當放電小率<1h，取α=0.01。
　　　　
　　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。
　　
　　式中:S——UPS額定容量（KVA）；
　　
　　I——蓄電池的計算放電電流（A）；
　　
　　μ——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）。
　　
　　各系統計算結果列于表2。
　　

內 容		備 注	機房系統	醫療系統
1小時段計算	S1	總負荷（VA）	120000	250000
	μ	逆變器的效率，為0.95	0.95	0.95
	VCELL	電池單體放電電壓	1.85	1.85
	U	逆變器輸入電壓	444	321.9
	I1	I1=（S1×0.8/（μ×U）	227.6	654.0
	K	K=1.25	1.25	1.25
	T1	放電小時數=1小時	1	4
	η	放電容量系數	0.55	0.79
	α	電池溫度系數，取0.008	0.008	0.008
	t	環境zui低溫度，取20℃	20	20
	Q	Q=KT1I1/（η×（1+α×（t-25）））	497	3980
電池配置			12V/120Ah×4組	2V 2000Ah×2組

　　
　　3、項目UPS功能特性介紹
　　
　　3.1HIFT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，大大提升了故障維護和未來擴容的方便性。　　　　
　　傳統UPS在故障時轉到旁路，用戶一般不敢拆開機器，只能打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，提高了系統運行的可用性。
　　
　　3.1.2IGBT整流技術
　　
　　采用的IGBT整流技術，使HIFT具有優異的輸入特性，可為綠色產品的*，輸入功率因數≥0.99,輸入電流諧波失真<3%，是業界zui高指標。該指標可以使用戶的輸入電纜、空開、無功補償柜、發電機的容量降低，降低了用戶整個系統的安裝材料成本。一般6脈沖的UPS需要按配比配置發電機的容量，按照經驗發電機容量需要比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zui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TIA-942標準的zui高可用性第IV等級方案里,需要采用LBS同步控制,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,提升了系統可靠性,同時滿足了用戶的需求有節約了成本.
　　
　　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,實現系統的真正模塊化，同時也可實現整個系統達480kVA的容量需求.
　　
　　3.2NT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補償電流的參數，使各UPS之間的電壓保持穩定一致，環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*的并機同步整流技術，實時監測并機系統中各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故障退出系統后，整套電池仍能對UPS系統供電，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
　　
　　多段式冷卻風扇速度控制，改善系統可靠度、效率、噪音及提高風扇使用壽命。
　　
　　4、總結
　　
　　秉承臺達產品優異的品質，良好的市場口碑，以及專業售前技術支援，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。為金華人民醫院今后的信息化發展建設獻上一股穩固的推進力。