首都医科大学附属北京安贞医院 于孟冬

应急电源是保障医院安全生产的基础运行设备设施，与一般企事业单位供电需求相比，医院供电保障直接关系到患者生命安全，其应急电源系统的安全可靠性尤为重要。应急电源系统包括柴油发电机组、UPS不间断电源系统、EPS应急电源系统等设备。其中UPS既解决不间断供电问题，又解决电能质量问题，例如医院计划内或计划外停电导致市电断电，或造成电压过载、电压和频率谐波和闪烁等问题。计划外断电会威胁患者生命安全，损坏医疗设备，造成医疗事故，信息系统瘫痪，损害医院的声誉。所以要求工程建设单位、设备生产安装单位、运行维保单位应协作高质高效的保障医院供电系统安全。

根据国家标准《建筑物电气装置 第7-710部分：特殊装置或场所的要求 医疗场所》（GB 16895.24-2005）、《综合医院建筑设计规范》（GB 51039-2014）、《医疗建筑电气设计规范》（JGJ 312-2013）与医院变配电系统需要，“一级负荷”与“一级负荷中特别重要的负荷”应设在线式UPS不间断电源。在实际工程项目建设中，首先是遵守电气设计规范，其次是根据医院应用需求，合理选配UPS规格及配置接线方式。本文以我院两个在建医院模块化UPS集中式供电改造案例为例，论述了模块化UPS集中式供电方式的优势及应用，以此探讨应急电源系统的技术发展与应用前景。

1 模块化UPS的优势

模块化UPS的结构特点是由功率模块、静态旁路模块、显示通信模块等可热插拔独立标准化模块组成，相对于传统塔式UPS，模块化UPS具有三大优势。

第一，模块化冗余并联。各模块之间的并联控制采用了分散式逻辑控制方式，没有主机与从机之分，功率模块平均分担负载，任何一个模块拔出或插入均不会影响其它模块的正常工作，按需构成N+1，N+X冗余系统，使设备无单点故障，增加了整机工作的可靠性。

第二，能耗管理提高运行效率。根据当前的业务需求进行配置，并且能在以后添加更多模块。使设备长期运行在最佳工况，供电系统能随需应变，让容量随着业务的发展而实现“动态成长”。既满足了后期业务的扩展需求，又降低了用户的初期购置成本。

第三，标准化模块简化运维工作。传统UPS需要专业技术人员到现场维修，还会面临备品备件升级或停产，售后服务无法保证。模块化UPS所有模块标准化生产销售，都允许热插拔，运维人员可以快速介入维护，直接在线更换UPS备用模块。

2 UPS集中式供电系统的优势

医疗场所需要UPS供电的设备除具有可靠性高的要求外，普遍存在终端设备布置分散的特点，如临床科室中手术室、急诊抢救室、重症监护室、血液透析室、导管介入室等；医技科室中检验科、超声影像科等；信息中心管理的下级服务器交换机等，均分散布置在不同建筑物不同楼层内。根据各场所的功能平面布置及用电负荷不同，UPS电源可以采用单台集中设置和多台分散设置两种方式。分散式供电系统的UPS安装在用电负荷附近为专属设备供电，单台容量较小，便于就近监测和移动，设备采购和施工成本相对较低。但这种看似简单实用的配电方式却存在极大的安全隐患。首先，UPS不间断电源系统除了电源设备主机外，还包括蓄电池组，蓄电池的选配至关重要，它不仅关系到停电后延续时间长短，而且是极易触发燃烧爆炸的危险品，如果选配及安装运维不当，极有可能造成重大安全事故。其次，一方面各科室以医疗设备诊疗治疗为主，医护人员对电源设备无法进行专业操作，如出现堆放杂物、人员触碰等行为极易引发设备损坏和人员伤亡。另一方面，也不利于后勤电工人员统一管理监控设备运行情况和进行日常维护保养工作。

基于以上分散式供电的不足之处，集中式供电系统优势显而易见。第一，将UPS电源设备，尤其是生命周期较短和易燃爆的蓄电池，规划设计在空间及温度都达标的运行环境良好的专用机房内，有利于延长设备使用寿命，由电气专业人员定期巡视检查，加强了统一管理。第二，大功率UPS在元器件性能上优于小功率UPS，不仅功能完善，而且更加坚固耐用。第三，采用集中式大功率UPS的同时，在配电系统中配套双电源进线和加装手动维修旁路开关，可以保证UPS可靠运行和设备维修更换时的供电连续性。

3 医院模块化UPS集中式供电改造需求和分析

下面通过安贞医院两个模块化UPS集中式供电改造项目为例进行分析。

案例1：安贞医院信息中心UPS电源分散式改集中式供电改造项目（图1）

图1 安贞医院信息中心UPS电源分散式改集中式供电改造项目示意图

安贞医院医疗楼南北两侧弱电竖井内，分散配置小功率UPS（5kVA主机内置电池或外置电池）为各楼层信息网络交换机提供应急电源，共计2套×17层=34套UPS设备。因弱电竖井内设备数量不断增加导致井道内温度过高严重影响UPS主机散热及蓄电池运行寿命；部分竖井空间不足甚至导致UPS被包裹在弱电线缆当中，无维护空间更无法更换超期运行的蓄电池，易发生过火灾事故。为迫切排除安全隐患，合理规划UPS电源配置，逐一排查现场设备运行工况后，将原竖井分散式UPS电源进行集中式供电改造。拆除34套小功率UPS设备，在信息中心UPS机房内配置2台大功率模块化150kVA UPS主机及配套蓄电池，分别为南北两侧竖井信息网络交换机供电，由UPS输出配电柜先配电至低楼层、中楼层、高楼层3个二级配电箱，再配电至就近楼层终端配电箱。每台UPS上级电源为双路市电输入，保障供电可靠性。信息中心UPS机房运行环境优良，有专业人员值守并监控，利于UPS设备及蓄电池的高效运维。

案例2：安贞院手术室UPS电源分散式改集中式供电改造项目（图2）

图2 安贞医院手术室UPS电源分散式改集中式供电改造项目示意图

安贞医院共10间手术室，改造前在各手术室墙外隔间内分别安装10kVA UPS主机及配套蓄电池组，各配电箱均为双路市电（主路总配箱出线/副路总配箱出线）进线，经过双电源切换装置后向无影灯、吊塔插座等重要医疗设备负荷经UPS供电。该接线方式为典型UPS电源分散式供电设计，优点是双电源进线稳定可靠、UPS电源就近于负荷供电范围清晰；但现场隔间狭小封闭，蓄电池甚至只能安装在高于2米的墙壁支架上，无法保证UPS主机散热空间和蓄电池巡检，存在极大安全隐患，同时手术室净化区域对电缆敷设施工及非医护人员日常巡检维护都有很大局限。

综合分析负荷性质、施工可行性、运维需求，将手术室UPS电源分散式改集中式供电改造，在手术室同楼层独立房间内配置集中式大功率模块化100kVA UPS主机及配套蓄电池，UPS电源由市电主路、副路经电源切换装置直接为总配箱供电，拆除原分散小功率UPS主机及配套蓄电池并用端子可靠短接。改造后不仅保证了手术室双电源可靠供电，而且UPS设备运行环境良好，更方便了运维人员日常巡检维护设备，为手术室顺利完成医疗手术提供高质量持续稳定的电源保障。

医院用电负荷大、级别高，供电系统复杂。改造前的配置是每个手术隔间或竖井配置一台5-10kVA的UPS，空间狭小，不便于操作，并且占用了手术室配电间及弱电机房的空间，影响其他设备的布置；改造后将UPS集中放置在专用机房，空间宽阔，便于专业的操作，同时释放了手术隔间及弱电间的空间，方便以后的更新和改造。保证医院中各种精密医疗设备及信息系统的可靠运行，是确保医院救治工作正常开展的必要条件。改造前当前的设备都是单机运行，没有冗余，如果设备故障，将直接导致系统瘫痪，无法提供高质量输出，而且也没有合理的监控系统了解到每一台的实际状态，即便发生问题也无法第一时间知道UPS及电池的状态，这样会错失关键的维护时机，造成隐患扩大，甚至重大事故的可能性；改造后的模块化方案，提供N+1甚至N+X的保护，即便一个模块故障，也不会造成系统输出异常，安全性提升50%以上，与此同时配置了专业的监控系统，包括主机和电池的监控，第一时间了解到整个系统的运行状态，方便进行运维和预防性维护，消除隐患，提升安全性。

节能减排和成本控制也是医院需要考虑的重要环节，改造前分散式的UPS的效率满载情况下一般是90%，如果负载量低的情况下，大概是50～70%的效率，效率极低，浪费电力，要对几十台的分散UPS进行维保，每次维保的时间长，并且对医院正常运行影响较大，维保成本很高；改造后的高频机即便在低负载的情况下也能达到94%以上的效率，效率提升了30%以上，大大降低电能损耗和碳排放量。改造后只需要对3台UPS进行维保，维保成本降低，并且UPS放在专用机房，每次维保不会影响医院正常的运行。对于电池的性能来说，也从以前的无空调环境下的1-2年寿命，提升一倍以上到4-5年。总体来说，改造后的运维成本大幅度降低，安全性提高，减少了人员维护的时间，信息化程度提高。

综上，UPS不间断电源是供电系统的重要保障，本文虽主要例举了工程实践中模块化UPS集中式供电改造案例的优势，但没有完美的方案，不同配置各有优缺点，目前各品牌单机设备的性能不断优化，产品最终为需求服务，要确定何种方案最佳，需要在执行国标规范的基础上，根据各医院的实际用电需求合理规划。