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IT配电事业部

解决方案

Acrel-2000智能配电系统

1概述

    该三甲医院是综合型医院,功能区组成复杂,建筑规模较大,各种新型医疗设备大量应用,而且医院2类场所较多,这都对医院供配电系统可靠性和电能质量提出了非常高的要求。保障供电可靠性除了供配电一次系统的合理设计外,提高供配电自动化水平,对供配电系统进行实时监测、控制和保护也非常重要。

2供电模式

    医院配电系统总负荷7250kVA,变压器设计容量12000kVA。根据《GB50052-2009供配电系统设计规范》中负荷分级、供电要求以及《JGJ16-2008民用建筑电气设计规范》关于负荷分级及供电要求的规定,结合医疗场所与人体生命的安全程度以及医疗电气设备与人体的接触程度,在急诊室、监护病房、手术室、分娩室、婴儿室、血液病房的净化室、血液透析室、病理切片分析、CT扫描室、区域用中心血库、高压氧舱、加速器机房和治疗室及配血室的电力和照明中,培养箱、冰箱、恒温箱的电源等负荷应按照一级负荷供电,其中重要手术室、重症监护病房、急救室、分娩室、婴儿室、血液透析室等与生命支持保障相关的设备用电和照明应属于一级负荷中特别重要的负荷。病房空调、客梯、电子显微镜、高级病房照明属于二级负荷,其它应属于三级负荷。

    医院采用2路10kV独立市电电源作为常用电源,正常运行时两进线分列运行,如果其中一路进线失电,另外一路进线带全部负载。设置2台启动时间15s的1000kW柴油发电机作为自备电源,在2路市电均失电后自动启动,带所有一级负荷。另外,如重要外科手术室、产房等一级负荷中特别重要的负荷,停电不能超过0.5s,采用EPS作为应急电源。供电系统一次图如下:

图1 供电系统一次图

3用户需求

     供电系统在一次系统的设计上已经很好的保证了医院供电可靠性,但是还需要对供电系统进行实时的监控,这样才能对供电系统可能存在的安全隐患和重要设备运行状况有清楚、及时的了解。医院配电系统运行维护人员对供配电系统要求有以下几点:

--提高供电系统的安全可靠性并长期保持,确保医院2类场所供电的连续性;
--实时掌握供电系统运行状况和可能存在的隐患,快速排除故障;
--保证医院精密设备的供电质量和运行可靠;
--减少系统线损,提高功率因数;
--提高供配电系统自动化和运行效率,节省人力。

4 Acrel-2000用户端智能配电系统解决方案

    Acrel-2000智能配电系统通过微机保护装置和网络电力仪表以及各种传感器,把医院供电系统的各回路模拟量、开关状态量、电能消耗等通过通讯网络实时的仿真到计算机画面,供电运行维护人员可以通过监控计算机来实时了解供电系统的每个环节,通过人机界面可以浏览整个系统以及任何一个节点的运行状况,在发生可能导致事故的异常状况时可自动通过声音、文字等告警信号通知运行人员,并且可以提供各种曲线、柱状图等分析图形和报表。

    系统网络拓扑图如下:

图2 系统网络拓扑图

    系统采用分层、分布式结构,纵向分为监控主站和间隔层两层。系统使用高可靠性工业控制计算机及软、硬件系统,高性能的现场总线技术及网络通信技术,整个系统运行安全、稳定可靠、使用维护方便。

    监控主站包含监控计算机、网络交换机、打印机、UPS以及Acrel-2000智能配电系统软件,设于值班室内,作为运维人员的人机交互窗口,以图形显示、报表打印、音响报警等各种方式对系统和各设备运行状况进行实时监视;间隔层10kV微机保护装置和400V智能电力仪表对相关一次设备进行保护、测量和控制。系统还接入其它智能设备,比如发电机控制器、EPS、直流屏、温控仪等等设备信息并实时上传至监控计算机。这样通过计算机可以实时不间断的了解整个系统所有回路和设备的运行状况,发生异常或跳闸事故的时候及时告警。

图3 Acrel-2000智能配电系统主界面

4.1提高供电系统的安全可靠性

    供电可靠性包括对供电系统实时的了解、对故障快速的反应和对意外停电能在极短的时间内恢复供电。Acrel-2000智能配电系统通过以下4个措施来提高供电可靠性:

    10kV回路配置AM5系列微机保护测控单元,实时监控10kV回路的运行状况,并且在最快40ms内对发生的异常情况或者严重故障做出快速反应,通过声光告警信号或直接切除严重故障点,避免事故发生和已发生的事故范围扩大。在Acrel-2000系统中,微机保护单元也可以采用其它品牌的产品,比如西门子、ABB、施耐德、SEL等。配置如下表所示。

表1安科瑞保护配置

    针对系统两进线同时供电的运行方式,在10kV母联配置AM5-B母联保护测控及备自投装置,任何一路进线在供电端失电的时候能在极短的时间内切除失电的进线断路器,合母联断路器快速恢复供电。考虑到安全性,在进线保护跳闸和人工手动跳闸时需要闭锁备自投功能,以免合闸于故障回路上扩大故障范围。
记录所有断路器、变压器、设备的运行状况,比如开关开断次数统计、变压器温度等等设备信息,建立设备维护维修档案,避免因为设备故障导致意外停电。
实时监控柴油发电机和EPS等应急电源的状态,采用MODBUS方式或其它协议方式,实时检测EPS工作电压、电流及过载、过流、过压、过温等报警信号;电池电压、电流、浮充、均充及预告警、故障等信号;整流器工作以及关闭、锁定、高温等报警信号;静态开关状态(市电正常、市电带载、逆变器带载)以及市电故障、静态开关故障和锁定等报警信号;维修旁路开关状态信号、监测STS的各项参数等,一旦发现异常及时报警。建立测试记录和维护保养档案,保证应急电源的长期正常待机状态,在紧急状况下准确及时反应。
 

4.2 预知隐患


    系统实时监控所有回路的三相电流、电压、有功/无功功率等电气参数和开关位置状态,并通过图形界面实时反映在计算机屏幕上,刷新周期1~2秒。
    可以对重点关注的回路设置越限告警和变位等告警,一旦设定的事件发生,系统会以声音和文字的形式通知运行人员,通过告警信息结合实际情况了解系统可能存在的隐患。
    一旦供电系统发生跳闸或者告警事件,系统会明确指出故障回路、故障类型,可以提供事故回放供运行人员分析,以便快速查找、排除故障。
 

4.3保证供电质量
 

     医院由于各种谐波源医疗设备如X光机、核磁共振成像以及变频器的大量使用,导致谐波污染比较大,如果不加以监视和治理,长期可能损坏精密电子设备,增加变压器发热、线路绝缘性能降低,导致系统隐患增加。

    对谐波比较敏感的回路配置电能质量分析仪表进行实时监测,一旦谐波超出合理范围,系统可以通知运行人员,同时安科瑞电气股份有限公司也提供治理谐波污染的一系列方案,详见本文“三 电能质量在线监测与治理系统”关于APF系列有源电力滤波装置介绍。
提供图形界面:曲线图、柱状图等,直观的显示供电网络的高次谐波状况,一旦谐波污染超出设定范围立即告警。


4.4减少线损,提高功率因数


    实时监测配电系统的功率因数,当系统功率因数降低时通过自动投电容器来进行就地无功补偿,使功率因数保持在0.95左右,这样能减少变压器容量和输电线路无功负载,从而减少线路和变压器损耗,同时避免功率因数过低被罚款。

4.5 提高效率


    Acrel-2000智能配电系统能通过监控软件和计算机技术的帮助,提高系统自动化水平,实现无人值班,大大节省供电系统运行维护的工作量,提高效率,节省人工。

    --供电系统发生故障会在监控界面触发告警的声音和文字信号,可以减少人工巡视;
    --系统具有各种报表的自动生成功能,可以按照用户设定的格式自动生成各种日/月/年/累计报表,可以省去人工制表的工作量;
    --系统可以实现低压柜和楼层配电箱的自动抄表功能,并提供各种统计表格和图形,让用户了解具体区域或者部门划分的电能消耗状况,节省人力抄表工作量;
    --只要配置操作权限,系统可以通过计算机远程操作具备电动操作功能的断路器等设备。

    Acrel-2000智能配电系统实时不间断地对供电系统进行监控,帮助运行维护人员直观全面的了解供电系统,及时发现系统隐患,快速排除异常状况,提高供电可靠性及自动化水平和系统运行效率。

5 系统配置

表2 Acrel-2000系统配置

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