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浅谈医院配电与能耗监管系统建设实践分析

时间： 2023-10-27 发布人：周静思

摘要：构建医院配电与能耗监测管理平台，升级传统配电系统，使医院可满足快速发展的业务需求顺应节约型社会及智慧医院的发展趋势。利用新型数宇化设备对传统配电系统加以改造，形成包含末端信息采集、数据传输、数据处理、可视化显示、关键数据分析及故障告警推送的智能管理系统。监管平台的应用实现了配电系统状态与参数的实时监测和能耗的多维度管理有效降低了配电系统的监管难度，提高了配电运行响应的效率，能耗统计与分析更加便利。建设基于数字化设备及信息技术的配电与能耗监管平台对于提高后勤管理水平、推进医院智能化转变具有重要意义，有利于医院的可持续发展。

关键词：医院;配电;能耗;监测管理;数宇化设备
0引言
配电系统作为医院zui*要的动力保障支持系统，其安全稳定运行对于医院长期发展具有重要意义。医院建筑作为能耗zui高的公共建筑之一，传统模式下的配电系统虽然在一定程度上能够满足医院的需求，但随着社会的发展和技术的进步，在倡导绿色低碳降耗的政策导向下，医院对配电系统提出了更高的要求。特别是已有的院区和建筑，其配电系统由于年代及技术等因素难以满足日益增长的配电系统管理需求。对大多数已建成的医院而言，基于已有配电系统进行针对性改造，建设覆盖面广、功能完备的配电及能耗监管系统是实现医院配电与能耗动态监测及智能化转变的有效方案。
1项目概述
1.1基本情况
本文以四川省某大型综合医院主要业务院区配电系统改造为例，该院区总占地面积约16万m²，建筑面积逾40万m²，建设有医疗业务类、医技类、科研教学类、后勤综合类和行政办公类等多类建筑，其配电系统承担了该院区的医疗、教学、科研、后勤保障及办公生活用电。因此该院区配电系统的规模很大，用能情况复杂，其配置详情如表1所示。

院区内主要耗能设备为大型医疗设备、空调设备、照明、办公及其他用电设备等。大型医疗设备主要包括加速器、核磁共振扫描仪、计算机断层扫描仪、数字X光机等，空调设备主要包括冷水机组、风冷热泵、VRV多联机等。
1.2传统配电系统的问题
1.2.1设备繁多导致监管难度增加
随着社会进步，医院经过不断发展，其配电系统日益庞大，线路结构复杂，加之临床需求增加，末端用电设备增量ji大，医院电力系统运行管理团队不仅要对主要的高低压配电室进行监管，还需耗费更多人力对末端配电箱柜状态进行监管，管理难度不断提高。
1.2.2信息滞后导致响应效率低下
传统配电系统采用人工巡视、纸档记录、电话联系的方式进行运维，当系统出现故障时，若巡视人员或其他院内人员未及时发现，则可能导致该故障长期存在，直到问题被发现并上报，维修人员才会抵达现场进行处理。正是因为难以把控并获取配电系统的运行状态等信息。导致抢修及维修工作通常比较被动，应急响应的效率比较低。
1.2.3传统计量导致能耗统计困难
以往的配电系统配置的电能计量装置为传统电能表，所有计量数据均需现场抄表，工作量巨大，而且还有可能出现误抄数据的情况，不利于能耗的科学统计。在医院发展过程中，某些部门及科室经多轮搬迁而分布零散，在进行科室能耗统计时非常困难。由于缺乏科学计量手段，在进行电费结算时只能从供电局获取缴费结算数据，而医院作为用户却很难统计电能消耗明细。
1.2.4分析落后导致节能目标不明
由于不能对能耗数据进行整体、准确、及时的计量与分析，就不能明确浪费现象所在的节点，更不能准确定位具有节能改造潜力的目标，只有通过经验分析的方式去改造个别对象，节能工作无*点。效果不明显。
2监管平台建设
为方便医院电力系统管理者把握配电系统运行状态及能耗情况，降低系统监管难度，提高应急响应效率，应对医院智慧化趋势给配电系统管理带来的挑战，医院建设一个综合平台用于配电及能耗的监测与管理是必要的。通过配电及能耗监测管理平台的建设。为医院配电系统的有效运行、节约成本提供基础，改进医院能耗的监管与分析方式。强化能耗管理模式，促进节能降耗，提高后勤综合水平。
2.1 建设情况
通过对配电系统的整体梳理，确定计量点位后对原有配电系统进行改造，实现对高低压配电室、楼层配电箱、大型医疗设备等的能耗监测，平台主要建设数据如表2所示。

2.2网络结构
医院配电及能耗监测管理平台采用网络分层架构，如图1所示，按其结构分为主站层、通讯层、汇聚层、设备层。
主站层是系统的数据处理中心及控制平台，通过液晶屏呈现配电系统的概况及各类参数，并提供各项功能服务，可方便地对采集数据进行分析，供后勤管理员决策参考。
通讯层是连接主站层及下级汇聚层的关键环节，由于院区面积较大，数据采集点过于分散，单独为此监测系统布设通讯线路的工程量ji大，利用无线传输则可能存在数据丢失甚至连接断开的情形，为保证通讯可靠，充分利用医院原有内部网络进行数据传输。

汇聚层主要是采集器和交换机的组合，末端感知设备将采集到的数据传输至采集器，再通过交换机接入内网，实现现场数据的上传。
设备层主要为系统末端的感知设备，包括电力仪表及温度探测仪，它们为系统提供的基础数据是进行各类分析的关键要素，因此应保证数据采集的快速性及准确性。
2.3硬件组成
2.3.1多功能电力仪表
针对医院原配电系统末端仪表不能进行数据远程传输的问题，同时为了满足配电系统智能监测的电力计量需求，对每个需要被监测的单元加装多功能电力仪表，实现测量、显示及数据远程传输功能，仪表通过液晶屏就地显示，采用Modbus协议可通过RS-485数字接口远程通讯。
监管系统使用的多功能电力仪表具有安装方便接线简单、易维护的特点，能够实现对高低压三相电网中的电压、电流、功率、频率、功率因数、四象限电能、谐波等电力参数进行测量。三相四线系统中进行相电压与电流的测量时，可通过接入电压互感器与电流互感器完成。
2.3.2干式变压器温控器
在建筑配电系统中，干式变压器应用非常广泛通过温控器配套的温度探测仪对变压器三相绕组温度进行测量从而对散热风机进行控制。原有温控器仅能实现就地控制，不具备数据远程传输功能，因此为了实现对变压器温度的远程监测，采用带通讯功能的千式变压器温控器，且能保证长期、安全、稳定运行。
2.3.3数据采集器
数据采集器是采用微电子与微处理技术的I/O模块，广泛应用于工业现场，具有远程监控、维护和调试的能力。配电系统监测管理平台采用搭载ARM处理器且内置精简内核Linux操作系统的智能数据采集器，不仅支持Modbus远程通信协议.还可根据实际需要方便地对I/O接口进行扩展，配置相对灵活，支持系统指令采集及定时主动采集功能，按统一格式采集相关数据后通过RS-485总线与上位机通信
2.3.4交换机
交换机用于实现数据采集器与相应路由之间的信息交换功能。系统汇聚层采用千兆以太网交换机，同时具有自适应千兆以太网端口和千兆光纤接口；主站层采用千兆绿色节能以太网交换机，无需配置即可实现各端口的转发功能，通过端口聚合功能不仅可扩展带宽，还能提高连接稳定性。
2.4软件架构
平台功能采用模块化软件设计，如图2所示，软件系统采用浏览器/服务器架构，客户端使用Web浏览器，服务器安装SOL Server数据库，保存实时数据及历史数据，它们之间通过Web Server进行数据交互，具有易开发、维护简单、使用便捷等优点。

2.5关键过程
2.5.1方案设计
明确建设目标、原则与思路，充分考虑现有网络资源，结合医院配电系统实际情况，方案设计应至少遵循以下原则:
(1)契合医院整体规划思路，符合医院配电系统现状及未来改造的整体要求；
(2)对临床医疗业务的影响降到很低；
(3)充分利用医院原有网络资源，减少综合布线节省成本；
(4)充分考虑硬件与软件质量、信息传输安全及系统经济等。
2.5.2组织施工
医院对于电力的依赖性ji高，配电系统经过多年迭代更新变得相当复杂，建筑及科室分散导致计量点位多。因此为保证工程建设顺利，降低影响，在开展工作之前应进行细致的资料收集及现场调研，制定可行的施工方案及应急预案，合理安排施工时间，基于设计要求及现场条件明确各类硬件设备的安装方式为避免停电影响医疗业务，电表安装采用高精度开口式互感器。确需停电的安装工作，实施之前与相关科室协调沟通并做好停电计划，必要时进行夜间作业制定夜间施工方案.避开业务量大的工作时间，zui大*度地降低影响。
2.5.3软件部署
软件产品是人机交互的工具，它为用户提供各类功能服务，目标是帮助用户提高工作效率。因此软件部署不仅要考虑医院特点进行量身定制，还要考虑相关的性能质量要求，如表3所示。

2.5.4调试运行
调试阶段是影响项目验收的关键环节，应基于设计与变更文件、图纸及软硬件说明书等技术资料.编写调试方案，明确调试标准、指标、内容、方法等内容。在软件平台上对计量表的监测位置、回路信息、对象属性等基础数据进行核实以保证平台展示信息与现场实际情况相符；对现场设备的编码、功能、采集频率等参数进行设置；进行硬件与软件系统的联合调试诊断和修正程序中的潜在错误，避免软件运行失效或出现问题，保障软硬件系统的长期稳定运行。
3平台功能特点
通过智能仪表、综合布线系统等构成监测网络实现对配电系统状态的在线监管，通过对数据的采集和处理实现对能耗的分析
3.1实时管理子系统
3.1.1实时负载监测
对医院实时负载功率大小及分布情况进行直观显示，可以对历史数据进行查询，提供曲线打印及预览功能。
3.1.2在线参数监测
主要对配电系统电压及电流，功率及功率因数断路器分合闸状态。三相变压器绕组温度、温控器状态、馈线柜开关状态等关键参数进行监测。低压配电支路监测界面可直观地展示各低压馈线回路的送电状态、变压器状态。低压电源进线参数界面主要显示电压、电流、功率、谐波等信息。开关站10kV高压系统在线监训能够直观地展示各开美柜状态及电气参数。
3.1.3报警信息推送
系统提供实时报警及查询功能，记录所有报警信息的时间、位置、柜号及报警原因等。在系统中启用短信报警功能能为配电系统运行管理人员及时地推送报警信息。
3.2能耗管理子系统
3.2.1能耗总览
基于时间维度对电能消耗及环比进行实时展示通过统计当月每日能耗并计算平均值，在日历中以不同标识展示每日能耗小于，接近，大于平均能耗的情况。
3.2.2能耗统计分析
系统对能耗数据按不同性质进行分类管理，以任对医院各类能耗进行整体把控。可按分项用电、科室能耗、*点设备、空调系统、分类建筑进行能耗统计。
能耗分析功能包括数据对比分析、用电流向分析、能耗排名、科室用电排名及能耗分析报告。其中数据对比分析用于检验监管平台的数据采集准确性，通过人工录人供电公司提供的电能消耗数据，即可与采集数据进行对比。
用电流向分析用粗细不同的箭头直观地展示电能流入及流出的情况.帮助配电系统管理人员快速确定主要耗能范围.有助于确定节能改造工作推进的方向。
能耗排名提供不同建筑及各类重要设备耗能的排名，可选择按天、周、月或年进行统计，排名指标可选择总能耗、能耗增幅或增量。
科室用电排名根据科室类型的不同进行分类排名.根据实际情况分为内科病区、外科病区及其他病区排名的时间范围及指标均可设置。
能耗分析报告主要对上述能耗情况进行整合分析，报告主要包含总能耗、区域能耗、分项能耗、能耗指标及能耗排名的相关内容。分项能耗报告显示照明插座用电、动力用电、特殊区域用电及空调用电的耗能与占比情况。能耗指标主要为单位人均能耗、床均能耗、面均能耗。通过能耗分析功能，可为管理层对医院的能耗管理提供改进依据。
3.2.3能耗告警
通过预先设定电量阈值，当出现电量超限情况时则生成记录并向配电系统管理人员推送告警信息。配电系统管理人员可通过告警对象、异常类型、确认状态及告警时间段对告警事件进行快速筛选、定位及排查。利用能耗告警功能.管理人员可快速发现配电系统中的各类问题，有助于提高系统的安全性。
3.2.4能耗查询
能耗查询功能可供操作人员根据查询对象及时间对能耗进行快速查询.通过能耗曲线及能耗报表呈现具体情况，能源类型可选择电量及有功功率，提供能耗与费用，标准煤、碳排放及原油之间的转换功能可应用于多种能耗对比场景。
4应用成效
4.1配电系统整体监管
监测管理平台使传统配电系统得到优化，实现了电气及能耗监训管理。配电实时监测管理子系统为中电运行人员显示了整体的配电系统运行状态与电气参数等信息，通过可视化方式呈现在控制中心大屏，可供运行管理人员直观地查看。特别是在夏季负荷高峰期.常因空调机组运行使变压器负魏率及温度过高，系统监测到该状况后发出预警信号.并显示电流过大的馈线回路，值班人员可di一时间联系空调管理团队切换或关闭空调机组，确保变压器安全运行保障配电系统的整体稳定性。
4.2有效响应处理故障
应用监管平台之前，很多局部故障需要通过临床用户报修才能被发现，并且由于某些建筑年代久远图纸及标识等资料均不完善.进行故障排查时需要依赖运维人员的经验，耗时较长。2018年3月29日该院区第五住院大楼发生照明供电中断事件，由于该住院楼已投运超过20年，配电箱柜及线路的标识标牌大都已经丢失或变得模糊，因此排查难度较大。从接到报修电话到确定故障点位并设置临时电源供电，期间耗时约3h。事件处理时间及过程如下:
(1)13：30接到科室报修电话；
(2)13：40当值人员到达现场；
(3)14：25完成各楼层配电箱/柜故障排查，确定楼层配电箱/柜进线电源中断，需检查上级电源；
(4)14：40检查发现该住院大楼低压配电室照明柜(A103柜)配电开关进线侧失电，由于经验不足，当值人员推测是上级配电室(公行道低压配电室)发生故障；
(5)14：55检查发现公行道低压配电室引至第五住院大楼低压配电室的电源正常.当值人员未发现明显故障点，需联系经验丰富的专业工程师处理；
(6)15：05专业工程师听取当值人员描述后先到达了第五住院大楼低压配电室现场；
(7)15：25专业工程师完成第五住院大楼低压配电室馈线回路训试工作发现A103柜电源由A101相引入，且A103柜配电开关进线侧确已失电；
(8)15：30专业工程师确认A101柜配电开关处于“合闸”状态，由此推测是A101柜开关或A103相的电缆故障；
(9)15：45专业工程师完成A101柜出线电缆训试，确定电缆正常；
(10)16：00专业工程师完成A101-A103柜的电开关测试，发现开关虽然处于合闸状态，但进线侧与出线叫并未导通，由此确定开关内部发生故障，需联系维保厂家处理，同时敷设临时电源:
(11)16：35敷设好临时电源保障供电:
(12)17：30维保厂家到院处理，更换同型号开关后，恢复正常供电。
应用监管平台之后，在系统发生故障时，平台报警推送功能可输助运维人员快速获知故障信息定位故障区域，提高响应突发事件的效率。2021年4月20日.该院区临床教学楼发生高压供电中断事件.由于启用了短信告警通知，因此当值人员即时获知了故障信息迅速到达配电室利用低压联络开关恢复供电，期间耗时约15in。事件处理时间及过程如下:
(1)13:00平台短信推送报警信息，临床教学楼2#变压器高压侧失电；
(2)13：10当值人员到达临床教学楼配电室:
(3)13:15完成倒闸操作，利用低压母联开关使#变压器带两段母线以保障供电；
(4)13:20联系维保厂家来院对高压开关柜及变压器进行检调:
(5)14:40维保厂家到院处理，排除故障后，恢复正常供电。
监管平台的应用使故障排查流程变得简洁，可以避免排查过程中的无用功，提有效率。应用监管平台前后的故障处理流程对比情况如图3所示。
4.3能耗分类自动统计
能耗监测管理子系统实现了按建筑科室、设备等进行分类的能耗统计，实现了由人工抄表到全自动报表的模式转变。能耗监管平台建成后，基于分项用能维度统计发现空调系统能耗占比约为29.5%.照明插座能耗占比约为29.2%，大型医疗设备能耗占比约为11.6%；基于建筑维度统计发现医疗业务类建筑能耗占比高达74%。

在实际工作中，医疗业务类建筑确实承担了医院运营过程中的主要业务，而空调系统、照明插座和大型医疗设备也确为医疗业务类建筑的“用能大户”。因此，监管平台能耗统计功能的实现，一方面能够反映医院的用能结构，另一方面也为抓取配电系统运维工作*点和挖掘医院节能潜力提供了决策依据。4.4助力推进节能政造
基于系统的能耗统计与用电流向分析，定位了高耗能的空调设备和传统照明灯具，以及高能耗区域，楼层、科室。通过针对性的节能改造，淘汰低能效设备，使用更加节能且性能优越的LED照明灯具，对空调系统进行集中管控，在2021年三级公立医院绩效考核中，使年度耗能降低了527吨标煤，降幅达3.42%；万元收人能耗指标值降低0.0004，降幅为2.92%，节能效果明显。

5安科瑞建筑能耗分析系统
5.1概述
Acrel-5000web建筑能耗分析系统是用户端能源管理分析系统，在电能管理系统的基础上增加了对水、气、煤、油、热(冷)量等集中采集与分析，通过对用户端所有能耗进行细分和统计，以直观的数据和图表向管理人员或决策层展示各类能源的使用消耗情况，便于找出高耗能点或不合理的耗能习惯，有效节约能源，为用户进一步节能改造或设备升级提供准确的数据支撑。用户可按照国家有关规定实施能源计算，分析现状，查找问题，挖掘节能潜力，提出切实可行的节能措施，并向县级以上管理节能工作的部门报送能源计算报告。
5.2应用场所
适用于公共建筑、集团公司、工业园区、大型物业、学校、医院、企业等不同行业的能耗监测与管理的系统设计、施工和运行维护。
5.3系统功能
5.3.1系统概况
平台运行状态，当月能耗折算、地图导航，各能耗逐时、逐月曲线，当日，当月能耗同比分析滚动显示。
5.3.2用能概况
对建筑、部门、区域、支路、分类分项等用能进行对比，支持当日逐时趋势、当月逐日趋势曲线、分时段能耗统计对比、总能耗同环比对比。4.1概述
Acrel-5000web建筑能耗分析系统是用户端能源管理分析系统，在电能管理系统的基础上增加了对水、气、煤、油、热(冷)量等集中采集与分析，通过对用户端所有能耗进行细分和统计，以直观的数据和图表向管理人员或决策层展示各类能源的使用消耗情况，便于找出高耗能点或不合理的耗能习惯，有效节约能源，为用户进一步节能改造或设备升提供准确的数据支撑。用户可按照国家有关规定实施能源计算，分析现状，查找问题，挖掘节能潜力，提出切实可行的节能措施，并向县以上管理节能工作的部门报送能源计算报告。
5.2应用场所
适用于公共建筑、集团公司、工业园区、大型物业、学校、医院、企业等不同行业的能耗监测与管理的系统设计、施工和运行维护。
5.3系统功能
5.3.1系统概况
平台运行状态，当月能耗折算、地图导航，各能耗逐时、逐月曲线，当日，当月能耗同比分析滚动显示。
5.3.2用能概况
对建筑、部门、区域、支路、分类分项等用能进行对比，支持当日逐时趋势、当月逐日趋势曲线、分时段能耗统计对比、总能耗同环比对比。

5.3.3用能统计
对建筑、区域、分项、支路等结构按日、月、年报表的形式统计对分类能源用能进行统计，支持报表数据导出EXCEL，支持选择建筑数据进行生成柱状图。

5.3.4复费率统计
复费率报表按日、月、年统计对单栋建筑下不同支路的尖、峰、平、谷用电量及成本费用进行统计分析。支持数据导出到EXCEL。

5.3.5同比分析
对建筑、分项、区域、支路等用能按日、月、年以图形和报表结合的方式进行用能数据同比分析。

5.3.6能源流向图
能源流向图展示单栋建筑特定时段内各类能源从源头到末端的的能源流向，支持按原始值和折标值查看。

5.3.7夜间能耗分析
夜间能耗以表格、曲线、饼图等形式对选择支路分类能源在特定时段工作时间与非工作时间用能统计对比，支持导出报表。

5.3.8设备管理
设备管理包括，设备类型、设备台账、维保记录等功能。辅助用户合理管理设备，确保设备的运行。

5.3.9用户报告
用户报告针对选定的建筑自动统计各能源的月使用的同环比趋势，并提供简单的能耗分析结果，针对用电提供单独的复费率用能分析，报告可编辑。

6.系统硬件配置
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7.结语
配电与能耗监训管理平台基于传统配电系统，充分利用信息技术.数字化设备及可视化显示，为配电管理人员在系统运行维护过程中提供了较大的便利，提高了工作效率，有助于能耗统筹管理及节能工作的开展，在医院后勤管理智能化的进程中起到了重要作用，提高了医院后勤团队的管理水平.同时为建设绿色节约型医院打下了一定的基础，对于医院可持续发展建设具有积极意义
参考文献:
[1]陈泽宇，杨涵淋.大型综合医院配电系统管理[J].中国医院建筑与装备，2019，20(4):81-83.
[2]王玉，曹勇，毛晓峰等.医院建筑能耗监管平台现状调研[J].暖通空，2019.49(1):15-19.
[3]齐双英.能源监管平台在企业的实践应用[J].自动化仪表，201738(10):10-12.
[4]闫石，王金良，倪学勇等.北京大学第三医院能耗监管系统的构建与运用[J].中国医院管理，2016，36(10):73-75.
[5]周宗仁，代勇，杜栩，汪剑.医院配电与能耗监管系统建设实践[J].电气与智能化.2023,02(51):92-97
[6]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05版.
作者介绍：
范曼曼，女，本科，安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为建筑能耗系统的设计与应用，邮箱:2880157876@qq。com，手机：18702112018（微信同号），QQ:2880157876

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