红外热成像技术在医院供配电设备运行管理中的应用

杨芮

首都医科大学附属北京友谊医院 总务处，北京 100050

红外热成像技术在医院供配电设备运行管理中的应用

杨芮

首都医科大学附属北京友谊医院 总务处，北京 100050

本文以北京友谊医院为例，首先阐述了热量对于医院供配电设备安全运行的影响，并运用红外热成像技术手段，通过温度数据衡量、分析供配电设备状态，达到了避免事故发生目的。同时本文进一步阐释了数据挖掘对医疗设备运行管理的实际指导作用。

供配电设备；红外热成像技术；医疗设备管理；数据挖掘

引言

医院后勤管理的中心任务就是为医院正常运行提供可靠的保障[1]。采集热量信息[2]，确保供配电设备稳定运行是其中一项工作。北京友谊医院为做好这项工作以定义、统计、分析、改进科学理论为依据[3]，引入了专业化检测队伍，用数据来反映目标情况，秉承持续发现和改善的PDCA精神[4]，制定了定期诊断，追踪发展，适时修复等一系列举措来提高设备稳定性。

后勤供配电设备在有隐患时就介入干预是国内绝大多医院后勤设备管理的现状。供配电设备是否可靠一个重要因素是它的绝缘是否良好，电气绝缘结构的有效寿命受电、热、机械、环境应力单一作用或综合作用的影响[5]。我院供配电设备热因子为主要影响因子，引入专业的红外热成像技术服务目的就是要尽早了解观察对象是否因有缺陷产生异常高温、是否处在不适宜高温环境下运行，以此化解不稳定因素。

1 被检对象情况和方法

1.1 我院供配电设备基本情况

全院重要供配电设备共有735处。其中，门诊楼：329处，分布在9～-3层；外科楼：202处，分布在14～-1层；干保楼、内科楼：168处。分别分布在10～-2层，4～-1层；主配电室：36处。

电压等级：AC（交流电）380 V或220 V，电力由上一级开闭站（电压等级10 kV）引入总配电室，经变压后，供全院负荷使用。

作用：为医院医疗、科研及教学工作提供安全、可靠的电力供应。

基本情况：供配电设备全年24 h运行，80%～85%时间是处于无人值守状态。

1.2 仪器和检测方法

1.2.1 检测仪器性能

名称：红外热成像仪；生产厂商：（美国）福禄克测试仪器有限公司；型号：Ti32；规格：320×240像素；测温范围-20℃～＋600℃；1.25 mRad空间分辨率。

1.2.2 方法

（1）依据被检目标是供配电设备，正确设置红外热成像仪参数；打开被检设备柜门，距离1 m左右，扫描内部各个部分并采集温度数据。

（2）仪器参数设置：① 发射率（ε）：0.95；② 环境温度：25℃；③ 透射率（τ）：100%；④ 调色板设置：铁红色，容易辨别被检对象；⑤ 高温自动追踪（可自动识别设备存在最高温度点部件，提高工作效率，尤其在较大工作量时）。

（3）诊断方法：表面温度判断法；相对温差判断法；同类比较法；热谱图分析法；档案分析法[6]。工作中会综合运用上述方法。

2 应用结果

2.1 红外热成像技术具有的功能

热成像的起源归功于英国天文学家威廉·赫谢尔，他在1800年研究太阳七色光的热效应时发现的[7]。红外热成像技术是一门使用光电设备来检测和测量热辐射并在辐射与表面温度之间建立相互联系的科学。热辐射是指辐射能（电磁波），研究表明物体表面辐射能量越大温度越高。只要物体温度高于绝对零度（-273.15℃）都释放红外热能。

2.2 红外热成像技术管理设备效果

2.2.1 发现问题于隐患阶段

红外热像仪发现运行中配电柜内接触器与熔断器之间导线温度过高，见图1。地点：北京友谊医院干保楼配电室，时间：2014年5月。

图1 红外热像仪拍摄出来的存在重大缺陷热图

熔断器与接触器之间某导线最高温度达102.5℃，根据国标规定[8]，此处90℃为极限温度，原因是其材料耐热性决定。国际上都认同电气绝缘材料某一特定的耐热性等级，就表明与其相适应的最高使用摄氏温度[9]。实际观察该导线绝缘材料表面出现白色颗粒，见图2。这说明高温造成导线绝缘结构已遭到破坏，绝缘强度降低，设备状况正向着越来越劣化趋势发展，如没有及时发现，有可能导致相间短路或接触器损坏等更严重后果。

2.2.2 用数据指导行动

我院某配电箱设计安装时不合理，内部器件较多导致散热不良，见图3。地点：北京友谊医院门诊楼地下1层某配电箱，监测时间：2014年3～10月。

图2 存在缺陷的部件绝缘结构已遭到破坏

图3 器件密集，散热不良的配电箱

红外热成像技术发现环境温度不高时就呈现较高温度，随着环境温度升高，设备温度增加迅速，在当年7月达到峰值，环境温度48.7℃，设备温度达91.4℃，见图4。

图4 热像仪拍摄的图3配电箱热图

电气设备意义上的环境高温是：15～55℃范围，它会加速绝缘材料的老化，导致产品寿命缩短[10]。3～10月配电箱运行温度变化趋势，见图5。依据趋势预判该配电箱存在重大安全隐患，果断处置后状况转变，目前该设备安全稳定运行。

高温引起的电气火灾有两大类原因，第一类是自身发热异常，如短路等。第二类是自身发热正常，但设备本身运行的温度较高，如散热不良或电气装置布置不当[11]。本案例属第二类。

2.2.3 建立设备运行台账，提高运维水平

全院有700多处供配电设备，通过红外热成像技术采集温度数据，统计区分状态不同的目标，有助于更好的统筹安排这些设备的管理工作，见图6。

经统计，5月、8月有较严重隐患的设备相对较多，分析原因5月医院空调系统处于休眠状态，大部分电气设备处于狭小密闭的空间，虽然是气候怡人，但与电气部件有着较远物理距离的外部却不能帮着散热。8月环境温度高，自然带来相对较多的隐患设备。

图5 2014年3月～10月配电箱运行温度变化趋势

图6 2015年1月～12月具有不同不良状态设备统计分析表

通过聚类分析[12]防范产生不良状态的对象。将每个月具有不同状态的设备列出明细（表1），根据不同隐患程度的设备，制定不同巡查频次。如对程度较重不方便及时修复的设备 （客观条件不允许，如24 h不能停止运营处于急诊区域的设备），安排人员按最高频次巡视，从而做到情况有发展时，及时处置。

表1 2015年1月有不同状态设备位置明细表 (部分)

通过一年或多年的数据统计，可以了解同一台设备是否多次出现状态，程度是否相同，进而清楚单位内哪些设备可靠性比较薄弱，为设备检修或更换提供客观数据。

3 讨论

本研究新颖之处有两点，第一利用恰当技术收集供配电设备过去和当前的数据，来服务于未来，从预防角度开展工作，将问题在隐患阶段解决，从而提高设备可靠性；第二，让供配电设备运维管理工作重点，跟随着目标设备状况变化而变化，这使得用尽可能少的人力物力管好现有设备，间接提高了经济效益。

通过红外热成像技术，用温度数据衡量目标对象，收集、统计、分析所获得的数据，能够准确预判目标物未来发展趋势。实践证明用温度指标考量低压供配电设备运行情况，是一种从预防角度管理设备的方式，并且是有效的。同时对前期设计及安装不合理的供配电设备，运用此技术是可以及时发现的，并且解决这类问题所投入的费用要比事故后抢修所付出的代价小得多。用数据衡量目标物另一个好处是可以将设备划分为不同程度的状态。针对不同状态的设备分级重视，使得我们在现有的人力、财力条件下能掌控全院700多处设备，避免了“眉毛胡子”一把抓的困境。

我们认为后勤供配电设备管理工作要从预防角度入手，不仅被监测对象稳定性得到保证，而且性价比也较高。依托技术手段进行数据采集、数据存储、数据分析、数据服务[13]是开展预防为主工作模式有效途径。

本研究结果与医疗设备分级管理有相同之处[14]，借助技术手段，以目标对象状态进行分级管理是他的独到之处。

用数据丰富我们对后勤设备管理手段，随着数据的积累，逐渐具备大数据的特点，采用适当的大数据技术建立并完善数据中心平台[15-16]，是我们今后要思考和研究的课题。

4 总结

红外热成像技术对供配电设备状态数据地采集、统计、分析能帮助我们对其“健康”状况有了一定的了解，设备产生的不良情况可以较早察觉， 及时干预，防止进一步恶化。建立被检目标状态数据档案，挖掘档案中的数据，从而指导设备运维工作效率提高，有着积极意义。以此思维方式，尝试着运用技术手段在医院后勤机械设备领域，探索出一种以预防为主设备运维管理模式。

[1] 陈安民.现代医院核心管理[M].北京:人民卫生出版社,2014: 526-527.

[2] 郭丽娜,路杰,郭玮娜.浅谈物联网在智慧医院建设中的应用[J].中国卫生信息管理杂志2016,13(6):299-300.

[3] 张晓丽,侯旭敏,张晓峰,等.用六西格玛管理方法提高手术室效率[J].中国医院,2016,20(5):37.

[4] 杨晓龙,郝爱民,易利华.基于PDCA循环的临床路径变异管理系统研究[J].中国医院,2016,20(5):39.

[5] GB/T 20113-2007,电气绝缘结构(EIS)热分级:引言[S].

[6] 滕乐天.电力设备红外检测诊断图谱及应用规范[M].北京:中国电力出版社,2004:150-151.

[7] 杨风暴.红外物理与技术[M].北京:电子工业出版社,2014:3.

[8] GB/T 11022-2011,高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求:额定值[S].

[9] GB/T 11021-2007,电气绝缘 耐热性分级:耐热等级[S].

[10] 李邦协.电气设备的安全[M].北京:中国标准出版社,2011:25.

[11] 李宏文,沈金波.电气防火检测技术与应用[M].北京:中国建筑工业出版社,2010:190.

[12] 黄春基,林海,周建云,等.聚类分析在临床科室科研绩效评价中的应用[J].中华医学科研管理杂志,2015,28(5):387-388.

[13] 杨矫云,汪萌,江海燕,等.对未来医疗健康产业信息化建设的需求研究[J].中国卫生信息管理杂志2016,13(4):203.

[14] 于海津.上海交通大学附属第六人民医院医疗设备管理初探[J].中国医院建筑装备,2015,(2):70-71.

[15] 任慧朋.医疗大数据环境下的健康信息分析方法[J].中国医疗设备,2016,(5):173-177.

[16] 李维,计虹.基于Hadoop的医院数据利用探索与实践[J].中国卫生信息管理杂志,2016,13(1):74.

本文编辑 王博洁

Application of Infrared Thermal Imaging Technology in the Operation Management of Power Supply and Distribution Equipment in the Hospital

YANG Rui
Department of General Affairs, Beijing Friendship Hospital, Capital Medical University, Beijing 100050, China

As the example of Beijing Friendship Hospital, the paper introduced the impact of the heat on safe operation of power supply and distribution equipment. In the paper, infrared thermal imaging technology was used to reduce the accidents by measuring the temperature and analyzing the equipments operation state. Meanwhile, the paper further interpreted the practical guiding function of data mining for medical equipment operation management.

power supply and distribution equipment; infrared thermal imaging technology; medical equipment management; data mining

R197.3；TN219

C

10.3969/j.issn.1674-1633.2017.09.037

1674-1633(2017)09-0138-03

2016-08-01

2016-08-25

作者邮箱：yangruide@sina.com