医疗建筑配电系统设计思路探讨

于学亮

(中国建筑西南设计研究院有限公司，成都 610042)

0 引言

对于多数民用建筑而言，配电系统的常规做法是：以市电加柴油发电机组作为供电电源，在变压器低压母线处设置应急母线段和保障母线段，这两段的主用电源取自市电，第二电源取自柴油发电机组。系统示意图如图1所示。

图1 常规配电系统示意图

图中消防负荷及保障负荷通常为一级或二级负荷，其他负荷通常为三级负荷。此示意图一般适用于包含一级到三级负荷的大多数民用建筑。而医疗建筑中存在大量一级负荷中特别重要的负荷，结合JGJ 312-2013《医疗建筑电气设计规范》(以下简称“《医规》”)和GB 51039-2014《综合医院建筑设计规范》中对配电系统的有关规定，其系统做法相比图1会有较大差别。下文笔者将对其中较为关键的配电系统设计给出一些思考，列举并分析几种设计方案。

1 配电系统方案设计

医疗建筑的电源配置通常采用两路10kV电源(该两路电源应满足双重电源供电要求)加柴油发电机组的方式。此外，还要为一级负荷中特别重要的负荷配置UPS。柴油发电机组的容量由消防负荷及一级负荷中特别重要的负荷的容量确定。各类负荷的供电措施见表1。

基于以上分析，配电系统设计可以有以下三种方案。

(1)方案一

将一级负荷中特别重要的负荷及部分一级负荷设置于保障母线段，将消防负荷设置于应急母线段，负荷供电措施按表1执行，系统示意图如图2所示，图中其他负荷指二级及三级负荷。

医疗建筑负荷供电措施表 表1

图2 方案一配电系统示意图

(2)方案二

根据GB 50016-2014《建筑设计防火规范》(2018年版)(以下简称“《建规》”)中10.1.6条的条文说明：当采用柴油发电机作为消防设备的备用电源时，要尽量设计独立的供电回路，使电源能直接与消防用电设备连接，其配电系统分组方案如图3所示。

图3 柴油发电机作为消防设备的备用电源的配电系统分组方案

从图3中可以看出，消防负荷及一级负荷中特别重要的负荷可以共用母线段。据此，对方案一进行调整，将部分一级负荷设置于保障母线段，将消防负荷及一级负荷中特别重要的负荷设置于应急母线段，其他做法同方案一。系统示意图如图4所示。

图4 方案二配电系统示意图

(3)方案三

基于前面两种方案，将带入柴油发电机组的消防负荷、一级负荷中特别重要的负荷、部分一级负荷完全分开，分别设置应急母线段1、应急母线段2、保障母线段，其他做法同方案一。系统示意图如图5所示。

图5 方案三配电系统示意图

2 方案可行性研究

针对以上三种配电方案，进行对比分析。

方案一是在常规做法的基础上结合医疗建筑的配电要求，将一级负荷中特别重要的负荷和部分一级负荷设置于保障母线段。

方案二是基于医疗建筑的配电要求以及《建规》中10.1.6条的条文说明，将一级负荷中特别重要的负荷和消防负荷设置于应急母线段。

方案三则是在方案二的基础上，深化了配电系统内部的独立性，将一级负荷中特别重要的负荷和消防负荷分设于不同的应急母线段。

根据GB 50052-2009《供配电系统设计规范》(以下简称“《供规》”)中3.0.3条及3.0.4条：一级负荷中特别重要的负荷供电，应符合下列要求：1 除应由双重电源供电外，尚应增设应急电源，并严禁将其他负荷接入应急供电系统；下列电源可作为应急电源：1 独立于正常电源的发电机组。2 供电网络中独立于正常电源的专用的馈电线路。3 蓄电池。4 干电池。

前文已经提到医疗建筑常用的电源配置方式，那么在医疗建筑中，柴油发电机组应被视为备用电源还是应急电源呢？笔者对此进行了如下分析。

首先，备用电源与应急电源其实是两个完全不同用途的电源。备用电源是当正常电源断电时，由于非安全原因用来维持电气装置或者其某些部分所需的电源。应急电源，又称安全设施电源，是用作应急供电系统组成部分的电源。应急供电系统，又称安全设施供电系统，是用来维持电气设备和电气装置运行的供电系统，主要是为了人体和家畜的健康和安全以及避免对环境或其他设备造成损失。

由此可见，二者的根本区别在于，是否是从保障安全的角度出发，来利用其维持电气设备和电气装置的运行。

另外，在医疗建筑中，如果将柴油发电机组视为备用电源，将专为一级负荷中特别重要的负荷配置的UPS视为应急电源，那么方案一将一级负荷中特别重要的负荷及部分一级负荷设置于保障母线段的做法是可以的。同时《建规》中10.1.6条的条文说明也将柴油发电机组称为备用电源，可以作为支持方案一的依据。但是，通过《医规》中4.4.1～3条及4.4.7条可以看出，在医疗建筑中，柴油发电机组被视为应急电源。若为应急电源，则根据前文提到的《供规》中的有关规定，一级负荷中特别重要的负荷及部分一级负荷不应设置于同一保障母线段，这就与《建规》中对柴油发电机组的定义相矛盾。

对此，笔者认为两部规范对柴油发电机组的定义并不冲突，只是对其理解的角度不同。《建规》中对电气专业的规定，是在界定了仅针对电气消防部分的前提下而进行的，故其侧重于从保证消防设备可靠运行的角度来理解柴油发电机组。《建规》总则1.0.1条即写明：为了预防建筑火灾、减少火灾危害、保护人身和财产安全，制定本规范。当消防设备启动时，说明其所在建筑已进入应急处理状态，此时消防设备的供电电源，均应视为应急电源，市电电源作为消防设备的正常电源，柴油发电机组自然可以理解为消防设备的备用电源。此处柴油发电机组的作用是当正常电源断电时，继续维持消防设备的可靠运行，保障火灾情况下的人身财产安全，故其本质为应急电源。

而《医规》则侧重于从医疗场所用电设备的运行可靠性角度来理解柴油发电机组。某些用电设备，例如手术室、急诊抢救室等场所中涉及患者生命安全的设备及其照明等一级负荷中特别重要的负荷，要求自动恢复供电时间≤0.5s，一旦断电时间超出规范要求，势必危及患者生命安全。因此，当正常市电供电电源停电或故障时，应采取措施保证这类关键用电设备的供电连续性。结合《医规》4.4.5条第1款及8.4.3条两处的条文说明：医院一般的治疗过程及疏散所需时间通常为3～24h；二级及以上医院手术、抢救等一般12h内可以完成。二级以下医院手术、抢救等一般3h内可以完成。可见，该部分用电设备所需的供电时间较长，若为此设置较大电池容量的UPS作为应急电源，显然是不太合理的。根据《医规》4.4.7条可知，当设置有柴油发电机组时，UPS的供电时间≥15min即可。因此，UPS和柴油发电机组均为应急电源，但UPS属于过渡应急电源，在满足要求自动恢复供电时间规定的前提下，短时供电即可，而柴油发电机组则是主应急电源，当正常电源断电时，继续维持医疗设备较长时间可靠运行，持续保障患者生命安全。

综上所述，在医疗建筑中，柴油发电机组应被视为应急电源，部分一级负荷可接入柴油发电机组，但一级负荷中特别重要的负荷及部分一级负荷不应共用保障母线段。此外，如果消防负荷及一级负荷中特别重要的负荷共用应急母线段，可能因电气线路短路等原因，导致两者之间相互影响，故对《建规》中的配电方案进行改进，将二者分设于不同的应急母线段，即得到方案三的做法。

3 结束语