金华人民医院UPS供电保障方案

1 前言
       金华市人民医院为了改善住院条件，目前，医院投入资金3千多万元，新建了一幢15层高的病房大楼。该大楼，内部设施先进、功能齐全，已经投入使用。为提高整个医院的医疗服务水平及信息化程度，新大楼设计了统一的计算机数据中心，中心设置专门的UPS机房，包括机房专用UPS及医疗系统支撑UPS。

       根据负载功率初步统计情况，UPS按如下功率需求进行配置：机房配置模块化120kVA UPS 1台，后备时间1h；大楼ICU、呼吸机、手术室等系统，配置260kVA以上UPS  1台，后备时间4h；要求UPS具有：高可靠性、高可用性、环保节能。

       根据《GB/T 16895.24-2005 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》标准要求，手术室、ICU、呼吸系统等属于2类医疗场所，要求主电源与备用电源之间切换时间<0.5S。一般的双市电切换及备用柴油机启动时间均无法满足要求，且目前各系统均多数采用微机数字化控制。因此，上述系统一般建议配置UPS不间断电源系统，以保证为该场所内的医疗电器设备提供一个安全、可靠的电源，以确保病人的安全、提高医疗服务质量。 

        医疗场所安全设施的分级见附录[1]，医疗场所安全设施的类别和级别划分示例见附录[2]。

2 整体方案总述

2.1 数据机房UPS选型
       大楼数据中心采用台达HIFT 120kVA UPS。配置1台UPS输入柜、1台UPS输出柜。输入输出各预留一套开关，作今后UPS扩容至第二机架使用。根据《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》规定要求，在UPS输出同时配置一个输出隔离变压器。具体结构如图1所示。

图1 数据机房UPS供电原理图

       HIFT系列UPS采用模块化设计的结构极具弹性，可实现N+1、N+2、N+3、N+4、N+5…的模块N+X 冗余，供电系统拥有最高的可靠性。同时，客户还可通过定购额外的模块，来增加HIFT的备用冗余能力。HIFT  UPS具有随需扩容的性能优势，可以按照现在的负载进行配置,当机房负载扩容时,直接热插入模块,扩容灵活、方便，以20kVA一个模块为单位，最大可扩充至480kVA的冗余供电系统。

       本次根据现场负载需求，台达提供一种更经济的HIFT UPS供电系统冗余配置方案，采用HIFT 120kVA UPS 1台，由6个20kVA模块组成总功率120kVA，模块5+1并联冗余系统。输出侧采用TN-S配电系统，确保供电系统更安全可靠、提供更佳的保护效果。

2.2 医疗系统用UPS选型

       大楼内医疗系统采用台达GES-NT系列大型工业级UPS，UPS输入、输出各配置一台配电屏，屏内预留未来扩容空间。UPS自带输出隔离变压器，满足《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》规定。UPS输出屏根据输出各楼层用点需要，设置配电回路，为呼吸机系统、ICU、手术室及各楼层护士站等提供供电回路。系统建议配置结构如图2所示。

图2医疗系统UPS供电原理图

       NT系列 UPS是专为大型用户所设计，其主要应用领域为各种数据处理系统、电信系统、卫星系统、网络系统、医疗设备、安全紧急逃生设备、监控保全系统、各种工厂设备。

       NT系列UPS，采用先进的IGBT高频切换正弦脉宽调变技术设计，使UPS供电质量好、效率高、热损耗小、噪音低、体积小及寿命长，同时采用模块化设计可降低平均修护时间(MTTR)，使维护工作更简便，藉由微处理器的数字化设计，简化复杂的模拟线路及大量减少零件数目，使系统更为安全可靠。人性化设计使NT-系列UPS为使用者提供了可用性强的高质量电力，为广大信息用户的最理想守护神。

2.3 电池容量计算

       电池容量计算，参考行业标准 《YD/T5040-2005 通信电源设备安装工程设计规范》进行。计算公式为   ...................（1）

式中 : Q——蓄电池容量（Ah）；
           K——安全系数，取1.25；
           I——负载电流（A）；
          T——电池放电小时数 （h）；
           η——放电容量系数；
           t——实际电池放电所在地最低温度数值，所在地有采暖设备时，按15℃考虑，无采暖设备时，按5℃考虑；
           α——电池温度系数（1/℃），当放电小时率≥10h，取α=0.006；当1≤放电小时率<10h，取α=0.008；当放电小率<1h，取α=0.01 。
表1 铅酸蓄电池放电电容量系数（η）表

       UPS电池的总容量，应按UPS容量，采用公式（2）估算出蓄电池的计算放电电流I，再根据公式（1）算出蓄电池的容量。

...............................（2)

式中:  S ——UPS额定容量 （KVA）；
          I ——蓄电池的计算放电电流 （A）；
          μ ——逆变器的效率；
          U——蓄电池放电时逆变器的输入电压（V）（蓄电池单体电压1.85时）。
各系统计算结果列于表2。     
表2   各系统计算结果 

3 项目UPS功能特性介绍

3.1 HIFT系列UPS特性

       3.1.1 模块热插拔技术

       单个模块均可在线并入和退出，无须转旁路操作，大大提升了故障维护和未来扩容的方便性。

图3 DELTA HIFT UPS

       传统UPS在故障时转到旁路，用户一般不敢拆开机器，只能打电话给厂家寻求服务支持。在服务人员赶赴现场的时间里，旁路电已经工作，市电没有经过净化处理，直接供给负载，如此时停电，将负载中断，将会造成不可估量的损失。HIFT采用热插拔技术后，大大降低了维护时间，以及维护人员的技术要求，一般培训半天，用户即可自行更换模块，提高了系统运行的可用性。

       3.1.2 IGBT整流技术

       采用的专利IGBT整流技术，使HIFT具有优异的输入特性，可为绿色产品的典范，输入功率因数≥0.99,输入电流谐波失真<3% ，是业界最高指标。该指标可以使用户的输入电缆、空开、无功补偿柜、发电机的容量降低，降低了用户整个系统的安装材料成本。一般6脉冲的UPS 需要按配比配置发电机的容量，按照经验发电机容量需要比UPS大（2.5∽3）倍之间才能正常工作。HIFT 只需要（1.1∽1.3）倍即可.

       3.1.3 模块最高功率密度比

       20kVA模块仅为3U高度.目前数据机房都在提倡空间利用率的情况下，功率密度比高的将是用户理想的选择，功率密度比高，也体现模块本身的功耗小，散热小才能安装在紧凑的空间里.一个机柜里可装6个模块，120kVA的尺寸仅520*910*1650mm 。

       3.1.4内置同步控制技术

       目前，根据国际TIA-942标准的最高可用性第IV等级方案里,需要采用LBS同步控制,实现双母线方案。目前市场上大多数都采用外置LBS ,以及多增加多股控制线缆, 增加了故障点和额外的选配件投资。我们采用内置同步控制技术,减少了故障点,提升了系统可靠性,同时满足了用户的需求有节约了成本.

       3.1.5 机架并机技术

       模块化UPS可靠度已经非常高,为了使各部分都能实现模块化，不仅模块冗余,还可以实现机架和线缆的冗余,实现系统的真正模块化，同时也可实现整个系统达480kVA的容量需求.

3.2  NT系列UPS特性介绍

       3.2.1直接并机技术

       台达NT系列UPS以高速的微处理器为基础的数字化设计，各台UPS能够精确快速的返馈逆变补偿电流与电压的参数，同时经由通讯线对负载的功率取样返馈逆变补偿电流的参数，使各UPS之间的电压保持稳定一致，环流也可以大幅度的降低，可同时并接8台同型UPS运行。

       3.2.2支持并机共用电池组功能

       台达NT系列UPS，采用独特的并机同步整流技术，实时监测并机系统中各UPS直流母线电流大小，使得各UPS直流母线均流，达到系统共用同一套电池的功能。从而实现并机时，UPS冗余，而电池无需冗余，当某一UPS故障退出系统后，整套电池仍能对UPS系统供电，避免电池重复投资，减少电池占地空间要求。

       3.2.4在线修改运行参数

管理者也可以经由UPS的控制面板依实际需要设定相应的管理参数(如输入/输出电压、频率范围，充电电压、电流，密码设定..等)。

       3.2.5智能风扇转速控制

       多段式冷却风扇速度控制，改善系统可靠度、效率、噪音及提高风扇使用寿命。

4 总结

       秉承台达产品优异的品质，良好的市场口碑，以及专业售前技术支援，周密的方案论证和设计，使得其产品方案获得了客户首肯，顺利中标该项目。为金华人民医院今后的信息化发展建设献上一股稳固的推进力。
附录      
[1]  医疗场所安全设施的分级（摘自GB/T 16895.24-2005附录A）

[2]  医疗场所安全设施的类别和级别划分示例（摘自GB/T 16895.24-2005附录B）

[3] 配置清单  

作者简介：
       郑龙艺（1982~），高级应用工程师，目前就职于中达电通关键基础架构产品开发处，负责台达MCIS解决方案售前支持工作。