1 医疗系统电源综述


近几年医疗系统的集中化管理已成为一种发展趋势。对于数据中心、关键设备的保护更是重中之重,尤其是那些生命攸关的场所,如:洁净手术室﹑ICU重症监护室﹑CCU心脏监护室、产房等场所重要电力负荷区,必须配备UPS后备电源,其目的就是保证为该场所内的医疗电气设备提供一个稳定、可靠的电源作保障,故供电电源质量的优劣直接关系到医用设备的使用,尤其是大型及高、精、尖医用设备对供电电源的质量有更高的要求。

供电质量的好坏将可直接影响MRI、CT等大型医疗设备的正常使用,因此必须有效地改善医疗设备的供电质量。要改善医疗设备的供电质量,我们最快想到的是在设备前加装稳压器,加装稳压虽然可以改善部分供电质量,但从分析来看,一般的电力稳压器只能解决供电网络中的电压波动和滤除部分杂波干扰,而对医疗设备造成危害的最关键问题,如奇次谐波、频率偏移,供电中断、尖峰、浪涌等特殊干扰则无能为力。这样,在设备前加装稳压器是不能彻底解决供电质量问题的。因此,只有配置UPS才能真正解决这一问题。

随着中国经济的飞速发展,中国的医疗系统水平也快速上升,各级医院都在不断的完善其软硬件建设水平。医疗系统信息化、精密化已经成为一个共识。所以,UPS等高可靠供电保障系统也逐步应用到医院机房及重要医疗系统的供电。

UPS(Uninterruptible Power System)称为不间断电源,这种UPS的简单原理是将市电输入UPS后经过整流变换成直流电,一路给充电器为电池充电,另一路提供直流电压给逆变器工作,逆变器将直流电变换成稳压、稳频、纯净的50 Hz交流电,向负载供电。当市电异常或供电中断时,逆变器改由电池提供能量继续工作,这样逆变器始终处于工作状态,保证无间断地给用电设备供电。最初大都用于计算机系统的供电电源,而如今医院对比较重要的医用设备也采用UPS作为供电电源。

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。 


2 整体方案总述


2.1 数据机房UPS选型

在信息化技术应用不断深入和中国加速医疗改革的大背景下,HIS(医院信息管理系统)、CIS(临床信息系统)、LIS(实验室信息管理系统)、EMR(电子病历)等业务信息化系统被越来越多的医院所采用,"数字化医院"已成为医疗行业未来发展趋势。

大楼数据中心采用泰高 Vplus 模块化80kVA 采用1+1冗余并联的方式为负载提供高可靠的供电系统。延时2小时UPS。并配置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含输出隔离变压器。


泰高Vplus UPS具有以下4大优势:

Vplus 系列 模块化UPS是高效率、高性能的双转换纯在线UPS。Vplus UPS采用抽屉式高智能模块化设计,一个模块就是一台功能齐全的UPS。用户可以通过增减机内模块来满足功率输出及可靠性要求,达到最佳性价比。MTTR近于0,模块化热插拔在线维修,大大缩短维修时间

1.   N+X冗余,阵列中的所有功率模块平均负担系统负载;提供系统最高的可靠性。

2.   所有模块具独立运作能力,无需系统控制器对并联系统集中控制;任何模块若发生故障,其余模块马上会分担其负荷,保障系统正常运作;

3.   随需扩容,提供最灵活的、最经济的投资、配置策略

4.   过载时自动降低冗余量,保持系统正常运作。


高效节能,提供最低的运行成本

  

 

 并机系统如如下: 

 

 

2台80KVA系统并联,每台UPS 4个模块,共8个模块,总容量160KVA。系统正常运行时,每一个模块均分负载,每个模块均流运行。

当市电正常的时候,如果其中任意一台模块出现故障,在系统控制程序命令下自动退出系统,其余模块将自动平均分担该故障模块所带的负载。

由于实际负载容量是50KVA,实际功率容量只占3台功率模块,而冗余1台功率模块,是2+2的系统。也就是说只有在3个模块同时故障的时候,UPS才会转旁路工作,才会在无保护的状态下运行。

在系统正常运行的情况下,市电发生故障(掉电或电压超限)时,两台UPS同时转到电池逆变运行,在此期间,如果其中一台模块发生故障,该故障模块脱出系统,其余模块均分该故障模块负载后,继续正常电池逆变运行。

随着客户负载的增长,可随时在线添加功率模块,(每个模块20KVA),最大可扩容到240KVA,已经远远超过客户对今后的扩容要求。

 

2.2医疗系统用UPS选型

大楼内医疗系统中ICU、呼吸机、手术室等系统,采用泰高大型工业级UPS,配置250kVA以上UPS并机系统  1套,后备时间4h;要求UPS具有:高可靠性、高可用性、环保节能。

并在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。


泰高Vmax系列UPS介绍

Vmax-gamma系列UPS是采用双变换、纯正弦波输出,真在线工作方式的智能型UPS,它的整流器使用全桥6只IGBT矩阵,采用全数字控制技术。逆变器采用SPWM控制方式,选用IGBT功率模块及输出隔离变压器,输出特性非常优异,以保证系统设备的正常运行。并且具有自动静态旁路的功能,使得UPS系统供电的可靠性大大的提高。

性能特点

Vmax UPS包括在线式三进三出大功率IGBT工频不间断电源。其采用的多种技术,诸如:

1、双转换UPS高速DSP (Digital Signal Processing)数字信号处理控制器&mdash;&mdash;控制/响应速度迅速;效率: > 95 %

2、CAN(&ldquo;Controller Area Network&rdquo;控制器局域网)技术的运用&mdash;&mdash;高速、抗电磁干扰能力强

3、输出隔离变压器&mdash;&mdash;K因子13变压器,有效的谐波滤除和输出隔离

4、大功率IGBT整流及逆变技术,输入电流总谐波失真度: < 5 %&mdash;&mdash;减少对电网的谐波干扰

5、内置静态旁路和手动维修旁路&mdash;&mdash;确保负载供电不受维修的影响

6、旁路的滤波和浪涌抑制&mdash;&mdash;安全的旁路供电

7、效率优化功能(旁路优先功能)&mdash;&mdash;提高系统效率

8、开机自诊断检测功能&mdash;&mdash;完善的故障报警功能

9、多种通讯方式(RS232、Modem、RS485、SNMP和继电器干接点)&mdash;&mdash;灵活的监控方式

10、多机并连运行:根据用户的需要灵活配置

 

2.3医疗成像设备用UPS选型

X 光机,CT,MRI功率一般都较大,是非线性负载,额定功率为几十到一百多千伏安,且瞬时功率大,输入谐波电流丰富,见表一。

设备

电压

功率

超声设备

220V单相

13KVA

胸部X

220V单相

510KVA

 

380V三相

510KVA

X

220V单相

530KVA

 

380V三相

20200KVA

CT

380V三相

50125KVA

核磁共振MRI

380V三相

2075KVA

表一: 常见医疗成像设备额定功率

 

   医院的电源环境一般较复杂,装备了大功率的X光机,CT,MRI设备,电网受到这些大功率非线性负载的不同程度上的污染,有时也表现为配电容量不足,电压不稳定。

配备的UPS符合医疗仪器的安全要求,电磁兼容要求,对电网电压的稳定度、频率稳定度、瞬态响应都很苛刻,同时要求与电网隔离,减小消除高频噪声,电压尖峰,电压瞬变对设备数据的破坏,保证成像质量。

 建议采用泰高大型工业级Vmax 系列UPS,配置10~250kVA以上UPS并机系统  1套,后备时间1h;要求UPS具有:高可靠性、高可用性、环保节能。

 

2.4医疗检测设备用UPS选型

医院中还有大量的生物检测设备、血液检测等,一般较为分散到各科室,功率1~20KVA不等,由于市电电网在用电高峰时极易产生诸如电压涌浪、电压尖峰、电压瞬变、过压或欠压、电源中断等质量问题 ,从而导致用电设备受到干扰 ,造成电路硬件损坏等严重后果,这些医用设备的正常运行必须要有稳定、可靠的电源作保障。

建议采用泰高Vprime 系列UPS,配置10~250kVA以上UPS并机系统  1套,后备时间1h;

泰高Vprime系列UPS是基于节约能源及环保的理念设计而成,以纯正弦波交流电输出的高频双转换在线式不间断电源。UPS采用最新的多重微处理器控制(DSP)技术和高效节能的设计,使得整机性能突出,同时响应了节约能源,绿色环保的号召,较传统UPS具有高效率低噪音的优势,是电源及自动化设备的电源保护神。


性能特点:

u  绿色电源          最新的DSP技术,独创的有源整流PFC功率因素校正技术,保证标机和长延时机种的输入功率因素大于0.97,减少UPS对电网的干扰,减少用户输入端电源容量。

u  高适用性          超宽的输入电压范围,确保UPS更能适应恶劣的电网环境,减少电池的使用频次,延长电池的有效寿命;适应容性负载(计算机)的优化设计;内置充电器,可依实际需要增加电池,延长备用时间,特别适合电力不足的地区使用;独特风冷式散热器,适于恶劣的电源环境;具有电池开机冷启动功能和无人值守功能,断电后可自动开机。

u  智能化            配备智能化RS232和SNMP接口,选配监控软件(适于各种操作平台)和SNMP适配器,实现智能化远程网络监控管理。

u  人性化设计        LED面板操作简单直观,随时了解UPS的运行状态。

u  强劲的保护功能    输出短路保护,过载保护,电池过充过放点保护,输入低压高压保护,超强防雷击、突波、杂波保护,UPS内部过    温保护等,UPS自我诊断、自我测试保护。

u  监控和管理功能    通过选配信息丰富的监控软件,可直接通过电脑屏幕上监控UPS,监视UPS的工作状态和参数

 

 

 

 

一些应用案例如下:

 

 

 

                                                    

2013年04月24日

泰高UPS在医疗系统的电源保护

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