随着近年血液透析技术的发展和完善以及国家对医保的不断投入，血液透析的规模和应用得到了进一步的扩展和发展，各个医院的血透室的规模也进一步扩大。同时，由于血液净化设备属于高风险的医疗设备，血透设备的临床使用安全风险正日益成为关注的焦点。其中电源系统是血透室主要的动力来源，血透室需要有稳定的电源供给，良好的电源系统能排除潜在的隐患，保证透析室的供电安全。若是电压波动较大，负荷太大和UPS问题导致跳闸问题的出现，故而需要定期检查市电逆变供电模式正常工作，增添新血透机时要特别关注UPS负载能力，一般负载率在50%~80%，测试双UPS的冗余系统是否工作正常等，在本文中简要介绍了UPS设计要求、UPS设置说明以及UPS应用的医疗场所，重点以透血室为研究对象对其UPS的设计进行讨论。
　　　　
　　哈尔滨医科大学附属第四医院，始建于1902年，原名中东铁路医院，是一所集医疗、教学、科研为一体的三级甲等综合性医院，有着百年的历史底蕴。2004年并入哈尔滨医科大学。医院占地总面积40万平方米，江南院区8万平方米，松北院区32万平方米。开放床位2889张，现有职工3573人，其中中、高级职称专家1409人。
　　
　　医疗方面，医院设置三级学科39个，89个临床病房，医学影像科为国家临床重点专科建设项目所在科室。泌尿外科、产科、呼吸科、感染科为黑龙江省重点专科。省级医疗质控中心8个，包括医学影像医疗质量控制中心、临床药学医疗质量控制中心、牙周病科医疗质量控制中心、介入科医疗质量控制中心、手显微外科医疗质量控制中心、艾滋病医疗质量控制中心、黑龙江省血友病医疗质量控制中心、黑龙江省肥胖症医疗质量控制中心。省级诊疗中心8个，包括泌尿（男性生殖）系统疾病微创治疗中心、微创整形美容中心、放射性核素诊疗中心、手足显微外科与骨创伤治疗中心、创伤骨科及脊柱外科治疗中心、黑龙江省分子精准心血管病诊疗中心、危重孕产妇和新生儿救治中心、新生儿听力障碍诊治中心。
　　
　　一 前言
　　
　　因我国医疗行业的发展，医疗机构使用各种先进的精密医疗设备，这些设备中有很多设备会因为断电问题影响到病患，甚至威胁到患者的生命安全，对医院造成巨大经济损失，为此医疗场所对供电设备的设计要求较高，需要保证用电的可靠性和安全性，根据JGJ312－2013《医疗建筑电气设计规范》中对中断供电影响到患者生命安全和经济损失等影响程度进行等级划分，按照负荷等级不同，市政电源进线与柴油机发电及配置等级提出不同的要求，尤其是对中断供电时间≤0.5s的一级负荷中特别重要负荷，需要设置不间断电源即UPS。
　　
　　UPS作为不间断电源，内设有储能装置，主要是由逆变器构成的一种恒压恒频率的电源，具有非常稳压、稳频和抗电磁等功能优势，也是目前医疗建筑供电设计的强有力补充，在本文中会介绍UPS选择、设计要求和医疗场所设计应用等。
　　
　　二 UPS设计要求
　　
　　（一）UPS功能及作用介绍
　　
　　在UPS发展之初，是作为一种备用电源。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，从而导致用电设备如计算机系统、医用设备、通讯设备、电子设备等受到干扰，造成电路硬件损坏、软件破坏、信息丢失等严重后果。因此，UPS开始受到供电用户的重视，并逐渐发展成为一种具有稳压、稳频、滤波、抗电磁和射频干扰、防电压冲浪等功能的供电保护系统。
　　　
　　目前，我国市电电网的线路及供电质量有待提高，故UPS在医院医用设备等方面的保护措施就显得尤为重要。UPS的工作原理是，在市电正常供电时对市电电压进行稳压等处理，同时市电对UPS电源的蓄电池进行充电。市电突然停电时，UPS能将内部蓄电池的电能通过逆变器向外供电。
　　
　　常规线式UPS电源在多种条件下都是由逆变电路系统给用电设备进行供电，采用这样的方式可以实现电网与负载间处于完全隔离的状态，确保负载和电网谐波污染不会造成影响，起到净化电能的效果，故而输出相对稳定和高质量的电能。
　　　（二）UPS容量和时间选择
　　
　　计算机UPS装置的额定输出功率选择表达式如式：
　　
　　除计算机以外的其他负载使用UPS装置的额定输出功率，选择依据：
　　
　　在公式当中S_EUPC、S∑和S_EPS分别是指UPS装置的额定输出功率、工作的设备额定容量之和以及除计算机外的其他负载UPS装置的额定输出功率。
　　
　　医院医疗设备对于UPS的容量需求差异较大，按照实际项目中，结合目前关于医院设备UPS调研成果，未有任何特殊要求下，本文提高的基础输出可以满足多数设备的配置要求，如ICU、麻醉室和血液透析室等，每个场所每床按照2kW计算，每床需要UPS的容量为：
　　
　　1.3×2∕0.85=1kVA
　　
　　产房、烧伤病房、手术室按每间6kW计算，每间房所需UPS容量为：
　　
　　1.3×6∕0.85=9.2kVA
　　
　　最终，取整后，每间房需要的UPS的容量为10kVA。
　　
　　在实际设计中，需要考虑到不同场所下床位数量、手术室数量对UPS进行计算，最终求得最终的总容量，同时急诊室、血液病房净化室等场所需要根据选用的设备进行UPS配置，按照JGJ312－2013《医疗建筑电气设计规范》对备用电源供电维持时间做出的要求，备用电源维持时间不得小于3小时，对应紧急电源为柴油发电机组的时候，UPS应急供电时间不得低于15分钟，这表明若医院使用或柴油发电机组作为应急电源，UPS可以作为市电电源和柴油发电机电源进行切换过度的电源，其最终持续不得低于15分钟，因而可以默认为UPS应急供电时间越长，蓄电池的容量需要增大，对应的柜体数量也需要增加，这种奇怪看下机房面积需要扩大，相应的项目成本投入也会因此增大。
　　
　　（三）UPS装置室的设置要求
　　
　　1、USP装置室的设计需要满足接近负荷中心，确保进出线方便，不能设在如厨房、厕所等容易积水的场所下放，也不可以与上述场所相贴邻，要考虑蓄电池采用密封阀对蓄电池控制时，所设计装置室与蓄电池室可合并设置。
　　
　　2、为满足环保要求，UPS不间断电源装置的本体噪声，在正常运行时不应超过75dB，小型不间断电源装置不应超过65dB。UPS室使用荷载标准值为8～10kN/m2，电池室使用荷载标准值为16kN/m2，医院UPS间的电池室与UPS主机室一般放在同一房间，故可按16kN/m2给土建提资。
　　
　　三 UPS设置说明
　　
　　1、医院场所UPS设置
　　
　　（1）设置及选型
　　
　　医院的UPS可集中设置，可分区域集中设置，还可以在医疗设备末端分散设置。这三种设计方式有利有弊，具体表现为若是医院场所项目功能比较复杂，所需要的UPS供电设备数量比较多，距离较远，且分散的情况下若是选择集中设置的方式，虽然可以减少机房设计占地面积，但是会由于UPS供电出现距离比较长，远超过低压电缆供电半径的要求，使得线损率增大，相应的压降数值也会增大，这种出现集中，但是不利于日常对线路的维护，若是手术室采用末端分散的设置方式，虽然每间手术室机房面积减小，缩短了原有的供电距离，但是因机房数量增多，最终总面积其实较大大，小面积机房的结构荷载、通风条件以及环境温度等均需要满足规范要求，UPS设备外的投入成本资金金额较大，相应的后期维护成本也会增加。
　　
　　UPS分区集中设置时，与完全集中设置相比，所需机房增多，机房总面积会有所增加，但各区域所需面积相对较小，设置的位置比较灵活，土建条件容易满足，出线少且距离近，可以深入负荷中心。故该项目UPS机房采用的是分区集中设置。
　　
　　对于医院项目单层面积比较小，医疗场所设备布置较为集中的虽然可以采用配电型式及供电距离等都可以满足规范要求，但分区集中设置与末端分散设置的机房多，机房总面积大，初始投资高，运维管理难度大。集中设置UPS可以减少安装面积，在与土建配合的前期，要求UPS装置室设在电井旁，可以缩短出线距离，方便UPS各出线回路的施工及安装，且集中设置时过载能力高，维护方便。故项目UPS机房采用集中设置。
　　
　　（2）UPS的设计应根据其电源输入要求和动态输出特性确定
　　
　　UPS的额定容量数值是指UPS的最大输出功率，其容量考虑需要参考总功率，若是选择容量偏小，会加速对UPS装置的损害，反之若是太大会造成额外的浪费，影响到投资成本，为此在选择的时候考虑到负载的实际功率。常见的蓄电池容量计算方式有三种，但通常因为UPS所带负载多为固定，采用恒功率方式会使得计算更为精准，其主要只是将电池从开始放电到端电压下降至与临界放电电压结束，端电压与放电电流数值乘积为常数数值。
　　
　　以医院的血透室为例，当前大中型血透室中心所配备的血液透析机器无定法满足透析患者的需求，通常采用一天两拨病人，假定透析设备透析两例患者，一人序号耗时4小时，在未计算上级准备、预冲以及消毒等，正常一天透析装置工作时间超过10小时，在这期间需要护士紧盯透析机，避免出现异常影响到患者。透析室透析机最大功率在8千瓦，水处理设备的最大功率约为20千瓦，其他辅助型设备最大功率表控制在1千瓦，因而需要合理的对血透室进行供电系统的设计。
　　
　　因医院自身的特殊性，电网供给采用到双路供电方式，当其中一路因故障或者是其他原因停止后，可自动进行切换，血透室所用血透机采用到蓄电池进行供给，但是供给时间相对较短，为此在蓄电组容量选择时要考虑负荷，尤其是医院特级负荷和一级负荷若是长期处于停电状态，病人会出现死亡的可能，为此需要通过内燃机和蓄电池组对其进行持续供电，内燃机发电功率需要满足一级负荷级以上的的供电需求；蓄电池组则是要满足二级负荷在短时间内的供电。目前医院在UPS电源系统构成中可以分为整流模块、储能模块和变换模块等，在市电运行条件下可以直接为直流回路提供必要的电压，后通过逆变器输出，若是当突然停电后，蓄电池组可以迅速为其进行供电。
　　
　　在本文中发现逆变器作为一项重要的数据指标，用于表示输出电压谐波含量，受到负载尤其是非线性负载的影响，会导致电网输出的波形发生畸变，为此需要尽可能的抑制在非线性负载逆变器下波形失真问题进行改进，虽然目前对于该问题的解决提出了多种方法，但是其效果并不是很好，甚至有些测量较多的变量数据，增加了设计难度。故而在本文中对原有控制器内膜进行改进。
　　
　　
　　在原有的基础上增加了一个低通滤波器Q（Z），该滤波器可增强控制的稳定性和可靠性。其改进后实则成为内膜控制，改进型重复控制使用到逆变电源输出电压控制，其本质思想是在系统运行期间，在每个周期相同时间节点会出现相同的外部干扰，以此为基础，对误差信号进行处理和矫正，以此来消除不同周期波形突变。
　　
　　2、UPS设置方式及比较
　　
　　医院的UPS可集中设置，可分区域集中设置，还可以在医疗设备末端分散设置。对于大型三甲综合性医院，功能多且复杂，需UPS供电的设备分散，故建议按照分区集中的原则设置；对于小型医院，若需UPS供电的医疗设备集中，可在较集中的区域集中设置UPS机房，从而节约造价；对于功能单一且改造的项目，若所需UPS供电设备少，土建安装条件难以满足集中或分区集中设置的要求，可考虑采用末端分散设置的方式。为方便管理，不论采用何种方式，均建议采用UPS集中远程监控系统，避免由科室非专业人员维护UPS。
　　
　　四 UPS应用的医疗场所
　　
　　医院透血室是对肾功能衰竭、尿毒症患者进行血液透析治理的重要场所，因这些重病患者年龄偏大，病情恶化速度较快，和容易出现各种意外事件，基于这一问题，透血室需要对患者进行严格的管理，尤其是近些年随着医院信息化建设，各门诊部、住院部和临床部等信息技术得到了提升。
　　
　　通过咨询血液透析科的医生，了解到血液透析机通常自带蓄电池，可以保证停电时连续工作15min。考虑到自备电池寿命有限，且后期设备维护工作有可能不尽如人意。若遇到电源中断时，正好自备电池也不能正常工作的极端情况，此时，也可以由医护人员通过摇把手动完成回血，并不会对患者造成伤害。GB51039-2014和JGJ312-2013对血液透析室中断供电时的恢复供电时间要求也不一致，GB51039-2014中仅要求确保0.5s＜t≤15s内自动恢复供电。所以，血液透析机也不属于维持生命安全的设备。对于三级医院来讲，其属于一级负荷，通常采用市政10kV双重电源加自备柴油发电机组作为应急电源的供电方式，电源中断后15s就能恢复供电，符合规范及医疗工艺的要求。
　　
　　根据GB51039-2014《综合医院建筑设计规范》以及JGJ312-2013《医疗建筑电气设计规范》的规定，UPS主要用于1类、2类医疗场所中涉及生命安全的电气设备及照明，对应要求自动恢复供电时间为t≤0.5s，且应选择在线式UPS。本文对照规范要求，对此类场所梳理如下：
　　
　　1类医疗场所：血液病房的净化室、产房、烧伤病房；血液透析室；术前准备室、术后复苏室、麻醉室。
　　
　　2类医疗场所：急诊抢救室；重症监护室；早产儿室；手术室；心血管造影检查室。
　　
　　医院中大量使用的医疗设备如MRI、CT、DSA、DR、X光机、超声检查设备、医学检验设备等敏感性负荷对电能质量的要求较高，供电电压偏差、频率不稳、波动和闪变以及奇次谐波等，都会对医疗设备的运行造成干扰，对影像及超声检查结果造成影响。因此，实际运行中建议在满足大型医疗设备系统内阻要求的情况下使用UPS对电能质量进行改善。
　　
　 五 结束语
　　
　　随着医疗健康产业的兴起UPS已经成为现代大型综合医院中大量高精尖医疗用电设备使用时不可或缺的一个组成部分，UPS的使用范围将会越来越广泛，数量也会越来越多。如何为医疗设备合理、安全、有效的配置UPS，将会是医院电气设计的一个重点。文中关于UPS及相应配套设施的选取还有许多需完善的地方，设计时，可根据项目需求查找相关规范及产品手册，这里不再赘述。总之，为重要医疗场所进行电气设计时，需根据各项目实际情况来考虑UPS的设置，达到安全可靠、技术合理、先进、经济且设备易检修维护的目的，为患者提供一个安全舒适的就医环境。