作者：周翔，本科，四川省建筑设计研究院有限公司设计一院电气总工程师，高级工程师。
文章简介
本文系首届杰青论文竞赛二等奖作品，发表于《智能建筑电气技术》年第6期?通过分析规范中关于医疗建筑中设置应急电源?备用电源的规定，结合柴油发电机组的负载特性，总结梳理医疗建筑中柴油发电机组设计选型要点。最后探讨在医疗设备不同负载类型下的机组稳定运行的技术措施。
第二届杰青论文竞赛将于6月日截稿，详情可点击下图↓
正文
0引言柴油发电机组作为重要的应急(备用)电源类型在各类项目中被广泛采用。因其具有设置数量多?设计容量大?带负载类型复杂等特点，在医疗建筑电气设计中，不仅需要对柴油发电机进行正确合理的选型，还要结合医疗建筑的特点，注重柴油发电机组与环境的协调，为医疗设备和机组本身全生命周期使用和运维提供可持续的条件。本文对柴油发电机组在医疗建筑中设计要点进行探讨，为柴油发电机组的正确选用提供借鉴。柴油发电机组的设计规定.柴油发电机组设计的一般规定柴油发电机组作为应急电源和备用电源在相关电气设计规范中的规定如下。JGJ6-《民用建筑电气设计规范》中规定：为保证一级负荷中特别重要的负荷供电或用电负荷为一级负荷，但从市电取得第二电源困难或技术经济不合理时宜设自备应急柴油发电机组。GB-《供配电系统设计规范》第3.0.3条规定：一级负荷中特别重要的负荷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。而独立于正常电源的发电机组可作为应急电源。.2医疗建筑中柴油发电机组的设计规定JGJ32-《医疗建筑电气设计规范》第4.4.条规定：医院应设置应急柴油发电机组；医院宜设置应急柴油发电机组。第3.0.3条规定：备用电源供电维持时间应符合当要求恢复供电时间小于或等于0.5s时，自备备用电源供电维持时间不应小于3h。其他备用电源供电维持时间不宜小于24h。不同医疗场所的用电设备在工作电源中断或供电电压骤降0%及以上且持续时间超过3s时，备用电源要按照规定的切换时间投入。医疗建筑中对医疗场所进行了划分，不同医疗场所中断供电要求自动恢复供电的时间和电源解决方案如下。()t≤0.5s：采用不间断电源装置(UPS)与柴油发电机电源组合供电。(2)0.5s≤t≤5s：采用5s内快速启动的柴油发电机组供电。(3)t5s：采用柴油发电机组或市*电源供电。
.3医疗建筑中应急电源和备用电源的设计原则
按照JGJ32-《医疗建筑电气设计规范》的规定，医院是否设置应急电源医院的等级为条件，且不同的条文中又提到备用电源供电持续时间的问题。医疗建筑中有大量一级负荷中特别重要的负荷?一级负荷和二级负荷，针对医疗建筑中柴油发电机组作为应急电源还是备用电源的问题，笔者认为，应按照GB-《供配电系统设计规范》的规定，为一级负荷中特别重要负荷供电的柴油发电机组作为应急电源，为一?二级负荷供电的柴油发电机组作为备用电源。
对于新建的?医院，一般柴油发电机组的设置不止一台，此时可将一级负荷中特别重要的负荷接入应急电源柴油发电机组，将一?医院根据使用要求明确要保障的负荷接入备用电源柴油发电机组，这样就做到了应急电源供电系统和备用电源供电系统的独立设置。医院，可能存在设置一台柴油发电机组合并设置应急电源和备用电源的情况，笔者建议，在变压器低压配电系统设计时将一级负荷中特别重要的负荷和一?二级分别设置保障母线段，柴油发电机组电源与市电在不同的母线段切换后为相应负荷等级的设备提供应急(备用)电源。医院常见0kV/0.4kV高低压配电系统与应急(备用)电源系统主接线见图。
2医疗建筑中柴油发电机组容量和性能等级选择柴油发电机组的功率定额是指在额定频率，功率因数cosφ为0.8(滞后)时用kW表示的功率。
柴油发电机组的功率定额种类分为：持续功率(COP)?基本功率(PRP)?限时运行功率(LTP)?应急备用功率(ESP)。发电机各种功率定额见表。
持续功率(COP)为柴油发电机组的基础功率，医疗建筑中的负载通常为可变负载，柴油发电机组作为应急(备用)医院的诊疗和疏散时间一般为3~24h，所以柴油发电机组建议采用基本功率(PRP)作为常用功率?应急备用功率(ESP)作为备用功率。
当选择了发电机组的常用功率后，发电机组是可以短时过载运行的。这是因为发动机—“柴油机连续运行2h”可以允许超过2h功率0%的情况下运行h，所以发电机组常用功率每2h也可以允许过载0%运行h。发电机组备用功率在连续工作时需下调0%的功率运行也是根据柴油机持续功率的运行特点决定的。
2.柴油发电机组的性能等级
柴油发电机组的性能等级分为G~G4级，医疗建筑中除了民用建筑中常见的照明?风机?水泵?电梯?空调等负载外，还有大量的UPS电源设备，含有整流电路的大型医疗设备如X光机?DR?CT?核磁共振等。这类设备对电源输出电压?频率?波形有严格的要求，电能质量的好坏不仅影响设备是否正常运行，医学影像设备的图像质量也和电能质量密切相关。因此医疗建筑中应选择性能等级为G3级及以上的柴油发电机组。柴油发电机组的性能等级见表2。
柴油发电机组详细的性能等级及运行限值可以查阅GB/T??5-《往复式内燃机驱动的交流发电机组》的相关规定。当发电机组某个性能等级的所有限值都满足时，才能选择该性能等级。
2.2柴油发电机组容量选择
医疗建筑中柴油发电机组的选择应根据应急负荷的大小和投入顺序以及单台电动机最大启动容量等因数综合考虑。()作为应急电源的柴油发电机组应统计医疗建筑中一级负荷中特别重要负荷的计算负荷，按照稳定负荷计算发电机组的容量。(2)如果应急电源和备用电源合并设置，应比较消防负荷和保障负荷的大小，按照容量大的负荷进行选择。(3)根据现行GB-《自动喷水灭火系统设计规范》，医疗建筑中喷淋泵的功率一般较大，给排水专业根据泵的功率通常设计一用一备或两用一备的运行组合方式，这时柴油发电机的容量选择应按单台电动机或成组电动机的启动需要进行计算。工程设计中要限制发电机组的容量，功率较大的电动机通常选用降压启动的方式，在选择了启动方式降低电动机启动倍数的同时，应注意兼顾电动机的启动转矩，电动机的启动转矩和电压的平方成正比，因此应合理选择电动机的启动方式。(4)如果设备中有大容量的负荷启动时，还应按照设备允许的电压降计算柴油发电机的容量。医疗建筑中医技科室有大量的大型医疗设备如MRI?CT?DSA?直线加速器(LA)?SPECT?PET-CT等。上述设备正常待机时功率很低，工作时才会产生瞬间的大电流，电源内阻和线路阻抗直接影响电压降，因此在接入发电机电源时，应按照设备要求的电源容量进行发电机组容量的选择。市电作为电源时，电压降趋于恒定；发电机组作为电源时，电压降更深，变动更大一些。医疗建筑中发电机组容量一般大于大型医疗设备最大瞬时负荷容量的2.5倍时，可以获得合格的影像图像质量。(5)柴油发电机组的容量选择还应医院环境协调统一。容量大的机组送?排风井道及地面风口百叶面积较大，在设计时应结合土建条件，减小对建筑立面和室外景观的影响。3柴油发电机组与负载的匹配
相比于普通的民用建筑，医疗建筑的负载类型多且相对复杂，有电热水器?电加热设备等电阻负载，也有各类风机?水泵?空调等电感负载，还有大量属于电容负载的IT设备和UPS电源等。柴油发电机电源与负载类型的匹配直接影响着各类重要设备的可靠和稳定运行。
3.负载类型对发电机端电压的影响
分析负载类型对发电机端电压的影响，是调节励磁电流使空载电压为额定值，然后保持励磁电流不变，给发电机分别带上不同类型的负载，观察发电机组端电压随着负载电流的变化情况。发电机等效电路详见图2。根据等效电路可知：电阻负载时，负载电流I和端电压U同相，但由于电机本身是电感性的(电抗Xc比电阻R大的多)，使内功率因数角φ仍是滞后的，所以电枢反应起去磁作用，端电压U小于空载电动势E0。电阻负载下电动势相量图详见图３。电感负载时(功率因数滞后)，负载电流I滞后于电压U90o电角度，从相量图可以看出，端电压U比电阻负载时下降幅度更大，在这种情况下，电枢反应磁动势起完全去磁作用。电感负载下电动势相量图详见图4。
电容负载时(功率因数超前)，负载电流I超前于电压U90o电角度，从相量图可以看出，带负载后，端电压U比空载电动势E0升高了，这种情况下，电枢反应磁动势起增磁作用。电容负载下电动势相量图详见图5。
电容负载时产生了较高的发电机输出端电压U，此时必须通过电压调节器减小励磁电流来进行调节。实际上，电压调节器可能没有足够的范围完全调节输出电压，发电机的转子在一个方向连续励磁含有永久磁场，即使电压调节器全关，转子仍有足够的磁场对电容负载充电并产生电压，这就产生了发电机组的“自激”现象，可能导致负载设备损坏或发电机保护设备跳闸，造成发电机组停机。
3.2医疗建筑中电容负载源及发电机组的选择
医疗建筑中电容负载的主要来源为带有输入滤波器的轻载UPS电源设备。医疗建筑中应用UPS电源的场所如下。()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)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。(3)医院信息中心数据机房及智能化系统管理机房等。(4)笔者查阅相关论文，医疗建筑中大型医疗设备(如直线加速器(LA)?MRI?CT?DSA?DR等)也会采用UPS电源进行电能质量的改善和治理。对于医疗建筑中大量的电容负载，发电机最多可以承担其额定无功功率容量0%的负载。在负载接入发电机电源时，按先投入功率因数滞后负载，再投入功率因数超前负载的顺序，有助于提高发电机组运行的稳定性。在医院设置多台发电机组的条件下，应尽量将电容性负载分散接入到不同的发电机组上。当仅有一台发电机时，应着重
