方舱医院智能配用电生态系统设计

方舱医院智能配用电生态系统设计

李健盛 张雪峰 陈永忠 谭波

深圳新能电力开发设计院有限公司 广东省深圳市 518000

摘要：为了满足方舱医院的可靠用电、提升方舱医院的运作效率，减少用电隐患和支撑配用电技术的智能化和数字化发展。在传统的配用电系统的基础上，提出了方舱医院智能配用电生态系统构架设计，主要研究方舱医院智能配用电生态系统应用层的平台设计，终端层的各种传感设备的选型和通信层的通信方式等三个方面内容，为方舱医院建立一个实时在线监测，智能化程度高的配用电生态系统。该技术已在深圳市首座方舱医院上获得应用，为我国方舱医院的智慧化建设提供支撑和借鉴。

关键词：智能配用电；智能监控；智能电网；方舱医院

引言

方舱医院，是一种以医疗方舱为集成单元，综合集成“快速会诊、紧急救治、收容病人、临床检验”等多种医疗功能，在突发应急的情况下，可实现全天候、全地形、快速部署的成套移动式医疗平台，在重大灾害救援、疫情应急支援保障等领域应用广泛。方舱医院从顺利投产到安全生产，离不开配用电系统的稳定运行，特别是方舱医院经常布置于工况条件较为恶劣的野外，配用电系统容易受各种环境因素或安全隐患的影响，一旦配用电系统无法正常工作，势必对方舱医院设备的稳定运行和医患人员的人身安全造成严重威胁。

为了解决这个问题，本文根据方舱医院的用电特性和针对传统的配用电系统存在的一些安全隐患及问题，提出方舱医院智能配用电生态系统设计，主要研究智能配用电生态系统架构设计，平台设计与设备选型，案例应用3个方面的内容，利用“云大物移智”技术确保方舱医院用电的可靠性和安全性。

1 系统架构设计

智能配用电生态系统应用物联网及在线监测技术实现对配电房环境及配电设备进行监测。通过基于物联网通信的智能传感设备实现对配网变压器、中压开关柜、低压配电柜和电缆的温度、局放等设备运行状态信息采集，并结合扩展设备实现电气设备预警联动，对配电房设备实时在线监测。

整个智能配用电生态系统构架为三个层次，分别为应用平台层、通信层、终端层（如图1所示）。

应用层包括主站系统的各类应用功能，包括入侵报警、设备状态、预警联动、智能巡检、统计、APP移动应用、远程控制、告警管理、抢修管理等。

通信层，主要应用智能物联网网关设备和无线4G路由设备，实现对终端层传感设备的数据传输。

终端层，主要采用各种传感器设备，实现对综合环境监测，设备状态在线监测，安防视频监控的功能。

应用层（站用端平台、APP应用） 通信网络 通信层（光纤专网、无线公网） 终端层（采集、传感）

图1智能配用电生态系统系统构架图

对于医院用户，其智能配用电生态系统设计应包括环境监控单元、视频监控单元、设备状态监测单元。其中设备状态监测单元，包括设备电气量、非电气量监测。

2 平台设计与硬件选型

2.1 智能配用电生态系统平台设计

智能配用电生态系统平台是在配网自动化技术和电力调度技术基础上，采用物联网、移动互联网、能源互联网技术，将电能管理、设备运行、人员调度、应急抢修、需求侧管理、微电网管理等功能需求进行合理整合，而建立的全维度协同管理开放式平台（如图2所示）。

用户供配电设备监测、环境监测和安防监测等信息，通过物联网智能网关上送至平台，实现智慧运维和用户分析等智能化管理和增值服务。

图2 智能配用电生态系统平台功能拓扑图

2.2 硬件设备选型

智能配用电生态系统的信息采集主要为设备状态、环境、安防监测三大类（如图3所示）。

图3 智能配用电生态系统示意图（以2台箱变作为一个基本子系统为例）

2.2.1 电气设备监测

根据用户要求、配置等级和用户重要负荷回路、高可靠性负荷回路以及需优化运行回路，对其配电电气设备，主要包括中压柜、配电变压器和低压开关柜，选用监测装置、仪表，实现包括电气量、非电气量的监测。

电气设备配置应根据选定的配置方案类型配置测控、监控仪器和母排、电缆头测温等装置及传感器。各仪表、装置的配置应符合 DL/T 5137设计技术规程有关规定。互感器选型应符合 DL/T 5137技术规程的选用原则、基本参数的有关规定。

设备测温元件安装于母排三相、电缆头和电容器。

电气量监测包括：三相电流监测、零序电流监测、三相电压监测、故障报警、录波记录、漏电监测等。

非电气量监测包括：变压器油温监测。

2.2.2 环境监测

设备具备一定的环境适应性，应对噪声、工频电场和磁场、高频电磁波、通信干扰、温度、灰尘的影响等方面采取必要的防治措施，并满足国家相关标准的要求。宜采用一体化、高集成性、高可靠性、小型化和低功耗型设备。

通过安装温湿度控制器、烟雾探测器和水浸等设备，实现箱式变压器运行环境实时监测并接入智能配用电生态系统。

2.2.3 安防监测

根据整个方舱医院箱变布置方式，在箱变外安装摄像设备，实现对运行箱变外环境的视频监控及入侵预警。其存储容量和回放图像（和声音）质量应满足相关国家规范标准和管理使用要求。

2.3 通信与接口

智能配用电生态系统通信核心在于智能网关设备，其上行通信具备1路无线通信，支持移动、电信、联通的4G、3G和2G网络，同时还支持1路100M/10M自适应以太网接入。下行通信支持多路RS485通信，每个通信信道物理层相互独立，每路通信最多支持多个智能仪表或智能传感器设备接入。

结合电力行业对通信技术的规范，协议方面，除了支持电力标准协议（IEC61850规约、102规约、103规约以及104规约），同时引入物联网MQTT协议进行扩充。

由于方舱医院布置于野外，容易受电磁杂波干扰，信号环境差别较大。应根据现场通信条件、数据上传要求，选取通信方式。按照优先顺序，依次选择专用网络、公用网络，其网络形式包括光纤、无线。对于信号环境恶劣的，还需配置信号放大器、天线等设备。

在覆盖范围方面，必要时采用IEEE 802.11无线局域网络系列标准提及的智能天线技术，通过多组独立天线组成的天线阵列，可以动态调整波束的方向，保证用户接收到稳定的信号，并可减少其他信号的干扰。随着5G技术试点应用，信号上传困难、存在较大延时和带宽受限的用户，可考虑5G应用方案。

3应用案例

以深圳市第一座方舱医院建设应用为例，医院的供配电结构是基于模块化应用来构成，即10kV户外环网柜+箱式变压器+低压户内馈线配电间，根据整个方舱医院箱变与配电间的布置情况，以2台箱变或者4台箱变为一个基本的智能配用电子系统进行设计，通过加装智能配用电生态系统，实现对高低压电气设备的状态实时监测，应对可能发生的潜在安全事件，提前预警、提前处理，实时监测每回馈线的电能质量，如低压侧三相不平衡、谐波、温度等，确保用电设备稳定运行；对箱变内外环境状态及安防监控，通过与烟感联合提高对消防状态的确认能力，同时可视化的高清视频摄像头，提高了箱变与配电间环境辨识的程度，提高了对入侵的检测能力。一旦出现紧急状况，智能配用电生态系统即时联动线下运抢系统，安排检修抢修工单，调配专业维保人员，做到7×24小时时刻待命，使设备运行更加安全、延长使用寿命、提升用电可靠性、规范了设备管理、有效降低设备运维成本。

4 结论

本文介绍了一种方舱医院智能配用电生态系统，该系统与医疗方舱一样均采用模块化的设计理念，在箱变等户外电气设备仍在工程生产时即可同步安装智能配用电生态系统监测设备，在工地现场接线与调试可以与方舱医院其他分部工程同时实施，互不干扰，互不影响。为医院快速部署，尽早投运，打下基础，为医院设备安全可靠用电提供了保障，同时也为后续方舱医院的智慧化建设提供支撑和借鉴。

参考文献：

[1]张恒，陈军球，方振.智能电房环境监测系统研究[J].机电信息，2019(36):31+34.

[2]吴观龙.基于智能配电房的建设方案研究[J].科技创新与应用，2019(26):121-122.

[3]刘赛足，韩畅.智能配电房的系统设计和技术方案研究[J].南方能源建设，2018，5(S1):100-105.

[4]陈微，温向阳，叶俊.浅论杭州市丁桥医院供配电系统的设计[J].中国医院建筑与装备，2018，19(10):48-50.

[5]张书盈，鲁文，吴琳，谭勇桂.智能园区配用电应用集成构架设计及关键技术[J].供用电，2017，34(07):9-14.