疾控中心供配电系统设计
摘 要
本文旨在研究和设计一种适用于疾病控制中心的供配电系统。本研究的背景是，疾控中心是公共卫生系统的重要组成部分，其供电的稳定性和可靠性直接关系到疫情防控、疾病监测和科研实验等关键任务的顺利进行。因此，设计一个高效、安全和可靠的供配电系统对于提高疾病管理中心的运营效率及其应对紧急情况的准备至关重要。
该研究首先分析了疾病控制和预防中心的基本数据以及疾控中心的结构，包括开放和关闭站的基本数据，并在此基础上制定了使用该系统的计划。之后，使用负载统计和分类来确定无功功率平衡和补偿策略，并在此基础上选择合适的主变压器容量。在电气布线设计部分，本文讨论了设计的基本原则和规则，并为整体建筑、门诊楼和疾控中心楼等关键区域设计了具体的电气布线系统，确保了供电的灵活性和经济性。
短路计算是供配电系统设计中不可或缺的一部分，本文根据相关标准进行了详细的短路计算，为接地设备和其他电气设备的选择提供了依据。在电气设备的选型和校准方面，本文全面考察了母线、电缆、开关和变压器等关键设备的选择和技术要求，以确保设备的安全可靠运行。
此外，根据电源疾控中心的具体要求，本文还设计了一种安全电源，包括UPS系统的总体设计、电池和内燃机容量的选择以及单元电路的设计，以确保紧急情况下电源的连续性和稳定性。
最后，本文总结了CDC供配电系统的总体设计，并展望了未来的发展方向。研究结论表明，规划的供配电系统能够满足疾病管理中心的效率需求，为其高效运行提供强有力的保障。
关键词：疾控中心；供配电系统；系统接入方案

Abstracta
This article aims to study and design a power supply and distribution system suitable for disease control centers. The background of this study is that disease prevention and control centers are an important component of the public health system, and the stability and reliability of their power supply are directly related to the smooth progress of key tasks such as epidemic prevention and control, disease monitoring, and scientific research experiments. Therefore, designing an efficient, safe, and reliable power supply and distribution system is crucial for improving the operational efficiency of disease management centers and their preparedness for emergency situations.
The study first analyzed the basic data of the Centers for Disease Control and Prevention and the structure of hospitals, including the basic data of open and closed stations, and based on this, developed a plan for using the system. Afterwards, load statistics and classification are used to determine reactive power balance and compensation strategies, and appropriate main transformer capacity is selected based on this. In the electrical wiring design section, this article discusses the basic principles and rules of design, and designs specific electrical wiring systems for key areas such as the overall building, outpatient building, and hospital building, ensuring the flexibility and economy of power supply.
Short circuit calculation is an indispensable part of the design of power supply and distribution systems. This article provides detailed short circuit calculations based on relevant standards, providing a basis for the selection of grounding equipment and other electrical equipment. In terms of the selection and calibration of electrical equipment, this article comprehensively examines the selection and technical requirements of key equipment such as busbars, cables, switches, and transformers to ensure the safe and reliable operation of the equipment.
In addition, according to the specific requirements of the Center for Disease Control and Prevention of Power Supply, this article also designs a safe power supply, including the overall design of the UPS system, the selection of battery and internal combustion engine capacity, and the design of unit circuits to ensure the continuity and stability of the power supply in emergency situations.
Finally, this article summarizes the overall design of the CDC power supply and distribution system and looks forward to future development directions. The research conclusion indicates that the planned power supply and distribution system can meet the efficiency requirements of the disease management center and provide strong support for its efficient operation.
Keywords: Center for Disease Control and Prevention; Power supply and distribution system; System access plan

目录
摘 要 I
Abstracta II

1. 引言 1
2. 变电所系统接入方案 3
   2.1. 变电所的基本数据 4
   2.2. 系统接入方案 5
   2.3. 本章小结 6
3. 负荷计算及主变压器选择 7
   3.1. 负荷统计与分类 7
   3.2. 无功功率平衡及无功补偿 11
   3.3. 主变容量确定 12
   3.4. 本章小结 13
   4.1. 电气主接线设计的基本原理和规则 13
4. 灵活性： 13
5. 经济性： 14
   4.2. 电气主接线的设计与选择 14
   4.3. 综合楼电气主接线 18
   4.4. 门诊大楼电气主接线 19
   4.5. 住院大楼电气主接线 20
   4.6. 本章小结 22
6. 短路电流的计算 22
   5.1. 短路电流计算的一般规定 22
   5.2. 短路计算 23
   5.3. 本 章 小 结 25
7. 电气设备的选择和校验 25
   6.1. 母线及电缆的选择和校验 25
   6.2. 断路器的选择和校验 29
   6.3. 互感器的选择及校验 30
   6.4. 变电所设备的保护 31
   6.5. 本章小结 33
8. 保安电源的设计 33
   7.1. UPS 概述 33
   7.2. UPS系统整体设计 34
   7.3. 蓄电池组与内燃机容量选择 35
   7.4. 单元电路设计 36
   7.5. 本章小结 42
9. 总结与展望 43
   参考文献 44

1.引言
随着现代医疗保健的快速发展，疾控中心（CDC）是公共卫生系统的重要组成部分，具有疾病预防、控制、控制和应急等多项职能。其日常运营和紧急情况在很大程度上取决于稳定可靠的电力供应。因此，设计一个高效、安全和可靠的配电系统对医疗中心至关重要。
1.1.研究背景
随着社会经济的快速发展和人口的增长，公共卫生问题在全球范围内越来越受到关注。美国疾控中心（CDC）是公共卫生系统的重要组成部分，其主要任务包括流行病预防、疾病控制和突发公共卫生事件。这些任务的执行并不独立于稳定可靠的电力供应。
近年来，SARS、H1N1流感、新冠肺炎等全球性传染病疫情给公共卫生系统带来严峻挑战。该中心在抗击流行病方面发挥着关键作用，其工作的有效性和连续性直接关系到流行病控制和公共卫生安全的有效性。因此，确保健康监测中心电力供应的稳定性和可靠性是提高其运营效率和应对突发公共卫生事件能力的关键因素。
传统的供电系统通常旨在满足基本的电力需求，而在突发公共卫生事件中，它们可能无法满足健康监测中心对供电可靠性和连续性的高要求。特别是在疫情高峰期，卫生监测中心可能需要24小时不间断的大量医疗设备、实验室设备和通信设备，这些设备需要非常高的电能质量和稳定性。
随着科学技术的发展和医疗器械的发展，医疗中心对电力的需求也在不断变化。新型医疗设备的使用、智能管理系统的部署和远程护理服务的推广给供电系统的设计带来了新的挑战。因此，研究和设计一套满足健康监测中心特定需求的供电系统是当前公共卫生体系建设的重要课题。
1.2.研究意义
疾病控制和预防中心（CDC）作为公共卫生系统的重要组成部分，承担着疾病预防、监测、控制和紧急援助等多重责任。其供配电系统的稳定性和可靠性直接关系到疾控中心各项任务的顺利执行，以及其应对突发公共卫生事件的能力。因此，科学合理地设计疾控中心的供配电系统具有以下重要意义：
① 确保公共卫生安全：疾控中心的工作直接关系到公共卫生安全和社会稳定。供配电系统的稳定性和可靠性可以保证疾病控制中心各种实验、检测和控制设备的正常运行，提供及时准确的疫情数据采集，为疫情防控提供强有力的支持。
② 提高应急响应能力：在发生突发公共卫生事件时，疾病控制和预防中心应迅速启动应急响应机制并分配不同的资源。一个设计良好的配电系统可以确保紧急情况下的供电，以及通信设备、实验室设备、应急照明等应急设备的正常运行。确保并提高应急响应的速度和效率。
③ 优化能源消耗：通过科学合理地设计能源供应和分配系统，可以实现最佳的能源消耗，减少不必要的能源消耗和浪费。这不仅有助于降低疾病控制和预防中心的运营成本，而且符合可持续发展的概念，这对促进绿色节能和建设低碳社会非常重要。
④ 提高设施的运营效率：稳定可靠的电力和配电系统可以提高疾控中心设施的整体运营效率。它可以为各种医疗设备、实验室设备、办公设备等提供稳定不间断的电源。提供，减少设备停机时间、数据丢失和其他因停电造成的问题，确保疾控中心工作的连续性和效率。
⑤ 推动技术进步和创新：随着能源技术的不断发展，供配电系统的设计也在不断创新和完善。通过研究和设计疾控中心的供配电系统，我们可以促进相关技术的进步和创新，提高供配电系统的智能化和自动化水平，为疾病预防控制局未来的发展提供强有力的技术支持。
综上所述，疾控中心供配电系统的设计对于确保公共卫生安全、提高应急响应能力、优化能源消耗、提高设施运营效率以及促进技术进步和创新具有重要意义。因此，有必要对疾控中心的供配电系统进行深入的研究和设计。
1.3.研究目的
本研究的主要目的是为疾病控制和预防中心（CDC）设计一个高效、可靠和经济的供配电系统。具体而言，研究目标可分为以下几个方面：
① 确保供电的可靠性和稳定性：作为公共卫生服务的主要机构，疾控中心运行的稳定性和连续性对于疫情防控、疾病评估和公共卫生应急响应至关重要。因此，本研究的目的是设计一种配电系统，可以保证在不同情况下持续稳定的供电，以满足疾病控制中心关键设备的不间断运行要求，如实验室设备、医疗设备、通信设备等。
② 优化能耗和节能减排：随着社会对能源效率和环境保护的日益关注，本研究致力于通过合理的系统设计和设备选择，优化能耗，减少能源损失，实现节能减排目标。这包括选择高效节能的电气设备，优化电气主接线的设计，实施无功补偿措施。
③ 提高系统的灵活性和可扩展性：考虑到CDC未来可能的扩展和功能调整，本研究的重点是设计一个灵活且可扩展的供配电系统。这包括模块化设计、易于维护和升级的设备选择，以及为未来的负载增长和新设备的集成预留足够的容量和接口。
④ 确保人员和设备安全：在设计供配电系统时，人员和设备的安全至关重要。本研究将严格遵守相关的电气安全法规和标准，通过合理的接地设计、过载和短路保护以及材料选择措施，确保系统的安全运行，防止电气事故。
⑤ 提供科学依据和参考：本研究旨在为同类疾病控制中心的供配电系统设计提供科学依据与参考。通过深入分析疾控中心的具体需求和特点，结合先进的电气技术和设计理念，本研究将提出一系列适用于疾病预防控制机构的供配电系统设计，为其他类似项目的实施提供有益的参考和指导。
总之，本研究旨在通过全面深入的分析和设计，为疾病控制和预防中心创建一个高效、可靠、经济、灵活和安全的能源供应和分配系统，以满足其长期运营和发展需求。
2.变电所系统接入方案
本文所研究开发的供配电系统是以疾控中心的实际用电需求来进行构建的，本方案中的用电单位主要有４个，分别是疾控中心门诊大楼、综合住院部、急诊大楼与职工食堂。由于疾控中心需要的供电单位较多，因此采用开闭所的方式来进行供配电。而为了使开闭所的供电的可靠性得到有效的保障，所以它的上一级电源是分别来自于两个110kV变电站的10kV出线，分别是10kV平变924线以及10kV昆河变911线。通过开闭所后经过降压变压器通过400v电源线分别向门诊大楼、住院大楼两栋、疾控中心食堂、急诊大楼等单位供电。这其中最主要的供电单位包括疾控中心门诊大楼和综合住院部（包括新、旧两栋住院大楼）。本文则将详细说明开闭所的一次接线设计、二次设备的设计和对于门诊大楼以及两栋住院大楼的配电方案设计。
2.1.变电所的基本数据
2.1.1.院区的平面布局图
疾控中心主要包含的建筑为急诊部、门诊大楼、两栋住院大楼（新、旧）、食堂等。其对应的平面布局如下图2.1所示：

图2.1疾控中心平面布局图
如上图2.1所示。疾控中心主要的建筑为住院一部、住院二部、放疗楼、门诊大楼、综合楼以及库房几个部分。其中住院一部、住院二部、门诊大楼、综合楼为最为重要的建筑，也是在供配电系统中需要重点考虑供电可靠性的关键。
本工程设置10kV开闭站一座、分变电所根据需要设置。其中10kV开闭站位于院区北侧；住院大楼一部在地下一层设置一座变电所负责住院大楼一部供电；门诊大楼设置一座变电所，位于门诊大楼地下一层，负责门诊大楼供电；住院大楼二部设置一座变电所，位于住院大楼二部地下一层，负责住院大楼二部供电；其它附属建筑物根据需要在合适位置设置变电所或箱变。院区柴油发电机房位于住院大楼一部地下一层。弱电信息中心设在门诊大楼4层。院区消防控制中心位于门诊大楼地下一层，住院大楼二部消防控制室设在住院大楼二部一层，均有直通室外出口。消防泵房设在住院大楼二部地下二层。空调主机房设在门诊大楼地下一层。变配电所高压电源均由10kV开关站放射式配出，每路高压电源负担一台变压器运行。
2.1.2.开闭站的基本数据
疾控中心的建筑分布对应，其主要负荷大小以及不同建筑的负荷特性统计描述如下表2.2所示：
表2.2疾控中心负荷分布统计表
负荷名称 供电方式 功率因数(cosθ)
住院一部 电力电缆 0.85
住院二部 电力电缆 0.85
门诊大楼 电力电缆 0.85
综合楼 电力电缆 0.85
放疗楼 电力电缆 0.85
站用电 电力电缆 0.85
配电室 电力电缆 0.85

图2.1疾控中心平面布局图
如上表2.2所示。疾控中心的最主要的供电单位包括：住院一部、住院二部、放疗楼、门诊大楼、综合楼以及库房，对应的负荷中以住院部、门诊大楼和综合大楼的负荷最大。
2.2.系统接入方案
接入系统方案为：使用10kV线路进行供电，为了保证对疾控中心供电的可靠性，所以要求上一级的电源必须分别来自于两个110kV变电站的10kV出线，分别是10kV和平变924线以及10kV昆河变911线。接入系统方案图见图2.3所示：
图2.3疾控中心开闭站系统接入方案图
如上图2.3所示，变电所接入系统后通过10kV和平变924线以及10kV昆河变911线进行双回供电，并且经过降压变压器后提供400v的低压侧供电。各个变配电所高压电源均由10kV开关站放射式配出，每路高压电源负担一台变压器运行。接入的这两个10kV高压线路的接线形式为单母线分段的形式，两个高压线路之间使用母联断路器连接，一般情况下是两个高压线路分别各自运行，如果其中的一个高压线路发生了停电，那么母联断路器就可以马上进行手动合闸操作或者是自动合闸操作，从而有效地保证了整个疾控中心的正常用电。当然在高压断路器上安装有失压保护装置，一旦电力恢复了，高压断路器并不会马上投入运行，从而有效地防止了事故的发生，而且在母联断路器和高压断路器上安装有电气联锁装置，当母联断路器合闸时，只允许有一个高压断路器处于合闸状态，另外一个高压断路器是无法进行合闸操作的，同样当两个高压断路器同时处于合闸状态时，母联断路器也是无法进行合闸操作的，这样就进一步防止了误操作事故的发生。而且如果高压断路器是由于发生了短路或者是发生了过载而造成的断开，那么母联断路器是无法自动投入运行的，从而也是有效地防止了故障区域的扩大。
2.3.本章小结
本章对于变电所的基本需求进行了分析，研究了变电所设计接入方案的可行性以及分析了疾控中心内部的要求提供电源供电的单位，统计了住院一部、住院二部、放疗楼、门诊大楼、综合楼以及库房的负荷，为后续的计算提供了基础资料。
3.负荷计算及主变压器选择
3.1.负荷统计与分类
3.1.1.负荷的分类
疾控中心对供电质量要求很高，主要体现在对供电的连续性和稳定性要求很高。疾控中心不同地方恢复供电的时间要求如下：
0类场所恢复供电要求t≤15s；
1类位置的电源重置要求为0.5≤t≤1.5秒；
2类场所恢复供电的要求为t≤0.5 s；
以上三种场所是根据医用电气设备与人体的接触情况，以及断电后后果的严重程度来区分的。其中，0类场所是指不需要使用与人体接触的电气设备的医疗场所，如疾控中心站、公共咨询室、公共检测室、服务室等。，鉴于1类场所是指电气设备仅在人体外与人体接触的情况，以及其他电气设备与人体接触，如治疗室、病房、产房、放射科病房等。，除2类场所CT、MR、血库、透析治疗、物理治疗科、内窥镜中心、高压氧和核医学科等。指在手术室、急诊室、心脏手术室、重症监护室和其他停电可能影响生命安全的特别重要场所使用与人体接触的电气设备。
疾控中心的负荷统计是变电站设计的基础，其统计结果影响主变压器的选择、短路电流的大小和相应断路器的选择。而且由于负载在CDC中的重要性各不相同，在后续安全电源的设计中，有必要在CDC中分析特殊级别负载和一级负载的详细功率。目前，中国疾控中心可以将工作量分为以下几类：
表3.1疾控中心负荷分类标准
序号 分类标准 负荷说明
1 特级负荷 门诊与非门诊手术室、重症监护室、监护治疗室、影像检查室、各类医 疗设备(如：X光机、CT机、MRI等)、主控监管系统、监控报警系统、
室内消防系统、各类消防设备、消防卷帘门、消防排烟系统、应急与安 防照明系统等。
2 一级负荷 手术各流程功能室(如：准备室、恢复室、麻醉室)、各科室治疗室、 各个科室病房、各个科室门诊室、与内窥镜相关的医疗行为、各类检查 电波图、放射治疗室、消毒工作室、专用设备室、建筑电梯系统、建筑
空调系统、氧气供应系统。
3 二级负荷 住院部病房、住院部护士站、住院部诊断室、住院部医师办公室、各类
医疗仪器室、医疗物料操作室、测试室、检验化验室、解剖室、冷藏室、 药品储存室、太平间、焚化操作间、员工食堂用电。
4 维持安全的 门诊与非门诊手术室、重症监护室、监护治疗室、手术各流程功能室(如：
负荷 准备室、恢复室、麻醉室)、产房、婴幼儿监护室、心脏治疗与非心脏 治疗监护室、血管造影检查室、血液净化室、冷冻药品储存室。
5 消防系统负 荷 主控监管系统、监控报警系统、室内消防系统、各类消防设备、消防卷 帘门、消防排烟系统、强电设备室、消防水泵、建筑电梯系统。
如上表3.1所示。疾控中心中的负荷可以分为五个等级，其中特级、一级、二级为负荷重要程度的标准进行划分的结果。特级负荷，包括重症监护病房、手术室、急诊抢救等，采用双路市电和自备柴油发电机组供电，并在适当位置做双电源自投自复切换。特重负荷千线，如重症监护病房、手术室、急诊抢救等，采用双回专路电源放射式供电；其备用干线并入柴油发电机组供电，并在各楼层就近集中增加UPS（EPS）并入供电，确保自动恢复供电的时间要求。对于2类医疗场所，如重症监护室、手术室、急诊抢救等均采用FT系统，并设置单相隔离变压器，确保人身安全。
消防系统负荷和确保安全的负荷是属于根据功能而设置的负荷。为防止负荷的重复统计，本文在进行负荷的统计时，主要采用特级、一级、二级负荷来进行统计。对保安电源的设计时则主要考虑到特级和一级负荷的供电需求来设计保安电源的容量。后面的章节会针对保安电源的设计而具体地展开论述，此处就不进行重复论述了。
3.1.2.负荷分类统计结果
本文对疾控中心进行了实地调研，对相应的负荷数据进行了统计。根据分建筑的统计结果如下表3.2所示：
表3.2疾控中心一一住院大楼（包括新、旧两栋）负荷分类统计表
用途 住院一部 住院二部 出线方式
最大负荷 功率因数 最大负荷 功率因数
(cosθ) (cosθ)
照明 100 1 100 1 电力电缆
电梯 123 0.7 123 0.7 电力电缆
应急照明 65 1 61 1 电力电缆
空调系统 409 0.7 389 0.7 电力电缆
消防用电 20 1 19 1 电力电缆
产房 45 1 41 1 电力电缆
早产儿室 34 0.85 36 0.85 电力电缆
烧伤病房 33 0.85 30 0.85 电力电缆
监护治疗室 21 0.85 21 0.85 电力电缆
婴儿室 28 1 30 1 电力电缆
物理治疗室 29 1 26 1 电力电缆
水疗室 38 0.85 35 0.85 电力电缆
合计 特级负荷 一级负荷 二级负荷 248+230 412+384 667+614

表3.3疾控中心一一门诊大楼负荷分类统计表

用途 最大负荷 功 率 因 数
(cosθ)
出线方式