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医院医疗设备的不间断电源使用 钱少魁 云南省中医医院设备服务中心 关键词： 不间断电源; 电源; 断电; 收稿日期：2017-10-26Received： 2017-10-26不间断电源 (uninterruptible power system, UPS) 是由电力变流器 (逆变器) 、储能装置 (蓄电池) 和开关 (电子或机械式) 等组合而成的恒压恒频的不间断电源供电装置[1]当市电 (交流电网) 输入发生异常时, 可继续向负载供电, 并能保证供电质量, 使负载用电不受影响[2-3]随着医疗信息技术的不断发展和计算机在医疗设备中的运用日益普及, 大量高精医疗设备的普及对供电质量提出了越来越严格的要求, 如全自动生化免疫分析仪、CT 工作站、MRI 工作站、彩色多普勒超声诊断仪 (彩超) 等医疗设备均要求市电 (交流电) 对其提供稳压、稳频的体质交流电, 并且消除市电 (交流电) 上的电涌、瞬间高 (低) 电压、电线噪声、波形失真、频率偏移等多种电网干扰[4-5]电源干扰轻者造成数据丢失、系统运行异常, 严重时会造成系统瘫痪或造成重大损失[6]1 UPS 的分类UPS 按其工作原理可分为后备式 UPS、式双变换 UPS、互动式UPS、Delta 变换式 UPS[7]。

1.1 后备式 UPS (又称为非式不间断电源 off-line UPS) 是由逆变器、蓄电池组成的一种电源设备在市电供电正常时, 市电直接供电给用电设备, 同时为蓄电池充电, 此时蓄电池处于“备用”状态, 当市电供电出现异常时 (停电等) 自动切断市电回路, 同时蓄电池的电流转换为交流电 (方波) 对用电设备提供供电任务[8]1.2 式双变换 UPS (on-line UPS) 由整流器、逆变器、蓄电池组成的一种电源设备这种电源无论交流输入电中断与否, 电压、波形是否符合供电要求与否都能保证向信息技术设备提供符合要求的电源, 这种电源设备输出的电压波形是连续的正弦波[9]1.3 互动式 UPS (line interactive UPS) 输入 (市电) 正常时, 通过稳压装置对负载供电, UPS 的逆变器处于反向工作 (即整流工作状态) 只对蓄电池充电, 在交流 (市电) 输入异常时, 逆变器立刻转为逆变工作状态, 将蓄电池的电能转换为交流电 (一般为正弦波) 对负载供电[10]1.4 Delta 变换 UPSDelta 变换 UPS 是在传统式双变换 UPS 基础上发展起来的新技术。

由于Delta 变换 UPS 输入变换器是一个理想的正弦波电流源, 具有良好的双向干扰功能, 当市电输入电压低于 (高于) 系统额定电压时, Delta 变换 UPS 能进行正极性电压补偿 (反极性电压补偿) , 从而使市电输入电压补偿后与额定输出电压相等2 医院使用 UPS 情况分析医院放射科、彩超室、检验科、信息中心等科室, 由于设备特点、使用情况不相同, 对电源的使用要求也不尽相同2.1 放射科我院放射科是医院重要的辅助检查科室, 是集检查、诊断、临床各科许多疾病都须通过放射设备检查达到明确诊断和辅助诊断核心设备为计算机 X 线断层扫描 (CT) 及磁共振 (MRI) 各一台2.1.1 CT 工作站(1) 负载容量估算在 CT 操作间设备有 CT 主机 1 台 (2 A) , 普通计算机 5 台 (1.2 A×5) , 彩色打印机 1 台 (1 A) (2) 负载容量计算功率因子没有标准, 一般在 0.6~0.8, 若为 0.5 则属产品设计不佳, 在选购时不考虑, 估算时选择 0.7因此 UPS 的额定输出容量为 P= (9×220) /0.7=2828 W若再保留适当的余量以及其他设备的额外功耗及市场 UPS 规格, 宜选用 3 k VA 的 UPS 供电系统。

(3) UPS 配置方案分析该 CT 为 64 排 128 层 CT 机, 在新装机时, 并未为工作站配置 UPS, 在近几次电源故障中, 均由于断电、电压不稳造成 CT 工作站主机损坏, 因此建议安装双变换 UPS, 容量 3 k VA考虑到数据的存储/以及重建等, 建议选择延时最少以 30 min 为宜2.1.2 MRI 工作站(1) 负载容量估算:主机 2 台 (2 A×2) , PC 机 3 台 (1.2 A×3) , X 线片灯 (液晶) 1 台 (0.18 A) (2) 负载容量计算:功率因子选择 0.7, P= (4+3.6+0.18) ×3220/0.7=2445VA (3) UPS 配置方案分析:MRI 室在新装机时已配置了 1 台 APC smart--UPS 3000UX 电源UPS 的容量与负载容量的估算值基本是一致的, 满足 MR 室的需求由于 MR 的图像重建所需时间的关系, 该UPS 外接电池组延时在 2 h2.2 功能科彩超室彩色多普勒超声诊断仪:利用超声波在人体内传播时获得的信息加以分析综合, 用以来诊断疾病的一种诊断方法, 是医院必不可少的检测设备, 也是使用频率最高的仪器之一。

在进行多器官探查疑难症状, 探查时所耗时间较长, 若出现电源故障 (如断电等) 会耽搁病情诊断因此为 B 超室配置高标准, 高要求的电源装置 UPS 也就显得极为必要1) 负载容量估算例:ACUSON X700 (西门子) B 超机 1 台 (1000 W) , 工作站 (电脑/打印机等) 500 W (2) 负载容量计算功率因子选择 0.7, P=1500/0.7=2142 VA (3) UPS 配置方案分析B 超机是一种比较敏感的图像仪器, 比较怕杂讯目前 B 超室为彩超配置 UPS 的主要目的是起稳压、净化电流作用, 没有考虑在较长时间 (例:30 min) 的检查过程中出现停电时的情况根据分析, 建议配置 2500 VA 的式双变换 UPS (带电压调节功能) , 延时最少应在 30 min2.3 检验科医院检验科是临床医学和基础医学之间的桥梁, 承担着人体标本的检测, 为医师对患者的病情诊断提供检测依据其设备全自动生化免疫分析仪为检验科重要仪器之一, 为其提供电源保障必不可少1) 负载容量估算全自动生化免疫分析仪, 规格型号:罗氏 Cobas 8000 (1000 VA) 结构组成:罗氏 Cobas e602 模块 (共 3 个模块 3×3000 VA) 。

容量估算为 3×3000 VA+1000 VA=10000 VA (2) 负载容量计算功率因子选择0.7, P=10000/0.7=14285.71 VA (3) UPS 配置方案分析罗氏 Cobas 8000目前专门配置了 1 台 EAST 易事特工频式 UPS (型号:EA815H 3/1) 外置电池组延时 4 h, 额定输出功率:15 k VA/10.5 k W, 并且抗干扰能力及抗冲击能力较强, 从分析来看刚好满足罗氏 Cobas 8000 使用2.4 信息中心供电系统分析随着医疗信息系统的不断发展、医院信息网络中心由一台服务器发展为服务器机群的管理, 担负着整个医院的网络通信、信息存储、资讯传输, 信息中心供电系统一旦有异常 (断电、电网波动等) 将对整个医院造成不可佑量的损失, 因此防止电力故障造成的各类服务中断和数据丢失, 以及在市电正常时对电源系统中的浪涌、噪声、电压下降等电源污染现象予以抑制、改进, 提高电源输入质量, 保证数据安全成为重中之重在出现较长时间的停电时, 单纯依靠 UPS 蓄电池组进行供电并不经济, 信息中心应配备有发电机组, 这样可以组成一个十分完善的电源保护系统 (图 1) 因此与发电机级兼容将是 UPS 必须具备的一项功能, 柴油发电机组与 UPS 组成的交流供电系统, 因其良好的可靠性、安全性而得到广泛应用。

UPS 与发电机组相匹配, UPS 作为负载是非线性负载, 匹配不当容易引发以下问题: (1) 电压失真 (即发电机输出电压失真) , 市电电源内阻抗很小, 吸收谐波电流的能力很强, 一般不会造成明显的电压失真而发电机的内阻抗较大, 容易受负载谐波的影响, 产生较大的电压失真, 这是由于在交流电源系统中, 非线性负载可以等效为一个线性负载和一系列的谐波电流源的并联, 相当于负载从交流电源吸收基波电流, 并向交流电源反馈谐波电流, 谐波电压叠加在基波上必然引起电源电压波形失真; (2) 匹配不当时谐波电流易使柴油发电机绕组发热, 发电机组的可靠性和使用寿命均会受较大影响; (3) 自激式同步交流发电机会造成输出电压高低振荡, 致使输出电压不稳; (4) 发电机的输出电压不稳和波形失真对 UPS 有反作用, 会导致 UPS 强行转换到蓄电池逆变给负载供电, 一直至蓄电池的电能完全耗尽, 最后导致 UPS 自行关机图 1 下载原图信息中心 UPS 与柴油发电机的选择建议:根据 UPS 与柴油发电机的特性, 在 UPS与柴油发电机组成电源保护系统时, UPS 选择 Delta 变换 UPS (容量范围在10~480 k VA, 输出为正弦波, 具有高速宽频的整流器控制电路, 对频率的漂移适应性比一般 UPS 好) 。

柴油发电机组, 选用 PMG (永磁发电机) 励磁方式的同步交流柴油发电机UPS 的功率与柴油发电机组的功率比取 1:1.2~1.25 即可保证柴油发电机组正常工作3 UPS 的使用与维护(1) UPS 应放置于利于散热, 通风良好的位置, 并保持环境的卫生 (2) 若长期未出现停电情况, 应每隔 3 个月为 UPS 带负载放电 1 次, 以便延长电池的使用寿命 (3) 小型 UPS 应注意先开 UPS, 再开启负载, 关 UPS 时, 应先关闭负载, 再关闭 UPS (4) 中、大型式等 UPS 应认真参阅使用说明手册, 严格按使用手册进行操作 (5) 当出现电池组中个别电池损坏时, 应对每只电池进行测试, 确保余下电池的性能完好, 更换时应购买同型号、同厂的电池, 不允许不同规格、型号电池混用 (6) 主机维护主要是防尘除尘, 并检查各连接件是否有松动等情况 (7) 在维护过程中应注意安全4 UPS 的维修4.1 故障一型号:UPS-1000 不间断电源故障现象:逆变器供电时报警器无声诊断分析:该机在逆变器工作时无蜂鸣声, 逆变器正常供电时报警器应有周期性的蜂鸣声, 该故障的主要原因是报警电路工作失效。

见图 2, 该 UPS 逆变器供电时报警电路由集成电路 U1 (TL339) 、晶体管 Q1、Q2 及其有关外接元器件组成UPS 在逆变器工作状态时, 测量末级功率放大电路输出电压及电池组端电压均显示正常, U1 各脚工作电压正常, 报警器 ZB, 进一步判断报警器的驱动电路有故障断电, 分别检查 Q1, Q2, C1, R1, D1, D2, R2, R3, P1 等有关元器件, 发现 Q1 集电极断路, 造成报警器 ZB 无驱动信号, 导致逆变器供电时报警器无声图 2 报警电路 下载原图故障处理:更换 Q1 (2N5551) 后, 通电测试, UPS 工作正常, 逆变器供电时报警器蜂鸣声正常, UPS 工作良好, 设备恢复正常4.2 故障二品牌:山顿型号:UPS-500 不间断电源故障现象:市电供电时, 变压器的噪声很大诊断分析:变压器的噪声异常大, 有可能是变压器工作不平衡、不稳定或变压器的负载过重所引起的检查变压器的次级各绕组以及匝间情况均未发现碰线或短路现象, 测量变压器外围相关元器件, 未发现有损坏的相关器件进一步分析认为变压器的噪声异常大可能是灰尘引发的接触不良所致故障处理:把电路板拆下, 用 95%的无水乙醇认真对电路板进行清洁, 并把连接插头进行清洗后并重新插好, 安装好电路板后开机测试, 变压器的噪声恢复正常, 故障排。