AcrelEMS医院能源管理系统在医院项目中的应用
Acrel 吴琦凡
1.概述
医院作为守护健康、治病救人的特殊公共场所，是所有公共建筑中功能比较复杂的建筑类型。为保障医院正常运转，大量基础设施和精密医疗设备需要安全效的能源供应保障系统。随着智慧医院建设的深入推进，传统粗放式的能源管理方式已难以满足现代医院对供电安全、能效优化和精细化管理的多重需求。
本文以AcrelEMS医院能源管理系统为例，探讨其在医院能源管理中的技术应用与价值。该医院是某省属三级甲等综合性医院，分为三个院区，总建筑面积约75万平米，开放床位约为4600张。AcrelEMS医院能源管理系统涵盖医院电力监控、能耗分析、电能质量监测和治理、电气安全、智能照明控制、隔离电源、防雷在线监测、运维巡检管理等功能的一体化能源管理系统，能够辅助医院后勤管理人员进行能源供应系统及设备的运行管理工作，帮助医院管理层实时掌握医院能耗情况，为医院能源信息化建设和节能管理提供技术管理平台。
图1 AcrelEMS医院能源管理系统驾驶舱
2.医院能源管理的重要性
医院能源管理系统是确保医疗活动有序推进的关键基础设施，其重要性体现在以下几个方面：
a. 供电可靠性要求：医院配电系统结构复杂，一级和特一级负荷较多，医院通常的配电结构示意图见图1。手术室、重症监护室（ICU）、层流病房、血液透析等关键区域的供电系统需确保连续性、稳定性与可靠性。
图2 医院配电系统结构示意图
b. CT、MRI、直线加速器等精密医疗设备对供电质量具有高要求，电压波动或突然断电不仅可能导致设备损坏，还会造成检查数据失真，甚至危及患者生命安全。
b. 能耗成本压力：医院作为24小时不间断运行的公共建筑，能源消耗巨大。在"双碳"目标背景下，医院亟需建立科学的能耗监测与分析体系，准确识别能源浪费，制定节能策略，降低运营成本。
c. 管理精细化需求：智慧医院以智慧医疗、智慧服务、智慧管理为核心，要求能源管理从传统"被动响应式"向"主动预防、准确管控、智慧决策"转变，实现各科室能耗的分项计量与考核。
3.传统医院能源管理面临的挑战与痛点
在传统医院能源管理实践中，普遍存在以下亟待解决的关键痛点：
a. 状态感知"盲区"：传统供配电系统缺乏故障预警能力，依赖人工定期巡检，无法实现24小时不间断实时监测。
b. 能耗数据"模糊"：用能数据采集不全，缺少分类分项计量手段，管理层无法准确掌握各科室、各区域的实际能耗情况，节能决策缺乏数据支撑。
c. 运维管理"粗放"：巡检、维修及保养记录以纸质台账为主，信息分散，缺少智慧化管控平台实现数据自动记录与管理，追溯与分析困难。故障响应迟缓，故障定位耗时较长，严重影响供电恢复。
d. 电气安全"隐患"：漏电电流、线缆温度异常等电气火灾风险缺乏实时监测，医用气体参数等关键安全信息未实现统一监控。
4.AcrelEMS医院能源管理系统解决方案
1) 系统架构
AcrelEMS系统采用四层结构设计：平台层、子系统层、通讯层和设备层。平台层是医院的能效管理平台，涵盖电力监控、能耗分析、电能质量监测和治理、电气安全、智能照明控制、隔离电源、防雷在线监测、环境监测、运维巡检、用户报告于一体，通过WEB和APP访问方式让用户便捷获取数据。通讯层包括智能网关、交换机等设备，支持MODBUS-RTU、IEC60870-5-101/103、DLT645等多种协议，采集设备层各类设备数据并分发至平台。设备层包括微机保护装置、备自投装置、多功能仪表、光伏储能系统、电能质量分析和治理装置、电气安全类传感器、隔离电源绝缘监测、SPD在线监测模块、照明控制器、水气表及各类传感器等。
图3 AcrelEMS医院能源管理系统组网结构
2) 系统配置方案
a. 电气监控
10kV变电所中压回路配置AM5SE系列保护测控装置，具备电流速断保护、过流保护、零序过流保护等功能；ARB6母线弧光保护装置通过弧光和电流双判据启动，单判据动作时间≤3.8ms，有效防范母线燃弧事故；ASD500开关柜操控装置集动态模拟指示、带电显示、温湿度控制、电力参数测量于一体；配置ATE400无线测温传感器，实时监测断路器触头、母排和线缆连接处温度，提前发现温度异常；配置APM520系列多功能仪表，提供全电力参数测量、复费率计量、电能质量分析等功能。
针对柴油发电机、直流屏、UPS等应急电源，系统实时监测运行状态、电压电流、油压油位、电池电压等关键参数，确保医院不间断供电。
| 序号 | 名称 | 型号 | 功能 | 安装位置 |
| 1 | 电能质量监测装置 | APview500 | 采集进线电压以及市电进线电流，对市电侧电能质量进行监测，主要包括：电压偏差、频率偏差、2-63次谐波、0.2-62.5次间谐波、电压波动、电压闪变等稳态数据；电压暂降、电压暂升、短时中断；电压瞬态、电流瞬态。 | 进线开关柜 |
| 2 | 10kV进线保护测控装置 | AM5SE-F | 三段式过流保护，两段零序过流保护，检同期/无压三相一次重合闸，低频减载等保护功能；可设置双向方向过流保护，设置不同的方向过流保护定值。 | 进线开关柜 |
| 3 | 10kV变压器保护测控装置 | AM5SE-T | 三段式过流保护，两段零序过流保护，过负荷保护，高温超温保护，瓦斯保护等保护功能；采集断路器分合位、手车工作试验位/接地刀闸位置等信号；对断路器遥控分合闸功能；测量回路三相电压U,I,P,Q,PF,f,Ep,Eq等电参量。 | 10kV变压器开关柜 |
| 4 | 10kV母联保护测控置 | AM5SE-B | 备自投功能：支持分段备投、进线备投、进线互投、自适应备投、联切备投等多种模式。 保护功能：三段式过流保护、反时限过流保护、后加速过流保护、两段式零序过流保护等。 | 母联开关柜 |
| 5 | 弧光保护及探头 | ARB6 | 适用于开关柜弧光信号和电流信号的采集，并控制进线、母联或母线上所有开关柜分闸 | 10kV开关柜 |
| 6 | 智能操控装置 | ASD500 | 10kV开关柜状态的综合测控以及柜内环境温湿度的测量与控制。 | 10kV开关柜 |
| 7 | 无线测温传感器 | ATE400 | 监测10kV、0.4kV配电系统母排、线缆连接点温度和温升预警。 | 母排、断路器触头、线缆接头 |
| 8 | 多功能仪表 | APM520 | 具有全电量测量，谐波畸变率、电压合格率统计、分时电能统计，开关量输入输出，模拟量输入输出。 | 10kV和0.4kV回路 |
| 9 | 智能网关 | ANet-2E4SM | 边缘计算网关，嵌入式linux系统，网络通讯方式具备Socket方式，支持XML格式压缩上传，提供AES加密及MD5身份认证等安全需求，支持断点续传，支持Modbus、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、101、103、104协议 | 弱电箱柜 |
b. 电能质量治理
医院数量众多的UPS和医疗设备均会产生谐波，谐波污染会对配电系统运行造成干扰，影响精密设备正常运行。系统配置ANAPF有源电力滤波器和ANSVG静止无功发生器，实现谐波治理、无功补偿和三相不平衡调节，响应时间≤5ms，保障医疗设备供电电能质量。
| 序号 | 名称 | 型号 | 功能 | 应用 |
| 1 | 有源滤波谐波装置 | ANAPFxx-380G | 能够对动态变化的谐波电流进行实时跟踪和补偿，可补偿2-51次谐波，响应时间快，精度高、运行稳定，采用模块化配置，可根据容量需要增加滤波模块，可采用柜式或壁挂式安装。 | 0.4kV有源滤波装置，适用于集中补偿 |
| 2 | 壁挂有源滤波装置 | ANAPFxx-380B | 0.4kV有源滤波装置，适用于局部补偿或者就地补偿 | |
| 3 | 有源无功补偿装置 | ANSVGxx-400G | 能够快速响应系统无功需求的静止无功发生器，能够对大小变化的无功以及负序电流进行快速和连续的补偿，可采用柜式或壁挂式安装。 | 0.4kV静止无功发生器，适用于集中补偿 |
| 4 | 壁挂静止式无功发生器 | ANSVGxx-400B | 0.4kV静止无功发生器，适用于局部补偿或就地补偿 | |
| 5 | 壁挂式滤波无功综合补偿装置 | ANSVG-G-A | 能够对动态变化的谐波电流进行实时跟踪和补偿，快速响应系统无功需求，可以同时进行小容量有源滤波和无功补偿，壁挂式安装。 | 0.4kV综合补偿装置，适用于局部补偿或就地补偿 |
c. 新能源策略
AcrelEMS医院管理系统可接入医院分布式光伏、储能系统，并配置新能源使用策略，实现新能源消纳、削峰填谷、防逆流、柔性扩容、需量控制等目标，帮助医院的新能源合理合规并网并充分利用，提高医院供电可靠性。
| 序号 | 名称 | 型号 | 功能 | 安装位置 |
| 1 | 协调控制器 | ACCU-1000L | 数据采集、协议转换、数据存储、新能源策略控制功能等，嵌入式linux系统，可靠性高。 | 弱电箱柜 |
| 2 | 防孤岛保护 | AM5SE-IS | 保护电力系统的稳定运行，电网停电时能迅速切断进线断路器，防止孤岛模式向电网反送电，保障电力设备和人员的安全。 | 光伏、储能 并网柜 |
| 3 | 电能质量在线监测装置 | APView500PV | 实时监测电压偏差、频率偏差、三相电压不平衡、电压波动和闪变、谐波、电压暂升/暂降/短时中断、电压电流瞬态监测等电能质量，记录各类电能质量事件，记录事件发生前后的波形，辅助用户分析电能质量，满足电能质量监测 | 进线柜、10kV光伏、储能并网柜 |
| 4 | 防逆流保护 | AM5SE-IS | 对于余电不上网分布式光伏场站提供逆流检测和保护功能，当逆流功率达到设定值2s内切断光伏和储能并网柜，防止逆流，当逆流消除并满足条件后自动合闸并网柜。 | 进线柜 |
| 5 | 主从防逆流装置 | AM6-PVM AM6-PVS | 分为防逆流主机和从机，主机安装在进线柜检测逆功率，通过光纤和从机通信，从机安装在并网点，接收主机命令合分光伏并网断路器实现防逆流。 | 进线柜、并网柜 |
| 6 | 三合一箱变测控装置 | AM6-PWC | 集变压器差动保护/过流保护/温度等非电量保护、变压器温度测量/4-20mA变送输出等测控功能、通讯管理机功能、交换机功能于一体。 | 升压箱变 |
d. 能耗分析
系统采集医院用电、用水、冷热量消耗等分类分项用能数据，提供碳排放统计、同环比分析比较、非工作时段用能统计等功能。通过能源流向图直观展示各部门能耗分配，生成整点能耗报表和能耗排名分析，帮助医院发现能耗异常，为节能管理提供数据支持。
| 序号 | 名称 | 型号 | 功能 | 安装位置 |
| 1 | 多功能仪表 | APM520 | 具有三相全电量测量，谐波畸变率、电压合格率统计、分时电能统计，开关量输入输出，模拟量输入输出。 | 10kV和0.4kV回路，一级计量 |
| 2 | 三相电能表 | DTSD1352 | 具有三相全电量测量，电能统计，80A内可直接接入，导轨安装。 | 低压配电箱，二级计量 |
| 3 | 三相电能表 | ADL400 | 具有三相全电量测量，电能统计，80A内可直接接入，导轨安装。 | 低压配电箱，二级计量 |
| 4 | 三相物联网仪表 | ADW300 | 具备三相全电量测量，采集状态量并控制断路器，可灵活安装于配电箱内，可自带开口式互感器，可实现不停电安装，具备RS485、4G等无线通信功能，导轨安装。 | 低压配电箱，低压配电箱，二级计量 |
| 5 | 多回路单三相电能表 | ADF400L | 可至多计量12个三相回路或者36个单相回路电气参数 | 末端配电箱，低压配电箱，三级计量 |
| 6 | 单相电能表 | DDSD1352 | 具有单相全电量测量，电能统计，60A内可直接接入，导轨安装。 | 末端配电箱，低压配电箱，三级计量 |
| 7 | 单相电能表 | ADL200 | 具有单相全电量测量，电能统计，80A内可直接接入，导轨安装。 | 末端配电箱，低压配电箱，三级计量 |
| 8 | 直流电能表 | DJSF1352-RN | 适用于DC1500V以下电压等级，可配置分流器或霍尔传感器，精度0.5或1级 | 直流回路 |
| 9 | 远传式冷热水表 | / | / | / |
| 10 | 远传式冷热量表 | / | / | / |
e. 电气安全
电气火灾监控系统在变电所0.4kV馈线侧采集漏电电流和线缆温度，异常时实时发出报警信号。消防设备电源监控系统实时监视消防设备工作电源状态，保障火灾时消防设备正常使用。消防应急照明和疏散指示系统根据预设应急预案快速启动疏散方案，引导人员安全疏散。
| 序号 | 名称 | 型号 | 功能 | 安装位置 |
| 1 | 电气火灾监控设备 | Acrel-6000/（A） Acrel-6000/Q | 监控电气火灾探测器的实时状态，可加分机扩展，8寸触摸屏，声光报警，485通讯 | 消控室 |
| 2 | 电气火灾 监控探测器 | ARCM200BL-J1 | 1路剩余电流检测，4路温度检测，485通讯 | 非消防、IT回路 |
| 3 | ARCM200L-Z | 1路剩余电流检测，4路温度检测，三相电压、电流、功率、电能等检测，485通讯 | 非消防、IT回路 | |
| 4 | 故障电弧 探测器 | AAFD-40Z | 1路故障电弧探测 | 末端回路 |
| 5 | AAFD-DU | 32路故障电弧探测 | 末端回路 | |
| 6 | 故障电弧 传感器 | AAFD-DU-M7 | 故障电弧传感器，与AAFD-DU配合使用 | 末端回路 |
| 7 | AAFD-DU-M12 | 末端回路 | ||
| 8 | 限流式保护器 | ASCP210系列 | 150微秒内限流短路电流，防止酿成短路起火 | 末端回路 |
| 9 | 消防设备电源监控设备 | AFPM系列 | 监测医院消防设备电源状态，故障时告警 | 消防回路 |
| 10 | 消防应急照明和疏散指示系统 | A-C-A100系列 | 提供消防应急照明和疏散指示灯具以及控制器，火灾时指引人群安全快速疏散。 | 建筑内部 |
| 11 | 防火门监控系统 | AFRD系列 | 监测常开/常闭防火门状态，发生火灾时自动关闭常开防火门，阻止烟雾扩散。 | |
| 12 | 余压监控系统 | ARPM系列 | 监测疏散楼梯、前室等区域压力，发现压力异常时启动风机泄压，保障防火门正常开启。 |
f. 防雷在线监测
防雷智能在线监测由浪涌保护器SPD 、专用后备保护器SCB和SPD检测单元组成，将防雷装置（SPD）通过前端智能组网，提供图形模块化监控界面，实时监测防雷装置（SPD）运行状态，对整区域防雷装置（SPD）进行集中管控，精确定位各区各点防雷装置位置，实现雷电防护、实时监测、SPD上下级运行配置、遥信信号数据传输等功能。
ü 供电系统各级配电箱进行浪涌保护和监测。
ü 对电话系统、网络系统、计算机系统进行浪涌保护和监测
ü 对建筑物的接地系统的接地电阻进行监测
| 序号 | 名称 | 型号 | 功能 | 安装位置 |
| 1 | 雷电预警监测箱 | ASLP-LWT | 连续监测大气电场强度，能在雷击前5~30分钟预告警，实现三级雷电报警 信息发布，提前告知，有效防止雷击伤害。 | 壁挂安装 |
| 2 | 雷电峰值检测箱 | ASLP-LPD-D | 实时采集雷电极性、雷击次数、雷击峰值和雷击发生的时间 雷电流采集范围为1kA~200kA(8/20us) 雷击计数范围为0~9999次。 附件：雷电流传感器（罗氏线圈） | 壁挂安装 |
| 3 | 接地电阻检测箱 | ASLP-ERT-A | 通过三极法或回路法测量接地电阻，具备故障报警功能，可通过RS485有线通讯和GSM无线通讯方式，实现远程在线监测，测量范围为0.01Ω~200Ω。 | 壁挂安装 |
| 4 | 雷击环境检测器 | ASLP-LSE | 检测三相电压、工作温湿度、SCB及SPD状态，SPD接地状态、通讯状态。检测雷击发生时间、次数（至大可记录9999次）、峰值、极性及雷电波形。监测SPD使用过程全生命周期变比（百分比），提前分析预判SPD寿命，具有SPD寿命预告警功能。 | 配电箱柜 |
| 5 | 电源类浪涌保护器 | ARUS系列 | 泄放能力强，无续流，漏流小，响应速度快，遥信报警接口，失效检测指示，内置过热、瞬时过流断路装置。 | 配电箱柜 |
| 6 | 电源类浪涌保护器 | ARUS系列 | 应用于控制系统、网络通讯系统，串联在数据线路中，多种接口选择。 | 配电箱柜 |
| 7 | SPD后备保护器 | ARSCB系列 | 能耐受SPD处的至大放电电流而不脱扣，使浪涌保护器始终处于有效状态，对通过后备保护器的小的工频电流，能及时分断，防止SPD起火燃爆，内置遥信端子，能将SCB状态远传到监控系统。 | 配电箱柜 |
g. 智能照明控制
智能照明控制系统支持单控、区域控制、自动控制、感应控制、定时控制、场景控制、调光控制等多种方式。开关驱动器具备边缘计算能力，可脱网独立工作；人体感应和光照度传感器实现有人自动亮灯、人离自动熄灯，有效降低照明能耗。
| 序号 | 名称 | 型号 | 功能 | 安装位置 |
| 1 | 照明控制器 | ASL220-Sx/16 | 提供4-24回路照明控制功能 | 照明配电箱 |
| 2 | 调光驱动器 | ASL220-SDx/16 | 提供2-8回路0-10V调光功能 | 照明配电箱 |
| 3 | 传感器 | ASL220-PM/T | 光照度、人体感应 | 感应区域 |
| 4 | ASL220-PM/S | 光照度、人体感应 | ||
| 5 | ASL220-RM/T | 光照度、微波感应 | ||
| 6 | ASL220-RP/T | 光照度、人体细微动作感应 | ||
| 7 | ASL220-L/O | 户外照度传感器 | ||
| 8 | 控制面板 | ASL220-Fx/x | 一联两键至四联八键控制面板 | 86盒安装 |
| 9 | 触控面板 | ASL220-TP-35 | 3.5寸触控面板 | 86盒安装 |
| 10 | ASL220-TP-101/B | 10寸触控面板 | 嵌入式安装 |
h. 隔离电源
针对手术室、重症监护室、透析室等2类医疗场所，系统提供医用隔离电源解决方案，配置医用隔离变压器和AIM系列绝缘监测仪，实时监测隔离电源系统的绝缘性能、负载率和变压器温度，并配置故障定位功能，数据可上传平台实现实时预警，保障手术室和ICU等关键场所的供电可靠。
| 序号 | 名称 | 型号 | 功能 | 安装位置 |
| 1 | 绝缘监测仪 | AIM-M300 | IT系统对地绝缘电阻监测 | 隔离电源柜 |
| 2 | 集中报警显示 | AID200 | 显示至多16套绝缘监测系统运行状况，CAN通信。 | 护士站 |
| 3 | 故障定位仪 | AIL150-x | 可定位4/6/8馈线回路绝缘故障，CAN通信 | 隔离电源柜 |
| 4 | 剩余电流监测仪 | AIM-R100 | 12路剩余电流监测，检测范围：6mA-1A | 馈线回路 |
| 5 | 隔离变压器 | AITR | 3.15~10kVA可选 | 隔离电源柜 |
| 6 | 直流稳压电源 | HDR-60-24 | 为绝缘监测仪、故障定位仪提供24V直流电源 | 隔离电源柜 |
i. 运维管理
运维管理功能涵盖任务管理、巡检记录、缺陷记录、消警记录、抢修记录和通知工单六部分，实现运维全流程闭环管理。故障报警分为一般、重要和事故三级。系统定期生成能耗分析报告，包含总用量同环比分析、复费率量费分析、能耗排名等内容。
5.效益评估与分析
a. 安全效益：系统通过全维度电气状态监测与预警，可在断路器、配电线路等设备发生故障前发出预警信息，为医院管理团队提供充足的检查与维护时间，有效规避重大故障。
b. 管理效益：智能告警、专家诊断建议、移动运维及远程管理等功能，帮助运维人员及时准确获取系统信息、快速处置故障，减轻后勤运维团队工作负担。通过系统监测与分析功能，医院可对供配电设备实施预防性维护，提前发现并处理潜在隐患，避免设备突发故障影响医疗工作，运维全流程数字化管理大幅提升了管理效率。
c. 经济效益：系统具有精细化能耗管理能力，可对医院各科室、医疗及机电设备用电状况分项计量分析，准确识别能源浪费并制定节能策略。智能照明控制系统可根据人员活动和光照度自动调节照明，有效降低照明能耗。通过能耗数据可视化展示与分析，医院可优化用能策略，实现变电所无人值守，显著降低运营成本。
d. 社会效益：系统显著提升了医院供电的可靠性和能源利用效率，为医疗安全提供了直接保障。其在节能降耗领域所取得的成果，对达成碳达峰、碳中和目标具有积极的推动作用，助力医院向绿色低碳方向发展。
6.结语与展望
AcrelEMS医院能源管理系统通过"监、控、维"一体化的设计理念，为医院构建了能源管理数字化平台，应用数字孪生技术构建院区能源模型，基于大数据分析提高负荷预测与故障诊断精度。推动"源-网-荷-储"一体化综合能源系统建设，结合屋顶光伏、储能系统、充电桩等，实现新能源安全并网、优化消纳，助力医院达成低碳、零碳目标，提高医院供配电运行安全可靠性。
0510-86179837
18860995252
