400kW 医院供电方案：10kV 双电源 + N+1 干变 + 200kVA UPS + 500kVA 柴发
2×SCB13-400/10 N+1 · 500kVA 柴发 · 200kVA/15min UPS · 医疗IT隔离 · 备自投
1 · TL;DR Conclusion
结论：400kW 医院采用「2×SCB13-400/10 干式变压器 N+1 冗余 + 500kVA 柴发备援 + 200kVA/15min UPS」，设备总价 $200,667。10kV 双电源 + 备自投（2s 切换）+ 医疗IT隔离，N-1 下单台变压器停役仍带 84% 负荷，一级/特别重要负荷全部保供。
- •N+1 冗余：2×SCB13-400/10 干变，单台停役仍带 84% 负荷（N-1 校验通过）。
- •双电源：10kV 市电 + 500kVA 柴发备援，备自投 2s 切换 < 允许停电 15s。
- •200kVA 在线式 UPS（15min/40kWh）为 120kW 医疗IT/ICU 负荷提供毫秒级不间断供电。
- •医疗IT隔离（ES710）+ 电弧光保护（ARB6，1类）+ 消防独立回路末端切换。
- •变压器 TCO：升级 SH15 非晶合金年省约 $694（84% 负载率下回收期约 1.2 年）。
2 · Solution Overview
医院是最严苛的可靠性负荷：手术室、ICU、生命支持设备对毫秒级供电中断都敏感，整院按一级负荷（400kW）设计，其中特别重要负荷 320kW、医疗IT敏感负荷 120kW。方案以 10kV 双电源 + 备自投 + 柴发 + UPS 四重保障，配合医疗IT隔离与等电位接地，满足 IEC 60364-7-710 对 2 类医疗场所的要求。
| Source | Role | Share kW | Share |
|---|---|---|---|
| Grid 10 kV | base | 320 kW | 100% |
| Diesel 400 kW | backup | 0 kW | 0% |
| UPS 200 kVA | backup | 0 kW | 0% |
3 · Design Process & Rationale
① 先分级负荷（400kW → 一级 + 特别重要）
把 400kW 拆为照明 60kW、动力 280kW、敏感 120kW（医疗IT/ICU）、特别重要 320kW、消防 60kW。按 IEC 60364，医院整体为一级负荷（400kW），特别重要 320kW 需要应急电源——这是双电源 + 柴发 + UPS 的依据。
② 双电源 + 应急电源配比
市电 10kV（主供）+ 500kVA 柴发（备援，备用）+ 200kVA UPS（备援）。允许停电 15s 决定柴发经备自投在 2s 内接管；120kW 敏感负荷需毫秒级，故加 200kVA 在线式 UPS。
③ N+1 变压器冗余
需用负荷 320kW / 0.9 功率因数 ≈ 356kVA，选 2×SCB13-400/10 干式（N+1）。医院室内选用干变（无油、低火灾风险），N+1 保证单台停役仍带 84% 负荷。
④ 低压配电 + 母联 + 切换开关
MNS 低压柜：进线 + 母联 + 馈线；ATS-630（市电/柴发切换）、STS-630（UPS 静态切换）、GATS-630（一级负荷末端切换）、FATS-630（消防末端切换）。
⑤ 保护配合与选择性
50/51 过流配合（进线 0.6s → 变压器 0.3s），电弧光 ARB6（1类，1.58 cal/cm²）；低压短路 14.15kA → 25kA 分断（1.8× 裕度）。
⑥ 医疗IT隔离系统
120kW 医疗IT负荷（手术室、ICU）接入隔离电源 ES710 + 绝缘监测——首故障只报警不跳闸；另配 20kVA 手术室 UPS（按项目另报）。
⑦ 消防 + 接地 + 可靠性校核
消防 60kW 独立回路 + 末端切换 ATS；TN-S 等电位接地（18 根接地极）；EPS 60kW 应急照明；N-1 校验通过。
Pain Points → Solution → Evidence
哪怕 15 秒的停电都可能中断手术或呼吸机
10kV 双电源 + 备自投（2s 切换）+ 200kVA UPS（15min 续流），毫秒级不断电
nMinus1 verdict=pass，switchTimeS 2s < allowedOutageS 15s；upsBattery runtimeMin 15
医疗IT回路首故障跳闸会导致手术中断
医疗IT隔离电源 ES710 + 绝缘监测——首故障只报警不跳闸
BOM 含「Medical IT isolated power supply ES710」与「Medical IT isolation system」
单台变压器故障会整院停电
2×SCB13-400/10 N+1——单台停役仍带 84% 负荷
nMinus1 loadingPctAfter 84%，verdict pass
4 · Key Parameter Deep-Read
| Parameter | Value | Basis | Impact & Boundary |
|---|---|---|---|
| totalKw（总装机负荷） | 400 kW | 全院设备额定功率之和，容量计算起点 | 决定变压器/柴发/UPS 容量 需用负荷 320 kW（需用系数 Kd 0.8） |
| loadGrade1 / loadCritical | 400 / 320 kW | IEC 60364 医院为一级负荷 | 强制双电源 + 应急柴发 + UPS 二级/三级负荷为 0——全部按一级 |
| allowedOutage（允许停电） | 15 s（s15） | 一级负荷供电要求 | 柴发备自投 2s 内接管；敏感负荷再加 UPS 医疗IT需毫秒级 → UPS 兜底 |
| 变压器冗余 redundancy | N+1（2×400kVA） | SCB13 干变、室内安装 | N-1 后 84% 负载率 单台为 80% 负载但无冗余 |
| loadSensitive（医疗IT） | 120 kW | 手术室 + ICU + 生命支持 | 200kVA UPS + 隔离电源 ES710 随手术室数量线性放大 |
| largestMotorKw / 启动方式 | 37 kW / 软启 | 暖通冷水机组/风机 | 软启限制电压暂降 更大电机 → 变频 VFD |
5 · Drawing Deep-Read
The following drawings are shown for reference (full set in the configurator “View design document”):
6 · Operation Demo (Deep-Read)
可靠性（N-1）
点「市电故障」：柴发 2s 接管，末端电压维持；点 N-1 场景：单台变压器停役后仍带 84% 负荷（verdict pass）。
电能质量
医疗IT + UPS 保证敏感负荷纯净供电；THDi 15%（低压侧），在线式 UPS 双变换消除市电扰动。
故障与保护
低压短路 14.15kA → 25kA 分断（1.8× 裕度）；电弧光 1 类（1.58 cal/cm²）；主保护动作 0.6s。
Other views (shown): 负荷潮流 · 电压分布 · 损耗 · 故障与保护 · 环境适配
7 · Economics & Payback
设备总价 $200,667（方案级估算）。本场景为市电 + 柴发 + UPS，无光伏/储能，经济账是「可用性」而非「省电」。两个可量化抓手：变压器 TCO（升级 SH15 非晶合金年省约 $694，回收期 1.2 年）；损耗（3.8kW ≈ $9,918/年 @ $0.12/kWh）。
8 · FAQ
400kW 医院负荷配多大变压器？
为什么要 N+1，而不是单台 630kVA？
手术室配多大 UPS？
市电停电后柴发多久接管？
医疗IT隔离系统是强制要求吗？
消防负荷怎么处理？
医院变压器用干式还是油浸式？
这套方案大概多少钱？
怎么降低变压器电费？
Special Considerations
- 医疗IT隔离（ES710）与手术室 UPS 为「按项目报价（poa）」，不计入设备总价，需单独询价。
- 柴发按 500kVA 带 400kW 一级负荷 ≈ 100% 负载率——请复核负荷曲线并预留扩容裕度。
- Ssc（市电短路容量 500MVA）为假设值，保护整定与电缆热稳定需以电网公司实测为准。
- 电弧光 1 类（1.58 cal/cm²）为初步估算，施工前需由注册工程师完成正式 IEEE 1584 电弧光研究。
- 图纸为示意性交付物，需设计院深化后方可施工；数值均为 feasibility-level 估算口径。
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