醫院的供電架構與停電對策大解析
王榮坤／臺灣宜蘭人，長庚大學電機所碩士，於 1990 年進入臺大醫院服務至今已 30 幾年，主要負責電力系統維護、保養、工程招標等工作。
試著想像一個情境：炎炎夏日，你坐在家裡吹著冷氣，喝著冰涼的果汁，眼前的電腦正播放精彩的 Netflix 影集。就在劇情播到最精彩的那一瞬間，電腦畫面突然全暗、冷氣也停止運轉，只留下錯愕的你與螢幕中的自己大眼瞪小眼⸺居然停電了！
電力已經融入了我們的日常，成為不可或缺的存在。雖然停電會影響到一般大眾的生活，但即使生活中少了電，似乎也很少會發生危及到個人生命安全的事情，不過在「醫院」就不同了。為了保障醫院裡眾多患者的生命安全，醫院的供電架構有哪些特別之處，停電時該怎麼辦？
醫院的供電系統怎麼配置？
醫院或是一般辦公大樓的電力供應來源及配電系統架構大致上包含台電、發電機、不斷電系統（uninterruptible power supply, UPS）這三種類型的供電。但醫院的供電系統要求上，會比一般供電架構來得更嚴謹，除了台電需要雙饋線（feeder line）註以上的供電來源外，緊急發電機的備載容量更是幾乎涵概了整個下游的負載需求。
此外，在醫院的重點負載區域更被要求需配備多套不斷電系統並聯供電，如開刀房、重症加護病房、心導管中心、骨髓移植中心等。如此嚴格的供電要求，只因患者的種種醫療行為都仰賴著電力系統，任何供電事故的發生都會直接衝擊到患者的生命安危。因此醫院的電力供應都具備多重保障：第一重來自台電雙饋線，第二重來自大容量發電機組，第三重是在醫院重點區域設置的數十套不斷電系統。藉由這三重保障才能確保醫院的供電穩定，以達到保證病患安全的最優先考量。
▲圖一
第一重保障：台電雙饋線
台電提供醫院的「雙饋線」是什麼意思？所謂的「雙饋線」，表示院區的供電分別來自兩個不同的高壓電變電站。當台電電源的任一饋線停電或故障時，便能經由互連開關（TIE）自動轉為提供其他饋線的電源，以供下游設備繼續運轉，等於是一種「雙重保障」。
第二重保障：大容量柴油發電機的運轉
大容量柴油發電機組屬於供應交流電的自備電源供應站，是一種小型、獨立的發電廠，一般以柴油引擎作為動力來源，能聯結交流同步發電機（AC alternator）產生電力。這類發電機組由柴油引擎、交流同步發電機、控制箱、散熱水箱、燃油箱、消聲器及公共底座等組成。燃油系統需為直接噴入或無氣噴油系統，並備有調速機以調控燃油系統的進油量，並控制柴油機組在電路從空載運轉至滿載時，發電機的頻率變動率在 ±3% 內，每日使用的油箱容量必須能使機組連續運轉 12 小時以上。
醫院的發電機組採 1,500 千瓦（kW）多臺並聯、連續輸出的方式運轉，一旦接到停電訊號後會在十秒內完成自動啟動，並於符合並聯條件後，逐臺併入共用匯流（bus），然後再依負載類型的優先順序轉供至負載端，且發電機的總容量，需大於維生負載及必要性負載的總和。而在無火警且緊急發電機組的輸出功率有餘裕時，人員也能以手動方式，將次要性負載的多餘電力投入發電機電源。
第三重保障：不斷電系統
為了在停電時維持醫院內的電力供給，不斷電系統的存在就相當重要，它能在停電時緊急取代台電供應電力給設備，就如同緊急照明設備一樣。
不斷電系統的設計相當精密，能使台電供應的交流電與電池或變流器的轉換時間更短，彌補發電機或其他緊急電源中斷時間過長的缺點。更重要的是，不斷電系統並不是只有在停電時才會動作，如果在日常生活中遇到電壓下陷（sags）、尖波（spikes）、電壓突波（surges）、雜訊干擾（noise）、高/低電壓暫態（transients）等足以影響設備正常運轉的電力品質問題時，不斷電系統均會自動穩住電壓並濾除雜訊，提供設備穩定且乾淨的電力能源。
而在線式（on line）不斷電系統於台電正常供電時，台電的電力經過濾波迴路及突波吸收迴路後，將分為兩個迴路同時動作，一條經由充電迴路對電池組充電，另一條則是經由整流迴路輸入作為變流器，再經過變流器的轉換後提供給負載使用。若此時交流電發生異常，變流器的輸入電源會改由電池組來供應，變流器則持續提供下游電源，切換模式如圖二所示。
▲圖二
停電時如何應變？醫院停電的因應對策
前面提到多重保障的醫院電力供應，假設哪天真的停電了，這些系統分別會怎麼運作呢？首先，台電的雙饋線供電分別來自於兩個不同的高壓電塔，若其中一個故障，則可以藉由開關自動轉為另一個供電饋線，使下游設備可以收到電力並繼續運轉。
但萬一台電兩個高壓變電站都無法供電，該怎麼辦？這時醫院備有的大容量柴油發電機就派上用場了，它們可以被緊急啟動，並聯運轉發電供應至下游負載所需，而油槽的油量更能互相支援，發電量足以維持臺大醫院三院區正常營運至少兩天以上。
過去 921 大地震時啟動發電機緊急供電數日，便是將非醫療必要性區域的設備降載，以達到連續運轉的需求。而每個月各一次的有載及無載發電機測試保養，就是為了確保發電機的機組功能運轉正常，當確定台電電源恢復供電後，這些重要設備電源便會自動切回交流電電源，再經數分鐘後發電機就會自動停止運轉。
而各醫院因負載性質不同，設有行政、資訊、醫療系統用的多套不斷電系統。這些不斷電系統的機組採並聯及 A、B 兩系統互相支援的方式，供應至加護病房、手術房、心血管中心等急重症部門。此外，還有呼吸器或葉克膜（ECMO）等維生系統，這些攸關生命的醫療部門和醫療儀器都必須確保持續供電不中斷，而它們的不斷電系統供電源頭則由台電雙饋線互相支援後，送至下游總電盤，再與發電機的緊急電源利用自動切換開關互相銜接，並送電至不斷電電源設備的入口端，藉此建立縝密的供電網路，確保維生負載不會受到任何上游供電事故影響，達到安全、可靠的供電需求。
▲圖三
院內各區域供電的優先順序
不過醫院裡有這麼多不同的區域，在停電時供電的優先順序是不是也會不同？若以維持患者的生命作為優先順序，可分為維生及醫療設備負載、必要性負載、非必要性負載三種：
1. 維生及醫療設備負載：用以確保病患或人員生命的設備。例如用於搶救及維持生命的醫療設備、開刀房、磁振造影（magnetic resonance imaging, MRI）、電腦斷層掃描（computed tomography, CT）、建築物消防設備等。供電方式採用負載
的低壓主配電盤電源自動切換開關（automatic transfer switch, ATS）瞬間切換模式，在停電/斷電時能自動切換到備用電源，不受發電機的負載分配控制，此為第一優先負載。
2. 必要性負載：供大樓正常營運所必須的負載，若停止供電將無法使醫院維持正常運轉。例如醫療氣體、負壓排風機、開刀房空調、排水與汙水處理設備、緊急照明逃生設備、緊急電梯設備、行政辦公用電源等。供電方式也是採用負載的低壓主配電盤電源自動切換開關瞬間切換模式，但須配合發電機的負載分配控制，此為第二優先負載。
3. 非必要性負載：除上述維生與醫療設備負載及必要性負載之外的其他一般性負載，例如飲水機、一般用空調箱、電扶梯、照明等次要負載，供電方式則是負載的低壓主配電盤電源自動切換開關，可選擇延時切換或手動切換二種模式，需要配合發電機的負載分配控制，此為第三優先負載。
多重保障確保患者停電時的醫療安全
不論是維護電力系統或執行供電品質改善計畫，仍會面臨到停止供電的問題。要如何切換及擬定較妥當的備援計畫，以及台電多饋線供電、緊急發電機的並聯運轉設置，甚至於重症醫療區域設置不斷電系統，以提升供電品質及供電穩定度，這些都是值得用心探討的課題。透過這些討論，不但能延長醫療儀器設備、資訊設備的可靠度及使用壽命，更能使醫療、行政業務不受影響，也確保了病患就醫時的安全。因此提升電力系統供電可靠度，確實是醫院電力系統維護不可忽視的問題。
註：饋線是指台電配電網絡中較外圍的線路或支線，台電輸出的電力在經過變電所後會降壓，並藉由饋線送到每個人家中。
延伸閱讀
1. 台電電力綜合研究所，《電氣設備失效預防技術手冊》。
2. 行政院公共工程委員會,緊急供電設備工程品質管理實務，https://reurl.cc/LmWkgL。
3. 王榮坤，〈醫療大樓電力系統之諧波分析〉，長庚大學，2012 年。
停電後的電力從哪裡供給？不斷電系統的運作：下一篇⇢
本文轉載、修改自《科學月刊》2022 年 6 月
