AN ELECTIFYING OPPORTUNITY

Une opportunité électrisante

By/Par Lisanne Naeth

Located on the south end of Vancouver Island, Victoria General Hospital (VGH) is a 347-bed acute care facility. The 1981-constructed facility is comprised of a main diagnostic and treatment (D&T) podium and two seven-storey patient towers. Over the years, the facility has been expanded and renovated and includes a new emergency department.

The hospital is supplied from utility at 25 kilovolts (kV) via an underground feeder into the main electrical room located on Level 1. Much of the original main electrical distribution is still in service. While meticulously maintained, including some breaker upgrades, the equipment is 40 years old and has reached the end of its expected service life.

Examination of the essential power distribution revealed the two 600-kilowatt, 600-volt generators no longer provide N+1 redundancy. (Both generators are required to meet the demand of the vital and delayed vital branches.) This is a result of the on-going

L’hôpital général de Victoria (HGV), trônant à la pointe sud de l’île de Vancouver, offre 347 lits pour des soins intensifs. Depuis sa construction en 1981, l’établissement s’est développé en intégrant un pavillon principal dédié au diagnostic et au traitement (D et T) ainsi que deux tours de sept étages vouées aux patients. Au gré des années, des extensions et rénovations ont permis de construire un service d’urgence flambant neuf.

Le service public de BC Hydro alimente l’hôpital avec une puissance de 25 kilovolts (kV), acheminée par une ligne souterraine jusqu’à la salle électrique principale au premier étage. Une large part du dispositif de distribution électrique initial reste en fonction. Malgré un entretien méticuleux, comprenant des mises à niveau des disjoncteurs, cet équipement quadragénaire touche au terme de sa durée de vie estimée.

L’audit de la distribution électrique cruciale a révélé une faiblesse: les deux générateurs de 600 kilowatts et 600 volts ne garantissent organic growth of essential power requirements in the facility. The limitation of available essential power poses a significant challenge for routine equipment refreshes, upgrades and renovations, as most new imaging modalities have a higher power demand than that of the equipment being replaced.

In addition to equipment age and capacity issues, there are two active capital regional district (CRD) trunk water mains — 1,220 millimetres (mm) and 1,067mm in diameter — routed across the site approximately 30 metres from the main electrical room. The site has a natural dip or low point near the main electrical room. If both water supply mains were to rupture due to a natural disaster or piping failure, this electrical room would flood to elevation nine metres in 4.5 hours because there is no automatic control function to shut down water flow.

Given the current state of the electrical distribution system is calamitous, Island Health has proactively engaged a consulting team to design the replacement of the existing electrical distribution equipment and address some of the facility resiliency risk with a new, remotely located electrical energy centre (EEC). The EEC will be located on an elevated greenfield away from existing structures to mitigate risks, such as flood, fire and seismic concerns. The design of the new EEC includes capacity to support all existing and anticipated future power requirements at the VGH campus.

The EEC will house BC Hydro service entrance equipment, BC Hydro metering, transformation equipment, generator paralleling and synchronization controls, dual bypass transfer switches, and the vital, delayed vital, conditional and normal primary distribution switchboards. It will also contain all the relays and sensors required for protection, control and monitoring of this new system plus la redondance N+1. (La demande du branchement vital et du branchement vital temporisé requiert la capacité de ces deux générateurs). Ce défi résulte de l’accroissement constant des besoins énergétiques de l’établissement. Cette restriction d’énergie disponible s’avère une entrave majeure aux renouvellements, modernisations et rénovations usuelles d’équipements. En effet, la plupart des nouvelles techniques d’imagerie nécessitent une puissance supérieure à celle des dispositifs qu’elles remplacent.

Outre les problèmes de vétusté et de capacité de l’équipement, le site voit traverser deux conduites principales d’eau du District régional de la capitale (DRC) — de 1 220 millimètres (mm) et de 1 067 mm de diamètre — à une trentaine de mètres de la salle électrique principale. Le terrain, dessinant une déclivité non loin de la salle, deviendrait problématique lors d’une rupture de ces deux conduits majeurs d’eau, qu’il s’agisse d’une catastrophe naturelle ou d’une défaillance de la tuyauterie. En effet, la salle électrique subirait une inondation atteignant une hauteur de 9 mètres en l’espace de 4,5 heures faute de mécanisme automatique de coupure de l’écoulement d’eau.

Face à la situation préoccupante du système de distribution électrique, Island Health a mobilisé une équipe de consultants pour concevoir la rénovation de l’équipement existant et pallier certains risques qui menacent la résilience du site, grâce à un centre d’énergie électrique (CEE) nouvellement construit à distance. Le CEE s’érigera sur une parcelle vierge et surélevée, à l’écart des bâtiments actuels, afin de diminuer les risques tels qu’inondations, incendies et séismes. Le nouveau CEE est conçu pour répondre à tous les besoins énergétiques présents et à venir du campus de l’HGV.

Le CEE abritera l’équipement de raccordement et les compteurs both locally and via remote operation from the D&T building’s control room. The new generators will be located in outdoor-rated walk-in enclosures adjacent to the EEC. The generator synchronization bus will be arranged with generator connections, feeder positions and additional positions for temporary generator, load bank and future generator connections.

New electrical energy centre (EEC) and generator yard. The EEC will be located on an elevated greenfield away from existing structures to mitigate risks, such as flood, fire and seismic concerns. Its design includes capacity to support all existing and anticipated future power requirements at the Victoria General Hospital campus. Rendering courtesy Stantec.

Two utility selectable BC Hydro 25kV services will replace the single existing service. The dual redundant supply will allow the utility to supply the site from one of two separate substations as required for increased facility resiliency to upstream outages and eliminate a single point of failure. Two 3 megavolt amperes (MVA) transformers will be used to step down the 25kV BC Hydro supply to the 12.5kV distribution in a N+1 configuration. Provisions for replacing these transformers with 5MVA units have been included in the design for future site demand. Distribution from the EEC to the existing VGH facility and future buildings will be at 12.5kV.

The new EEC design includes 3MVA of generator capacity on day one to support the current site peak demand with N+1 redundancy. Allowances in space, equipment connection locations and conduits have been made for the installation of additional generators to support future load growth while maintaining N+1 redundancy. 12.5kV was selected for the generation and site distribution voltage to reduce voltage drop issues and ensure commercial availability of equipment.

12.5kV feeders and spare conduits will be routed underground from the EEC to the new purpose-built D&T electrical room located adjacent to the D&T building on Level 2, above the potential flood level. Three transformers will further step the power down to 600V for connection to the new D&T vital, delayed vital and conditional vital switchboards. These switchboards will reconnect to the existing D&T distribution temporarily. Reconnection of the D&T services has been designed to replace the 40-year-old de BC Hydro, les transformateurs, les commandes d’alignement et de synchronisation des générateurs, les commutateurs de transfert à double dérivation et les panneaux de distribution primaire pour les branchements vitaux, temporisés, conditionnels et normaux. Il rassemblera tous les relais et capteurs nécessaires à la protection, au contrôle et à la surveillance de ce nouveau système, à la fois sur place et à distance depuis la salle de contrôle du pavillon de D et T. Les nouveaux générateurs prendront place dans des coffrets extérieurs, adjacents au CEE. Le bus de synchronisation du générateur disposera des connexions du générateur, des positions des lignes d’alimentation et de places supplémentaires pour le générateur temporaire, le banc de charge et les futures connexions du générateur. main distribution switchgear and as much of the existing feeders as practicable.

Deux services 25 kV de BC Hydro supplanteront le service unique existant. Cette double alimentation redondante donnera la possibilité au service public d’alimenter le site depuis l’une ou l’autre de deux sous-stations distinctes, selon le besoin, renforçant ainsi la résilience de l’installation en cas de pannes en amont et éliminant un point unique de défaillance. Deux transformateurs de 3 mégavolts ampères (MVA) serviront à réduire l’alimentation de 25 kV de BC Hydro à une distribution de 12,5 kV, dans une configuration N+1. La possibilité de remplacer ces transformateurs par des unités de 5 MVA est prévue dans le dispositif, pour accompagner l’évolution future de la demande du site. La distribution du CEE vers l’HGV actuel et les bâtiments à venir se fera à 12,5 kV.

La conception fraîche du CEE comprend une capacité de générateur de 3 MVA dès le départ, afin de couvrir la demande de pointe existante du site tout en offrant une redondance N+1. L’espace, les emplacements de raccordement des équipements, ainsi que les conduits ont été pensés pour une installation future de nouveaux générateurs pour accompagner la croissance de la charge, tout en conservant une redondance N+1. Le choix s’est porté sur une tension de 12,5 kV pour la production et la distribution sur le site, afin de réduire les problèmes d’affaiblissement de tension et d’assurer la disponibilité commerciale des équipements.

Des lignes d’alimentation de 12,5 kV et des conduits de remplacement partiront souterrainement du CEE pour rejoindre la nouvelle salle électrique située aux deuxième niveau du pavillon de D et T, au-dessus du risque d’inondation. Trois transformateurs minimiseront davantage la puissance à 600 V pour le raccordement aux nouveaux panneaux de branchements vitaux, vitaux temporisés et vitaux conditionnels. Ces panneaux se reconnecteront provisoirement à la distribution existante du pavillon de D et T. Un concept de reconnexion des services de D et T a été élaboré pour substituer l’équipement vieux de 40 ans et la majorité des lignes d’alimentation existantes.

Les atouts du nouveau CEE sont nombreux et dépassent largement la distribution d’énergie essentielle et l’atténuation des catastrophes naturelles. Le CEE peut soutenir toutes les charges normales de l’hôpital avec une alimentation conditionnelle, offrant une flexibilité accrue lors de pannes prolongées des services publics. La blanchisserie régionale située sur le site bénéficiera également d’une reconfiguration pour se raccorder à la nouvelle distribution conditionnelle du CEE. Ainsi, en plus d’améliorer la fiabilité du service en cas de coupure de courant, cela ouvre la porte à l’électrification future de cette installation.

The benefits of the new EEC are substantial, providing many beyond essential power distribution and natural disaster mitigation. The facility will offer the ability to support all existing normal loads in the hospital with the conditional branch power for increased flexibility in operations during extended utility outages. The regional laundry facility on-site will also be reconfigured to connect to the new EEC conditional distribution, thereby improving service reliability during power outages and allowing for future electrification of this facility.

It is these combined crucial features that are required for health campuses like VGH to continue to grow and change to meet patient demands. Although the process of replacing the main distribution and essential power equipment in an active hospital can be immensely disruptive and introduce unnecessary risk, this project presents a unique opportunity for Island Health. By combining the necessary replacement of end-of-life equipment with the desired upgrade for future site needs, while optimizing project cost and minimizing disruptions to operations due to the parallel buildout implementation plan, Island Health will be able to achieve incredibly successful results.

To implement this, Phase 1 will include construction of the new EEC building, the new utility services, the generation plant and associated commissioning. Phase 2 will include construction and commissioning of the new D&T electrical room along with the duct bank connecting it to the EEC.

Phases 3 and 4 are where the benefit of building a new EEC in a separate location, instead of in situ, play a large role in downtime reduction. In Phase 3, essential loads will be supplied from the current generation plant, while the main service supply is migrated from the existing utility service to the new D&T distribution, thereby temporarily supplying the entire site from the new EEC via the old distribution equipment. The existing generators and automatic transfer switches can then be decommissioned to make room for Phase 4 — load migration.

During the load migration phase, new feeders will be installed from the new D&T distribution to the existing sub-electrical rooms prior to numerous controlled outages. Each load will be migrated to a new breaker in the corresponding 600V power branch in the new D&T electrical room. This phase will require meticulous planning and coordination with facility maintenance and operations staff, as well as clinicians. The resulting power interruptions will be short in duration and only impact small areas at a time, making the disruption much easier to manage.

Once all loads have been migrated, the remaining 40-year-old distribution equipment can be removed and the existing main electrical room on Level 1 can be repurposed.

The new EEC project is currently in the design development stage and will proceed to contract documents pending funding approvals.

C’est l’association de ces caractéristiques capitales qui permet aux complexes hospitaliers tels que l’HGV de poursuivre leur expansion et leur évolution afin de répondre aux besoins des patients. Remplacer la distribution principale et l’équipement électrique essentiel dans un hôpital en activité peut se révéler extrêmement déstabilisant et introduire des risques superflus. Cependant, ce projet incarne une occasion unique pour Island Health. Celle-ci est en mesure d’obtenir des résultats étonnamment bénéfiques en couplant le remplacement nécessaire des équipements vieillissants à l’amélioration souhaitée pour les besoins futurs du site, tout en optimisant le coût du projet et en diminuant les perturbations opérationnelles grâce à l’approche du développement parallèle.

Pour ce faire, la première phase englobera la construction du nouveau bâtiment du CEE, des nouveaux services publics, de la centrale de production et de la mise en service afférente. La seconde phase comportera la construction et la mise en service de la nouvelle salle électrique du pavillon de D et T, ainsi que le chemin de câbles la reliant au CEE.

Les phases 3 et 4 sont celles où l’avantage de construire un nouveau CEE dans un endroit séparé, plutôt que sur place, joue un rôle important dans la réduction des temps d’arrêt. Au cours de la phase 3, les charges essentielles seront alimentées par la centrale actuelle, tandis que l’alimentation principale sera transférée du service public existant à la nouvelle distribution du pavillon de D et T, ce qui permettra d’alimenter temporairement l’ensemble du site à partir de la nouvelle centrale électrique via l’ancien équipement de distribution. Les générateurs et les commutateurs de transfert automatiques existants peuvent alors être mis hors service pour faire place à la phase 4, soit la migration de la charge.

Durant la phase de migration de la charge, de nouvelles alimentations s’installeront depuis la nouvelle distribution du pavillon de D et T jusqu’aux salles électriques secondaires, avant l’amorce de multiples arrêts contrôlés. Chaque charge transitera vers un nouveau disjoncteur dans le raccordement d’alimentation 600V adapté, dans la nouvelle salle électrique du pavillon de D et T. Cette phase appelle une préparation et une coordination rigoureuses avec le personnel dédié à l’entretien des installations et à leur gestion, ainsi qu’avec le personnel clinique. Les coupures de courant qui en découleront seront brèves et n’impacteront que des zones restreintes à la fois, faisant des perturbations une affaire bien plus aisée à gérer.

Une fois toutes les charges transférées, l’équipement de distribution quadragénaire peut être démantelé et la salle électrique principale actuelle de niveau 1 peut connaître une nouvelle affectation.

Le projet CEE se trouve actuellement dans sa phase de conception et progressera vers les documents contractuels, sous réserve de l’approbation du financement.

Lisanne Naeth, ing., est ingénieure électricienne senior chez AES Engineering, à Victoria. Lisanne est spécialisée dans les installations de soins de santé et elle est l’ingénieure électricienne principale pour le projet de centre d’énergie électrique de l’hôpital général Victoria. On peut lui écrire à lisanne.naeth@ aesengr.com.