洪友白 / 尹海燕 / 陳 萌
1.廈門合道工程設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司, 廈門市, 361004
2.廈門市合道施工圖審查有限公司, 廈門市, 361004
隨著GB50052-2009《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(以下簡稱《供配電》)在工程設(shè)計(jì)實(shí)踐的深入應(yīng)用,大家對(duì)規(guī)范的理解有些更深刻了,有些尚存疑惑。本文對(duì)其進(jìn)行歸納并將分析與研究成果與同行交流,期待能對(duì)讀者有所幫助。
目前,筆者可查見JGJ 16-2008《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》(以下簡稱《民規(guī)》)3.2.3 條第3款規(guī)定“特級(jí)體育場館的應(yīng)急照明為一級(jí)負(fù)荷中特別重要負(fù)荷;”、 JGJ31-2003《體育建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》10.3.1 條第1、2款分別規(guī)定“甲級(jí)以上體育場、體育館、游泳館的比賽廳(場)……等用電設(shè)備,電力負(fù)荷應(yīng)為一級(jí),特級(jí)體育設(shè)施應(yīng)為特別重要負(fù)荷;”“……電氣消防用電設(shè)備負(fù)荷等級(jí)應(yīng)為該工程最高負(fù)荷等級(jí);”。除此外,其他消防負(fù)荷尚無定性為一級(jí)負(fù)荷中特別重要負(fù)荷,其負(fù)荷級(jí)別按有關(guān)規(guī)范確定。例如《民規(guī)》3.2.3條第1款規(guī)定,高度不超過100m的一類高層建筑的消防控制室、高度為150m的高層建筑(屬一類高層建筑)的火災(zāi)應(yīng)急照明均為一級(jí)負(fù)荷。
2009版《供配電》對(duì)一級(jí)負(fù)荷的供電要求從95版《供配電》的兩個(gè)電源變雙重電源。
《供配電》3.0.2條規(guī)定,一級(jí)負(fù)荷應(yīng)由“雙重電源”供電,當(dāng)一電源發(fā)生故障時(shí),另一電源不應(yīng)同時(shí)受到損壞。其條文說明指出,一級(jí)負(fù)荷的供電應(yīng)由雙重電源供電,而且不能同時(shí)損壞,只有滿足這兩個(gè)基本條件,才可能維持其中一個(gè)電源繼續(xù)供電,這是必須滿足的條件。雙重電源可一用一備,亦可同時(shí)工作,各供一部分負(fù)荷。而原95版《供配電》2.0.2條規(guī)定,一級(jí)負(fù)荷應(yīng)由“兩個(gè)電源”供電;當(dāng)一個(gè)電源發(fā)生故障時(shí),另一電源不應(yīng)同時(shí)受到損壞。
2009版《供配電》引入雙重電源的概念。2.0.2條對(duì)其定義是“一個(gè)負(fù)荷的電源是由兩個(gè)電路提供的,這兩個(gè)電路就安全供電而言被認(rèn)為是相互獨(dú)立的”。
兩個(gè)電源、兩回線路、雙重電源都要求有兩個(gè)“獨(dú)立線路”。兩個(gè)電源要求獨(dú)立的電源;兩回線路不要求獨(dú)立的電源;雙重電源則強(qiáng)調(diào)“電源相對(duì)獨(dú)立”。
由此可見,2009版《供配電》對(duì)一級(jí)負(fù)荷的供電要求相對(duì)寬松,更具操作性。
《供配電》3.0.2條的條文說明指出,因地區(qū)大電力網(wǎng)在主網(wǎng)電壓上部是并網(wǎng)的,用電單位無論從電網(wǎng)取幾回電源進(jìn)線,也無法得到嚴(yán)格意義上的兩個(gè)獨(dú)立電源;所以雙重電源可以是分別來自不同電網(wǎng)的電源,或者來自同一電網(wǎng)但在運(yùn)行時(shí)電路互相之間聯(lián)系很弱;或者來自同一個(gè)電網(wǎng)但其間的電氣距離較遠(yuǎn),一個(gè)電源系統(tǒng)任意一處出現(xiàn)異常運(yùn)行時(shí)或發(fā)生短路故障時(shí),另一個(gè)電源仍能不中斷供電。上述三種情況的電源都可視為雙重電源。
如下四個(gè)城市供電方案:①兩路電源分別來自“兩個(gè)區(qū)域變電站(電壓在35kV及以上)”。②兩路電源分別來自“取自兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立電源的有多臺(tái)變壓器單獨(dú)運(yùn)行的同一變電站中的兩段母線”。③兩路電源分別來自“取自兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立電源的10kV開閉所的同一母線段”。④兩路電源分別來自“環(huán)網(wǎng)供電(開環(huán)運(yùn)行)的節(jié)點(diǎn)上”。
依據(jù)上述3.2節(jié)援引《供配電》3.0.2條的條文說明,供電方案① 是由兩個(gè)電氣距離較遠(yuǎn)提供的雙電源;供電方案②是由來自同一電網(wǎng)但在運(yùn)行時(shí)電路互相之間聯(lián)系很弱的雙電源。所以可以確定方案①、②符合雙重電源條件。供電方案③10kV開閉所取自兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的電源,但兩回線路來自同一母線段,電源沒有相對(duì)獨(dú)立,一個(gè)電源系統(tǒng)任意一處出現(xiàn)異常運(yùn)行或發(fā)生短路故障時(shí),另一個(gè)電源將中斷供電。因此,方案③不能視為雙重電源。供電方案④的環(huán)網(wǎng)運(yùn)行方式,其雙重電源應(yīng)該具備的 “電源強(qiáng)調(diào)相對(duì)獨(dú)立、線路應(yīng)有兩個(gè)獨(dú)立部分” 的特征條件是否滿足存有不確定性。有的環(huán)網(wǎng)供電運(yùn)行方式合乎條件,如電源節(jié)點(diǎn)分別在開環(huán)處的不同側(cè);有的運(yùn)行方式則不滿足要求,如電源節(jié)點(diǎn)均在開環(huán)處的同一側(cè)??梢?,環(huán)網(wǎng)供電方案由于電源取自環(huán)上節(jié)點(diǎn)的不確定導(dǎo)致電源與線路均不能確定是否能同時(shí)滿足雙重電源的特征要求,因此不能視為雙重電源。
下面援引四段權(quán)威性論述,以加深理解。
GB50045-95《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》2005年版9.1.1條的條文說明中對(duì)一級(jí)負(fù)荷供電要求為:(a)電源來自兩個(gè)不同發(fā)電廠;(b)電源來自兩個(gè)≥35/10(6)kV區(qū)域變電站;(c)電源來自一個(gè)區(qū)域變電站,另一個(gè)設(shè)有自備發(fā)電設(shè)備。
福建省地方標(biāo)準(zhǔn)DB35/T 1036-2010《10 kV及以下電力用戶業(yè)擴(kuò)工程技術(shù)規(guī)范》(以下簡稱《福建10kV業(yè)擴(kuò)規(guī)范》)術(shù)語3.8雙重電源: 由兩個(gè)獨(dú)立的供電線路向一個(gè)用電負(fù)荷實(shí)施的供電。這兩條線路是由兩個(gè)電源供電,即由兩個(gè)變電站或一個(gè)有多臺(tái)變壓器單獨(dú)運(yùn)行的變電站中的兩段母線分別提供的電源。其中一個(gè)電源故障時(shí),不會(huì)因此而導(dǎo)致另一電源同時(shí)損壞。
《福建10 kV業(yè)擴(kuò)規(guī)范》5.4.2.3款:……住宅小區(qū)二級(jí)負(fù)荷的供電宜采用雙回線路或環(huán)網(wǎng)方式供電。
閩電營銷〔2010〕1231號(hào)《福建省電力有限公司業(yè)擴(kuò)供電方案編制規(guī)范(試行)》術(shù)語3.6雙電源:指由兩個(gè)獨(dú)立的供電線路向同一個(gè)用電負(fù)荷實(shí)施的供電。這兩條供電線路是由兩個(gè)電源供電,即由來自兩個(gè)不同方向的變電站或來自具有兩回及以上進(jìn)線的同一變電站內(nèi)兩段不同母線分別提供的電源。其中一個(gè)電源故障時(shí),不會(huì)因此而導(dǎo)致另一電源同時(shí)損壞。由開關(guān)站(開閉所)提供的電源視為前端變電站供電母線的延伸。
《供配電》3.0.1條第1款、第3款及其條文說明對(duì)電力負(fù)荷有“用電單位”(或稱為“用戶”)和“用電設(shè)備”的提法。以“用電單位”識(shí)別負(fù)荷等級(jí),比如,大型博物館、高層普通住宅樓,便于工程整體對(duì)外申請(qǐng)用電;以“用電設(shè)備”識(shí)別負(fù)荷級(jí)別,比如,四星級(jí)賓館的餐廳照明用電、大型商場的空調(diào)電力用電,便于實(shí)現(xiàn)工程內(nèi)部的供配電。
除按規(guī)范的規(guī)定、定性確定用電單位負(fù)荷特性外,還可以定量確定用電單位負(fù)荷特性。
對(duì)一個(gè)區(qū)域(如由多棟單體建筑組成的某一文化中心)的用電負(fù)荷在整體上進(jìn)行確定,其目的是確定整個(gè)區(qū)域的供電方案以及作為向外申請(qǐng)用電的依據(jù)。下面舉四個(gè)正反面案例分析:
方案一:區(qū)域內(nèi)只有少量的用電設(shè)備使用連續(xù)性要求高、不允許中斷的供電,其負(fù)荷為一級(jí)負(fù)荷,而其他用電設(shè)備性質(zhì)為二級(jí)負(fù)荷,則整個(gè)區(qū)域的用電負(fù)荷確定為二級(jí)負(fù)荷。
分析:根據(jù)《供配電》3.0.1條的條文說明,在一個(gè)區(qū)域內(nèi),當(dāng)用電負(fù)荷中一級(jí)負(fù)荷所占的數(shù)量和容量都較少時(shí),而二級(jí)負(fù)荷所占的數(shù)量和容量較大時(shí),本區(qū)域的負(fù)荷作為一個(gè)整體可以認(rèn)為是二級(jí)負(fù)荷。
方案二:區(qū)域內(nèi)只有少量的用電設(shè)備使用連續(xù)性要求高、不允許中斷供電,其負(fù)荷為一級(jí)負(fù)荷,而其他用電設(shè)備性質(zhì)為二級(jí)負(fù)荷,由于區(qū)域內(nèi)最高負(fù)荷級(jí)別為一級(jí)負(fù)荷,因此,整個(gè)區(qū)域的用電負(fù)荷確定為一級(jí)負(fù)荷。
分析:當(dāng)區(qū)域內(nèi)只有少量的一級(jí)負(fù)荷用電設(shè)備,而大多數(shù)其他用電設(shè)備性質(zhì)為二級(jí)負(fù)荷時(shí),本區(qū)域的負(fù)荷作為一個(gè)整體可以認(rèn)為是二級(jí)負(fù)荷用電單位,而不能根據(jù)區(qū)域內(nèi)用電設(shè)備負(fù)荷級(jí)別最高為一級(jí)來推斷整個(gè)區(qū)域的用電負(fù)荷為一級(jí)負(fù)荷。
方案三:一個(gè)區(qū)域負(fù)荷特性是二級(jí)負(fù)荷,則對(duì)整個(gè)區(qū)域按照二級(jí)負(fù)荷的供電要求進(jìn)行供電,對(duì)其中少量的一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷服從于整個(gè)區(qū)域供電方案,也按二級(jí)負(fù)荷進(jìn)行供電。
分析:一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷的供電措施高于二級(jí)負(fù)荷,因此對(duì)一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷如服從于整個(gè)區(qū)域按二級(jí)負(fù)荷的供電方案,不能滿足特別重要負(fù)荷的供電要求。
方案四:一個(gè)區(qū)域負(fù)荷特性是二級(jí)負(fù)荷,則對(duì)整個(gè)區(qū)域按照二級(jí)負(fù)荷的供電要求進(jìn)行供電,對(duì)其中少量的一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷按照規(guī)定供電。
分析:根據(jù)《供配電》第3.0.1條的條文說明最后一段倒數(shù)第五行,“如果區(qū)域負(fù)荷特性是二級(jí)負(fù)荷,則對(duì)整個(gè)區(qū)域按照二級(jí)負(fù)荷的供電要求進(jìn)行供電,對(duì)其中少量的特別重要負(fù)荷按照規(guī)定供電”。
由此可見,在確定一個(gè)區(qū)域的負(fù)荷特性時(shí),可分別統(tǒng)計(jì)特別重要負(fù)荷、一、二、三級(jí)負(fù)荷的數(shù)量和容量,并在此基礎(chǔ)上確定整個(gè)區(qū)域的供電方案來作為向供電部門申請(qǐng)用電的依據(jù)。
2009版《供配電》3.0.7條,“……宜由兩回線路供電。在負(fù)荷較小或地區(qū)供電條件困難時(shí),二級(jí)負(fù)荷可由一回6kV及以上專用的架空線路供電”。
95版《供配電》2.0.6條,“……宜由兩回線路供電。在負(fù)荷較小或地區(qū)供電條件困難時(shí),二級(jí)負(fù)荷可由一回6kV及以上專用的架空線路或電纜供電。當(dāng)采用架空線時(shí),可由一回架空線供電;當(dāng)采用電纜線路時(shí),應(yīng)采用兩根電纜組成的線路供電,其每根電纜應(yīng)能承受100%的二級(jí)負(fù)荷”。
相同點(diǎn):1)宜由兩回線路供電;2)在負(fù)荷較小或地區(qū)供電條件困難時(shí),二級(jí)負(fù)荷可由一回6kV及以上專用的架空線路供電。
不同點(diǎn):“在負(fù)荷較小或地區(qū)供電條件困難時(shí)”,95版《供配電》允許一回6kV及以上由兩根電纜組成的專用線路供電,即可以一回電纜線路,占用一個(gè)出線間隔;而2009版《供配電》刪除了這一供電措施的內(nèi)容,即要中規(guī)中矩采用兩回電纜線路,占用兩個(gè)出線間隔。正如2009版《供配電》3.0.7條的條文說明指出的,只有當(dāng)負(fù)荷較小,或地區(qū)供電條件困難時(shí),才允許由一回6kV及以上的專用架空線供電。這點(diǎn)主要考慮電纜發(fā)生故障后有時(shí)檢查故障點(diǎn)和修復(fù)需時(shí)較長,而一般架空線路“修復(fù)方便”(此點(diǎn)和電纜的故障率無關(guān))。當(dāng)線路自配電所引出采用電纜線路時(shí),應(yīng)采用兩回線路。
分析2009版《供配電》3.0.7條條文說明,架空線路之所以在非常特殊情況下可作為二級(jí)負(fù)荷用電單位的備選供電方案,是因?yàn)槠洹靶迯?fù)方便”,在較短時(shí)間內(nèi)可以恢復(fù)供電。與其相類比,環(huán)網(wǎng)供電異曲同工。環(huán)網(wǎng)供電即便采用電纜敷設(shè),當(dāng)線路的某一部分出現(xiàn)故障,可以借助環(huán)網(wǎng)開關(guān)及時(shí)隔離故障部位,在較短時(shí)間內(nèi)設(shè)法從兩側(cè)分別或單側(cè)向負(fù)荷恢復(fù)正常供電,避免因檢查電纜故障點(diǎn)和修復(fù)需時(shí)較長而發(fā)生大面積停電事故,減少停電損失。因此,環(huán)網(wǎng)供電可用于二級(jí)負(fù)荷用電單位。正如《福建10 kV業(yè)擴(kuò)規(guī)范》5.4.2.3款規(guī)定的“……住宅小區(qū)二級(jí)負(fù)荷的供電宜采用……環(huán)網(wǎng)方式供電”。
不能以“宜”來曲解對(duì)二級(jí)負(fù)荷供電系統(tǒng)的基本要求是兩回線路的本意?!豆┡潆姟?.0.7條采用“宜”一詞,貌似沒有“鐵板釘釘”、沒有說死,其實(shí)是要給具備“負(fù)荷較小或地區(qū)供電條件困難、電壓等級(jí)在6kV及以上、線路敷設(shè)為架空且專用” 等為前提的特殊情況留出“活口”。正如該條條文說明所述“對(duì)二級(jí)負(fù)荷的供電方式,因其停電影響還是比較大的,故應(yīng)由兩回供電?!?/p>
應(yīng)急電源,又稱安全設(shè)施電源,是用作應(yīng)急供電系統(tǒng)組成部分的電源,是為了人體和家畜的健康和安全,避免對(duì)環(huán)境或其他設(shè)備造成損失的電源,如由雙重電源供電外再增設(shè)的UPS。
備用電源是當(dāng)正常電源斷電時(shí),由于非安全原因用來維持電氣裝置或其某些部分所需的電源,如消防類自備發(fā)電機(jī)組。
由上可見,應(yīng)急電源與備用電源是兩個(gè)完全不同用途的電源,其重要區(qū)別在于服務(wù)對(duì)象在所謂“安全”方面的不同。應(yīng)急電源服務(wù)對(duì)象的“安全”要求是指非人為因素傷害的“安全”,英語稱之為“Safety”,是安全的自然屬性;而備用電源服務(wù)對(duì)象的“非安全原因”不是指自然因素而是指人為因素的緣故帶來的事故。像英語 “Security”也譯為“安全”一樣,這種事故屬安全的社會(huì)屬性。
《供配電》3.0.3條第1款規(guī)定一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷供電除應(yīng)由雙重電源供電外,尚應(yīng)增設(shè)應(yīng)急電源,嚴(yán)禁將其它負(fù)荷接入應(yīng)急供電系統(tǒng)。這是從安全角度考慮,其目的是為了防止其他負(fù)荷接入應(yīng)急供電系統(tǒng)。 例如,在第1章提到的特級(jí)體育場館的應(yīng)急照明為一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷,尚應(yīng)增設(shè)應(yīng)急電源。消防控制室的火災(zāi)備用照明不是一級(jí)負(fù)荷中特別重要負(fù)荷,無需增設(shè)應(yīng)急電源,更不可以接入應(yīng)急供電系統(tǒng)。
由此可見,應(yīng)急電源是專為一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷而增設(shè)的,他們是成雙成對(duì)存在的,其供電系統(tǒng)應(yīng)自成體系。
95版《供配電》2.0.2條第2款規(guī)定,一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷,除由兩個(gè)電源供電外,尚應(yīng)增設(shè)應(yīng)急電源,并嚴(yán)禁將其他負(fù)荷接入應(yīng)急供電系統(tǒng)。相比較可見,2009版《供配電》3.0.3條第1款是95版《供配電》該條的再版,并非是新增內(nèi)容。
《供配電》6.0.4條第5款提出,在環(huán)境正常的建筑物內(nèi),低壓電容器宜分散設(shè)置。其條文說明進(jìn)一步闡述到,低壓電容器分散布置在建筑物內(nèi)可以補(bǔ)償線路無功功率,相應(yīng)地減少電能損耗及電壓損失?!谡-h(huán)境的建筑物內(nèi),在進(jìn)行就地補(bǔ)償以后,宜在無功功率不大且相對(duì)集中的地方分散布置。在民用公共建筑中,宜按“樓層”分散布置;住宅小區(qū)宜在“每棟”或“每單元”底層設(shè)置配電小間,在其內(nèi)考慮設(shè)置低壓無功補(bǔ)償裝置。第6.0.5條文說明也闡述到,對(duì)于……整幢的民用建筑物或“其一層”需要進(jìn)行無功補(bǔ)償時(shí),……。
目前,筆者還尚無“民用建筑分散補(bǔ)償無功功率”的工程實(shí)例。如果分散補(bǔ)償,管井或配電小間應(yīng)預(yù)留安裝補(bǔ)償柜的空間,需要與建筑專業(yè)密切配合。GB50352-2005《民用建筑設(shè)計(jì)通則》8.3.5條提出了電氣豎井凈寬的要求,其條文說明的大樣圖可供電氣提資參考。
以節(jié)能為主,首要的是節(jié)約電能,應(yīng)以補(bǔ)償無功功率參數(shù)來調(diào)節(jié)。目前大部分自動(dòng)補(bǔ)償裝置的信號(hào)只取一相參數(shù),實(shí)際上是按功率因數(shù)補(bǔ)償。根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),功率因數(shù)只反應(yīng)相位,不反應(yīng)無功功率。 這樣可能會(huì)出現(xiàn)過補(bǔ)償或負(fù)補(bǔ)償,并且當(dāng)三相不平衡時(shí),功率因數(shù)值就不準(zhǔn)確,負(fù)荷不平衡度越大,誤差也越大,因此只有在三相負(fù)荷平衡時(shí)才可采用功率因數(shù)參數(shù)調(diào)節(jié)。
變電所設(shè)置的無功集中補(bǔ)償,因?yàn)槌鼍€回路較多,某些回路不平衡,但到變壓器低壓側(cè)出線口基本是平衡的,所以一般也只取一相CT。如果實(shí)施 “民用建筑分散補(bǔ)償無功功率”時(shí),在安裝補(bǔ)償柜處負(fù)荷不平衡概率很大,基于節(jié)能目的采用無功功率參數(shù)調(diào)節(jié),其自動(dòng)補(bǔ)償取樣電流信號(hào)應(yīng)注意使用三個(gè)CT。
《供配電》7.0.1條列出低壓配電帶電導(dǎo)體系統(tǒng)的類型。帶電導(dǎo)體是一重要概念。GB50054-2011《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》 3.1.11條第1款指出,除在TN-S系統(tǒng)中,當(dāng)中性導(dǎo)體為可靠的地電位時(shí)可不斷開外,應(yīng)能斷開所保護(hù)回路的所有“帶電導(dǎo)體”。雖然,《供配電》沒有具體明示哪些是帶電導(dǎo)體,但《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》(第三版)第二章第五節(jié)的第二點(diǎn)載明:帶電導(dǎo)體是指正常通過工作電流的導(dǎo)體,包括相線和中性線(N線及PEN線),但不包括PE線。PE線為保護(hù)導(dǎo)體,其重要特征是,正常工作時(shí)沒有電流流過,故障時(shí)才有故障電流流過。
[1]中華人民共和國機(jī)械工業(yè)部.GB50052-2009供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京: 中國計(jì)劃出版社, 2009.
[2]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.JGJ16-2008民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2008.