《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》分析與研究

洪友白 / 尹海燕 / 陳 萌

1.廈門合道工程設(shè)計集團有限公司， 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)計規(guī)范》(以下簡稱《供配電》)在工程設(shè)計實踐的深入應(yīng)用，大家對規(guī)范的理解有些更深刻了，有些尚存疑惑。本文對其進行歸納并將分析與研究成果與同行交流,期待能對讀者有所幫助。

1 消防用電設(shè)備負荷特性的識別

目前，筆者可查見JGJ 16-2008《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》(以下簡稱《民規(guī)》)3.2.3 條第3款規(guī)定“特級體育場館的應(yīng)急照明為一級負荷中特別重要負荷；”、 JGJ31-2003《體育建筑設(shè)計規(guī)范》10.3.1 條第1、2款分別規(guī)定“甲級以上體育場、體育館、游泳館的比賽廳(場)……等用電設(shè)備，電力負荷應(yīng)為一級，特級體育設(shè)施應(yīng)為特別重要負荷；”“……電氣消防用電設(shè)備負荷等級應(yīng)為該工程最高負荷等級；”。除此外，其他消防負荷尚無定性為一級負荷中特別重要負荷，其負荷級別按有關(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)急照明均為一級負荷。

2 一級負荷供電要求兩個電源變?yōu)殡p重電源

2009版《供配電》對一級負荷的供電要求從95版《供配電》的兩個電源變雙重電源。

《供配電》3.0.2條規(guī)定，一級負荷應(yīng)由“雙重電源”供電，當一電源發(fā)生故障時，另一電源不應(yīng)同時受到損壞。其條文說明指出，一級負荷的供電應(yīng)由雙重電源供電，而且不能同時損壞，只有滿足這兩個基本條件，才可能維持其中一個電源繼續(xù)供電，這是必須滿足的條件。雙重電源可一用一備，亦可同時工作，各供一部分負荷。而原95版《供配電》2.0.2條規(guī)定，一級負荷應(yīng)由“兩個電源”供電；當一個電源發(fā)生故障時，另一電源不應(yīng)同時受到損壞。

3 識別雙重電源

2009版《供配電》引入雙重電源的概念。2.0.2條對其定義是“一個負荷的電源是由兩個電路提供的，這兩個電路就安全供電而言被認為是相互獨立的”。

3.1 認識雙重電源的特征

兩個電源、兩回線路、雙重電源都要求有兩個“獨立線路”。兩個電源要求獨立的電源；兩回線路不要求獨立的電源；雙重電源則強調(diào)“電源相對獨立”。

由此可見，2009版《供配電》對一級負荷的供電要求相對寬松,更具操作性。

3.2 從電力網(wǎng)結(jié)構(gòu)識別雙重電源

《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)取幾回電源進線，也無法得到嚴格意義上的兩個獨立電源；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)但在運行時電路互相之間聯(lián)系很弱；或者來自同一個電網(wǎng)但其間的電氣距離較遠，一個電源系統(tǒng)任意一處出現(xiàn)異常運行時或發(fā)生短路故障時，另一個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。

3.3 從城市供電方案識別雙重電源

如下四個城市供電方案：①兩路電源分別來自“兩個區(qū)域變電站(電壓在35kV及以上)”。②兩路電源分別來自“取自兩個相對獨立電源的有多臺變壓器單獨運行的同一變電站中的兩段母線”。③兩路電源分別來自“取自兩個相對獨立電源的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)運行)的節(jié)點上”。

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 是由兩個電氣距離較遠提供的雙電源；供電方案②是由來自同一電網(wǎng)但在運行時電路互相之間聯(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開閉所取自兩個相對獨立的電源，但兩回線路來自同一母線段，電源沒有相對獨立，一個電源系統(tǒng)任意一處出現(xiàn)異常運行或發(fā)生短路故障時，另一個電源將中斷供電。因此，方案③不能視為雙重電源。供電方案④的環(huán)網(wǎng)運行方式，其雙重電源應(yīng)該具備的 “電源強調(diào)相對獨立、線路應(yīng)有兩個獨立部分” 的特征條件是否滿足存有不確定性。有的環(huán)網(wǎng)供電運行方式合乎條件，如電源節(jié)點分別在開環(huán)處的不同側(cè)；有的運行方式則不滿足要求，如電源節(jié)點均在開環(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)點的不確定導(dǎo)致電源與線路均不能確定是否能同時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)計防火規(guī)范》2005年版9.1.1條的條文說明中對一級負荷供電要求為：(a)電源來自兩個不同發(fā)電廠；(b)電源來自兩個≥35/10(6)kV區(qū)域變電站；(c)電源來自一個區(qū)域變電站，另一個設(shè)有自備發(fā)電設(shè)備。

福建省地方標準DB35/T 1036-2010《10 kV及以下電力用戶業(yè)擴工程技術(shù)規(guī)范》(以下簡稱《福建10kV業(yè)擴規(guī)范》)術(shù)語3.8雙重電源： 由兩個獨立的供電線路向一個用電負荷實施的供電。這兩條線路是由兩個電源供電，即由兩個變電站或一個有多臺變壓器單獨運行的變電站中的兩段母線分別提供的電源。其中一個電源故障時，不會因此而導(dǎo)致另一電源同時損壞。

《福建10 kV業(yè)擴規(guī)范》5.4.2.3款：……住宅小區(qū)二級負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《福建省電力有限公司業(yè)擴供電方案編制規(guī)范(試行)》術(shù)語3.6雙電源：指由兩個獨立的供電線路向同一個用電負荷實施的供電。這兩條供電線路是由兩個電源供電，即由來自兩個不同方向的變電站或來自具有兩回及以上進線的同一變電站內(nèi)兩段不同母線分別提供的電源。其中一個電源故障時，不會因此而導(dǎo)致另一電源同時損壞。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。

4 用電單位負荷級別確定

4.1 建立“用電單位”和“用電設(shè)備”概念

《供配電》3.0.1條第1款、第3款及其條文說明對電力負荷有“用電單位”(或稱為“用戶”)和“用電設(shè)備”的提法。以“用電單位”識別負荷等級，比如，大型博物館、高層普通住宅樓，便于工程整體對外申請用電；以“用電設(shè)備”識別負荷級別，比如，四星級賓館的餐廳照明用電、大型商場的空調(diào)電力用電，便于實現(xiàn)工程內(nèi)部的供配電。

4.2 定量確定用電單位負荷特性

除按規(guī)范的規(guī)定、定性確定用電單位負荷特性外，還可以定量確定用電單位負荷特性。

對一個區(qū)域(如由多棟單體建筑組成的某一文化中心)的用電負荷在整體上進行確定，其目的是確定整個區(qū)域的供電方案以及作為向外申請用電的依據(jù)。下面舉四個正反面案例分析：

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，其負荷為一級負荷，而其他用電設(shè)備性質(zhì)為二級負荷，則整個區(qū)域的用電負荷確定為二級負荷。

分析：根據(jù)《供配電》3.0.1條的條文說明，在一個區(qū)域內(nèi)，當用電負荷中一級負荷所占的數(shù)量和容量都較少時，而二級負荷所占的數(shù)量和容量較大時，本區(qū)域的負荷作為一個整體可以認為是二級負荷。

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，其負荷為一級負荷，而其他用電設(shè)備性質(zhì)為二級負荷，由于區(qū)域內(nèi)最高負荷級別為一級負荷，因此，整個區(qū)域的用電負荷確定為一級負荷。

分析：當區(qū)域內(nèi)只有少量的一級負荷用電設(shè)備，而大多數(shù)其他用電設(shè)備性質(zhì)為二級負荷時，本區(qū)域的負荷作為一個整體可以認為是二級負荷用電單位，而不能根據(jù)區(qū)域內(nèi)用電設(shè)備負荷級別最高為一級來推斷整個區(qū)域的用電負荷為一級負荷。

方案三：一個區(qū)域負荷特性是二級負荷，則對整個區(qū)域按照二級負荷的供電要求進行供電，對其中少量的一級負荷中特別重要的負荷服從于整個區(qū)域供電方案，也按二級負荷進行供電。

分析：一級負荷中特別重要的負荷的供電措施高于二級負荷，因此對一級負荷中特別重要的負荷如服從于整個區(qū)域按二級負荷的供電方案，不能滿足特別重要負荷的供電要求。

方案四：一個區(qū)域負荷特性是二級負荷，則對整個區(qū)域按照二級負荷的供電要求進行供電，對其中少量的一級負荷中特別重要的負荷按照規(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)域負荷特性是二級負荷，則對整個區(qū)域按照二級負荷的供電要求進行供電，對其中少量的特別重要負荷按照規(guī)定供電”。

由此可見，在確定一個區(qū)域的負荷特性時，可分別統(tǒng)計特別重要負荷、一、二、三級負荷的數(shù)量和容量，并在此基礎(chǔ)上確定整個區(qū)域的供電方案來作為向供電部門申請用電的依據(jù)。

5 二級負荷供電要求“可一回”變?yōu)椤皯?yīng)兩回”

5.1 二級負荷供電要求新舊規(guī)范的區(qū)別

2009版《供配電》3.0.7條，“……宜由兩回線路供電。在負荷較小或地區(qū)供電條件困難時，二級負荷可由一回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。在負荷較小或地區(qū)供電條件困難時，二級負荷可由一回6kV及以上專用的架空線路或電纜供電。當采用架空線時，可由一回架空線供電；當采用電纜線路時，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%的二級負荷”。

相同點：1)宜由兩回線路供電；2)在負荷較小或地區(qū)供電條件困難時，二級負荷可由一回6kV及以上專用的架空線路供電。

不同點：“在負荷較小或地區(qū)供電條件困難時”，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，只有當負荷較小，或地區(qū)供電條件困難時，才允許由一回6kV及以上的專用架空線供電。這點主要考慮電纜發(fā)生故障后有時檢查故障點和修復(fù)需時較長，而一般架空線路“修復(fù)方便”(此點和電纜的故障率無關(guān))。當線路自配電所引出采用電纜線路時，應(yīng)采用兩回線路。

5.2 環(huán)網(wǎng)供電可用于二級負荷用電單位

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負荷用電單位的備選供電方案，是因為其“修復(fù)方便”，在較短時間內(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)及時隔離故障部位，在較短時間內(nèi)設(shè)法從兩側(cè)分別或單側(cè)向負荷恢復(fù)正常供電，避免因檢查電纜故障點和修復(fù)需時較長而發(fā)生大面積停電事故，減少停電損失。因此，環(huán)網(wǎng)供電可用于二級負荷用電單位。正如《福建10 kV業(yè)擴規(guī)范》5.4.2.3款規(guī)定的“……住宅小區(qū)二級負荷的供電宜采用……環(huán)網(wǎng)方式供電”。

5.3 二級負荷供電的基本要求是兩回線路

不能以“宜”來曲解對二級負荷供電系統(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，其實是要給具備“負荷較小或地區(qū)供電條件困難、電壓等級在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“對二級負荷的供電方式，因其停電影響還是比較大的，故應(yīng)由兩回供電?！?/p>

6 再認識應(yīng)急電源

6.1 應(yīng)急電源不同于備用電源

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。

備用電源是當正常電源斷電時，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)電機組。

由上可見，應(yīng)急電源與備用電源是兩個完全不同用途的電源，其重要區(qū)別在于服務(wù)對象在所謂“安全”方面的不同。應(yīng)急電源服務(wù)對象的“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屬性。

6.2 應(yīng)急電源專為特別重要負荷增設(shè)

《供配電》3.0.3條第1款規(guī)定一級負荷中特別重要的負荷供電除應(yīng)由雙重電源供電外，尚應(yīng)增設(shè)應(yīng)急電源，嚴禁將其它負荷接入應(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荷接入應(yīng)急供電系統(tǒng)。 例如，在第1章提到的特級體育場館的應(yīng)急照明為一級負荷中特別重要的負荷，尚應(yīng)增設(shè)應(yīng)急電源。消防控制室的火災(zāi)備用照明不是一級負荷中特別重要負荷，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)急電源是專為一級負荷中特別重要的負荷而增設(shè)的，他們是成雙成對存在的，其供電系統(tǒng)應(yīng)自成體系。

6.3 應(yīng)急電源要求并非新內(nèi)容

95版《供配電》2.0.2條第2款規(guī)定，一級負荷中特別重要的負荷，除由兩個電源供電外，尚應(yīng)增設(shè)應(yīng)急電源，并嚴禁將其他負荷接入應(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。

7 無功補償

7.1 民用建筑首次提出分散補償方案

《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。其條文說明進一步闡述到，低壓電容器分散布置在建筑物內(nèi)可以補償線路無功功率，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)，在進行就地補償以后，宜在無功功率不大且相對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)置低壓無功補償裝置。第6.0.5條文說明也闡述到，對于……整幢的民用建筑物或“其一層”需要進行無功補償時，……。

目前，筆者還尚無“民用建筑分散補償無功功率”的工程實例。如果分散補償，管井或配電小間應(yīng)預(yù)留安裝補償柜的空間，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。

7.2 確定自動補償取樣電流信號CT數(shù)量

以節(jié)能為主，首要的是節(jié)約電能，應(yīng)以補償無功功率參數(shù)來調(diào)節(jié)。目前大部分自動補償裝置的信號只取一相參數(shù)，實際上是按功率因數(shù)補償。根據(jù)電網(wǎng)運行經(jīng)驗，功率因數(shù)只反應(yīng)相位，不反應(yīng)無功功率。 這樣可能會出現(xiàn)過補償或負補償，并且當三相不平衡時，功率因數(shù)值就不準確，負荷不平衡度越大，誤差也越大，因此只有在三相負荷平衡時才可采用功率因數(shù)參數(shù)調(diào)節(jié)。

變電所設(shè)置的無功集中補償，因為出線回路較多，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。如果實施 “民用建筑分散補償無功功率”時，在安裝補償柜處負荷不平衡概率很大，基于節(jié)能目的采用無功功率參數(shù)調(diào)節(jié)，其自動補償取樣電流信號應(yīng)注意使用三個CT。

8 帶電導(dǎo)體

《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)計規(guī)范》 3.1.11條第1款指出，除在TN－S系統(tǒng)中，當中性導(dǎo)體為可靠的地電位時可不斷開外，應(yīng)能斷開所保護回路的所有“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)計手冊》(第三版)第二章第五節(jié)的第二點載明：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線為保護導(dǎo)體，其重要特征是，正常工作時沒有電流流過，故障時才有故障電流流過。

[1]中華人民共和國機械工業(yè)部.GB50052-2009供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范[S].北京: 中國計劃出版社, 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)計規(guī)范[S].北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2008.