關(guān)于保證駐欠發(fā)達(dá)國家使館電氣系統(tǒng)可靠運(yùn)行的一些做法和思考

張 帆， 李 擘， 韓國慶

(華商國際工程有限公司， 北京 100069)

0 引言

駐外使館作為一類具有特殊意義的海外建筑，既是我國駐外開展一系列外事活動的場所，也是展現(xiàn)一個國家氣質(zhì)與風(fēng)貌的窗口。

受我國外交部的委托，筆者所在單位承擔(dān)了某駐外使館的設(shè)計，該館地處中亞地區(qū)國家，早期為獨(dú)聯(lián)體國家，屬于經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)。該國的設(shè)計規(guī)范相對落后，大概相當(dāng)于我國80年代中后期的水平。由于經(jīng)濟(jì)原因，當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)發(fā)展緩慢，主要靠水利發(fā)電或從鄰國進(jìn)口電力供應(yīng)。在干旱季節(jié)，政府基于無法為水利發(fā)電提供足夠水源且資金不足以從鄰國購進(jìn)足夠電能的情形，時常采取限電措施。電力供應(yīng)緊張、供配電設(shè)施陳舊、線路老化質(zhì)量差、管理水平低是導(dǎo)致當(dāng)?shù)仉娫促|(zhì)量不穩(wěn)定、經(jīng)常停電、供電可靠性較差的主要原因，這也是經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)國家電網(wǎng)存在的普遍現(xiàn)象。因此，在外電源可靠性較差的情況下，如何保證使館的供電可靠性，是設(shè)計人員在電氣設(shè)計中必須要解決的問題，也是保證使館整個電氣系統(tǒng)得以可靠運(yùn)行的前提。

1 設(shè)計依據(jù)的確定

確定正確、恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計依據(jù)是做好設(shè)計的基礎(chǔ)。經(jīng)過實(shí)地調(diào)研和各種情況分析，最終該使館確定按我國國內(nèi)現(xiàn)行設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計。

為保證使館的日常運(yùn)轉(zhuǎn)，駐外使館的電氣系統(tǒng)主要有三類系統(tǒng)構(gòu)成：(1)照明系統(tǒng)及與供暖、空調(diào)、通風(fēng)、給排水系統(tǒng)相配套的供配電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。(2)通訊系統(tǒng)及計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、電視與廣播系統(tǒng)。(3)安全防范系統(tǒng)、火災(zāi)報警與消防聯(lián)動系統(tǒng)。

由于目前國內(nèi)尚未有針對使館建筑的電氣設(shè)計規(guī)范，因此本項目參考選用的設(shè)計規(guī)范和設(shè)計依據(jù)主要有：JGJ 16-2008《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》(以下簡稱“《民規(guī)》”)、GB 50054-2011《低壓配電設(shè)計規(guī)范》、GB 50052-2009《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》、JGJ 242-2011《住宅建筑電氣設(shè)計規(guī)范》、GB 50116-2013《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》、GB 50348-2004《安全防范工程技術(shù)規(guī)范》、GB 50311-2007《綜合布線系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)范》,GB 50016-2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》及外交部提供的《新建館舍工程設(shè)計任務(wù)書》。

2 可靠的供配電系統(tǒng)

2.1 負(fù)荷分級及供電要求

根據(jù)《民規(guī)》，駐外使館的用電負(fù)荷中應(yīng)確定為一級負(fù)荷的包括：通訊系統(tǒng)和計算機(jī)系統(tǒng)；安全防范系統(tǒng)(包括電視監(jiān)控系統(tǒng)、安檢裝置、入侵報警系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)等)；火災(zāi)自動報警及消防聯(lián)動系統(tǒng)；應(yīng)急照明、疏散指示標(biāo)志燈、誘導(dǎo)燈、疏散廣播等；簽證廳照明、機(jī)要室照明、插座及其設(shè)備用電。生活水泵和對外辦公區(qū)的餐廳及廚房用電屬于二級負(fù)荷。而一般照明、空調(diào)機(jī)和供暖電熱鍋爐的用電屬于三級負(fù)荷。

另外，《民規(guī)》規(guī)定，一級負(fù)荷應(yīng)由兩路電源供電，當(dāng)一路電源發(fā)生故障時，另一路電源不應(yīng)同時受到損壞。而由于該使館接入的兩路電源可靠性較差，有可能發(fā)生兩路電源同時停電的情況，因此在該使館供電系統(tǒng)設(shè)計上配備了柴油發(fā)電機(jī)組作為應(yīng)急電源。

2.2 供電系統(tǒng)的主結(jié)線及變壓器運(yùn)行方式

由于當(dāng)?shù)毓╇姉l件所限，該使館的兩路10kV電源只能就近由同一變電站內(nèi)的兩臺變壓器引出，一路為專線，另一路是非專線。電源頻率為50Hz，經(jīng)高壓電纜穿管埋地接入辦公樓地下層的主變配電室，主變配電室內(nèi)裝有兩臺500kVA干式變壓器。平時由兩路電源同時受電，兩臺變壓器單獨(dú)運(yùn)行。

另外，從高壓母線側(cè)還引出一路高壓電纜至鍋爐房附近的箱式變電站，用1臺1 250kVA干式變壓器為電熱鍋爐供電。當(dāng)兩路電源中有一路電源停止供電時，手動投入高壓母聯(lián)開關(guān)，由一路電源承擔(dān)全部負(fù)荷。母聯(lián)開關(guān)與受電開關(guān)帶有互鎖裝置。這種兩路同時供電方式，要求每條供電線路的截面均應(yīng)具有承擔(dān)全部負(fù)荷的能力。當(dāng)然，由一路電源供電時,線路損耗會略高于雙路電源同時供電。

變壓器低壓側(cè)采取單母線分段運(yùn)行的方式，中間設(shè)有母聯(lián)開關(guān)。當(dāng)兩臺變壓器中的任一臺因故退出運(yùn)行時，可借助母聯(lián)開關(guān)將其低壓側(cè)的負(fù)荷接于仍在運(yùn)行的變壓器低壓側(cè)，但此時應(yīng)切除部分次要負(fù)荷，保證一級、二級負(fù)荷的供電，以免一直在供電的變壓器因超載而受損，此操作是通過失壓脫扣的方式完成的。

本設(shè)計中兩臺500kVA變壓器的選型是按照可以并列運(yùn)行考慮的，雖然目前變壓器分列運(yùn)行可以滿足使館用電現(xiàn)狀的需求，但并列運(yùn)行的方式可以為使館將來用電擴(kuò)容提供條件。

2.3 在電力供應(yīng)緊張的情況下保證供電可靠性

在經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的國家和地區(qū)，對于一般類型的建筑，為一級負(fù)荷供電的雙路電源同時故障或停電的情況是可以不考慮的。但對于處在經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)國家的使館而言，要確保供電的可靠性，必須考慮到更多不利的情況。

如前所述，由于當(dāng)?shù)貢r常有限電、停電的情況，所以即使接入了兩路電源供電也難以保證使館的正常運(yùn)行。因此在設(shè)計上配備了柴油發(fā)電機(jī)組，平時作為生活水泵、廚房、食堂用電、辦公區(qū)域的插座照明及安防監(jiān)控系統(tǒng)等設(shè)備的備用電源，緊急狀態(tài)下作為消防、安防及各重要場所應(yīng)急照明的應(yīng)急電源。圖1為該使館原設(shè)計供電系統(tǒng)的主接線圖。

圖1 原供電系統(tǒng)主接線圖

使館建成后，根據(jù)使用方的反饋意見，由于當(dāng)?shù)卦诟珊导竟?jié)，兩路電源同時停電的情況較頻繁，原來的一臺發(fā)電機(jī)組容量較小，不能滿足使館在停電或限電時作為備用電源的需要，因此建議設(shè)計方優(yōu)化原有供電系統(tǒng)，增大發(fā)電機(jī)組容量。而根據(jù)GB 50052-2009《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》第3.0.9條的規(guī)定，備用電源的負(fù)荷不能接入應(yīng)急供電系統(tǒng)。因此，在修改設(shè)計時，為保證應(yīng)急供電系統(tǒng)的獨(dú)立性，并滿足操作方便、經(jīng)濟(jì)合理的要求，在原供電系統(tǒng)的基礎(chǔ)上又增加了一臺發(fā)電機(jī)組，作為日常停電時保證使館正常工作用電的備用電源，并使發(fā)電機(jī)組的容量與使館該部分負(fù)荷的容量相匹配；在回路配置上也做到了當(dāng)負(fù)荷較小時只啟動一臺發(fā)電機(jī)組，而無需兩臺同時啟動。這樣既做到了功能明確、使用靈活，又可以實(shí)現(xiàn)互為備用。對原供電系統(tǒng)的修改如圖2所示。

圖2 修改后的供電系統(tǒng)主接線圖

圖2中，將低壓母線分為4段，1#變壓器接M1段，2#變壓器接M2段，備用電源發(fā)電機(jī)組接M3段，應(yīng)急電源發(fā)電機(jī)組接M4段。M1段、M2段下接三級負(fù)荷，二級負(fù)荷由母線M3及M2段引來的雙路互投電源供電，一級負(fù)荷由母線M3及M4段引來的雙路互投電源供電，并配有不間斷電源UPS。一旦發(fā)生兩路電源同時停電的情況，可以按照預(yù)定的程序，自行啟動備用電源或應(yīng)急電源發(fā)電機(jī)組，在15s內(nèi)恢復(fù)對一、二級負(fù)荷的供電，也可以根據(jù)需要進(jìn)行人工切換為需要供電的負(fù)荷供電。

2.4 關(guān)于電能質(zhì)量的問題

穩(wěn)定的電源頻率、合格的電壓水平是評價電能質(zhì)量的主要指標(biāo)。如果沒有特殊原因，外電源的頻率一般是正常的，而供電線路上的電壓降則是影響電壓水平的主要原因。要使電壓波動不超過規(guī)定的范圍，就要最大限度地減小線路上的電能損耗，尤其是要提高功率因數(shù)、減少無功電流造成的損耗。所以，在恰當(dāng)選擇導(dǎo)線截面的同時，必須進(jìn)行必要的無功補(bǔ)償。

關(guān)于諧波污染和是否需要采取諧波抑制措施的問題，筆者所在的設(shè)計方對使館目前要安裝的能產(chǎn)生諧波的各非線性電氣設(shè)備進(jìn)行了分析，這些非線性負(fù)荷按其性質(zhì)，屬于較高頻次，可以判定不會出現(xiàn)較大的諧波問題，也不會對電網(wǎng)造成諧波污染。所以，設(shè)計方認(rèn)為目前沒有必要采取專門的諧波抑制措施。

2.5 關(guān)于電能計量數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳的要求

考慮使館安全，要求外部人員不能進(jìn)入館區(qū)，如果將電能計量儀表安裝在位于辦公樓地下室內(nèi)的高壓受電柜上，會給城市供電部門查驗電能儀表、收取電費(fèi)帶來不便。為此設(shè)計方將電能計量儀表設(shè)在了主入口的門衛(wèi)室內(nèi)，并采用了專門的電能計量數(shù)據(jù)檢測遠(yuǎn)傳裝置。該裝置可將采集到的電能計量數(shù)據(jù)傳送到門衛(wèi)室內(nèi)的儀表屏上。

3 對通訊及安防系統(tǒng)設(shè)計的一些要求

使館工作的正常運(yùn)轉(zhuǎn)離不開安全可靠的通訊及安防系統(tǒng)作保障，所以在使館設(shè)計中對通訊及安防系統(tǒng)的保密要求也是十分嚴(yán)格的。

使館內(nèi)設(shè)有內(nèi)部電話和外線電話，以及衛(wèi)星專線電話。外線電話由當(dāng)?shù)仉娦殴窘?jīng)中繼線引入，其機(jī)密性較差。因此在系統(tǒng)構(gòu)成上，必須將內(nèi)部電話與外線電話嚴(yán)格分開，各自獨(dú)立。二者在線路敷設(shè)上也要有一定間距，以防止技術(shù)竊密。

使館內(nèi)的計算機(jī)系統(tǒng)有著與通訊系統(tǒng)同樣的保密要求。館內(nèi)的局域網(wǎng)采用結(jié)構(gòu)化綜合布線，各辦公室設(shè)信息終端，服務(wù)器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備設(shè)在通訊機(jī)房內(nèi)。使館內(nèi)還接入了當(dāng)?shù)鼗ヂ?lián)網(wǎng)，接入互聯(lián)網(wǎng)的計算機(jī)嚴(yán)禁存儲保密信息，并且要求與館內(nèi)局域網(wǎng)有隔離措施。

對機(jī)要室電氣設(shè)計的核心要求是，要保證機(jī)要室內(nèi)各個系統(tǒng)的各項功能不受干擾和內(nèi)部信息不會泄漏。設(shè)計內(nèi)容包括：照明系統(tǒng)、防雷與接地系統(tǒng)、消防自動報警系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、綜合布線系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、屏蔽殼體的相關(guān)設(shè)施配置等。基于保密要求，機(jī)要室內(nèi)的設(shè)備是由國內(nèi)其他相關(guān)公司另行配置的。

由于當(dāng)?shù)氐陌踩珷顩r較差，我國外交部將筆者所在單位設(shè)計的該使館列為安防重點(diǎn)館，因此對安防所采取的措施要求較高，分為實(shí)體防范和技術(shù)防范兩部分。實(shí)體防范措施主要是指增強(qiáng)實(shí)體的抗暴和抗沖擊能力，而技術(shù)防范措施對電氣設(shè)計的要求主要包括：利用現(xiàn)代傳感技術(shù)和電視監(jiān)控技術(shù)等手段在使館的周界、庭院、辦公樓、官邸等各重要部位設(shè)置入侵報警、電視監(jiān)控及出入控制系統(tǒng)等裝置。在該使館內(nèi)還設(shè)有地下避難室，其內(nèi)應(yīng)裝有備用電源和通訊設(shè)備。

4 設(shè)備選型及系統(tǒng)設(shè)計的基本原則

駐外使館地處各個不同國家，由于當(dāng)?shù)氐陌踩珷顩r和維修能力不盡相同，一旦發(fā)生設(shè)備故障，有時難以得到及時有效的維修處理。另外，出于安全和保密的需要，不便引入外部人員進(jìn)行維修。而地處經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)國家的駐外使館，由于當(dāng)?shù)氐墓I(yè)一般比較落后，在設(shè)備選型和維修更新方面就更有一定的局限性。因此，在電氣設(shè)備材料選擇上應(yīng)優(yōu)先采用國內(nèi)或國際知名品牌的產(chǎn)品。

結(jié)構(gòu)牢固、可靠耐用、操作方便、易于維修的產(chǎn)品是駐外使館電氣設(shè)備選型的基本原則。由于使館內(nèi)的維修、操作人員很少，日常維護(hù)檢修的力量較弱，所以還要求各種設(shè)備和系統(tǒng)應(yīng)有較強(qiáng)的自動控制功能和自我保護(hù)功能。

如該使館的空調(diào)設(shè)備沒有選用大型的中央空調(diào)系統(tǒng)，而是在對外辦公區(qū)及大使官邸采用VRV模塊式變頻空調(diào)機(jī)，在其他場所及館員宿舍采用分體空調(diào)，這都是為了便于維護(hù)和更換。而冬季采暖系統(tǒng)采用的是真空熱水機(jī)組，主機(jī)為負(fù)壓運(yùn)行，不屬于壓力容器，并自帶三重安全保護(hù)裝置。

由于使館情況的特殊性，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時，一般不需要也不允許當(dāng)?shù)叵狸犨M(jìn)入，所以為了確保使館及館內(nèi)工作人員的安全，在消防設(shè)計上也必須立足自救。因此，設(shè)計中采取的措施是：按照建筑設(shè)計防火規(guī)范的要求，設(shè)計好防火分區(qū)，選擇符合標(biāo)準(zhǔn)的各類消防設(shè)施及耐火材料，科學(xué)合理布置報警及滅火裝置，配置完備的消防聯(lián)動控制系統(tǒng)和聯(lián)動裝置，并保證有足夠的消防水壓和水流量，以及充足的消防用水儲量。

5 結(jié)束語