改進(jìn)博物館文物的基礎(chǔ)保障系統(tǒng)運行方式

◎伍林芳

隨著我國博物館事業(yè)的蓬勃發(fā)展，新技術(shù)、新設(shè)備不斷在實踐中得到運用。2022年，為深入貫徹落實習(xí)近平總書記關(guān)于文物保護(hù)和文物安全工作的重要指示批示精神，國家文物局制定出臺了《文物安全防控“十四五”專項規(guī)劃》，指出要把確保文物安全放在首要位置，堅持預(yù)防為主、源頭治理，強(qiáng)化文物安全責(zé)任，加強(qiáng)安全設(shè)施建設(shè)，全面增強(qiáng)安全預(yù)警和防控能力，通過壓實文物安全責(zé)任、實施安全風(fēng)險評估、完善文物安全制度標(biāo)準(zhǔn)、加強(qiáng)安全防護(hù)工程建設(shè)、建立健全防災(zāi)減災(zāi)體系等方式，提升安全管理水平，筑牢文物安全底線。

文物保護(hù)工作不僅包括對文物本體的保管與修復(fù)，還包括對文物的預(yù)防性保護(hù)，以及為文物提供適宜、安全的保存環(huán)境。在此過程中，基礎(chǔ)設(shè)施正常運行非常重要，這對博物館基礎(chǔ)保障系統(tǒng)中的建筑電氣設(shè)計、施工、運行提出了新的要求。本文以在文物安全體系建設(shè)中改善電氣系統(tǒng)的運行方式為例探索博物館基礎(chǔ)保障系統(tǒng)中目前仍存在的一些易被忽視或不易被發(fā)現(xiàn)的安全隱患和亟待改善之處。

■雙重電源運行方式中易被忽視的問題

雙重電源是指由不同電網(wǎng)提供的電源，或是雖來自同一電網(wǎng)但相互之間運行基本互不聯(lián)系或相互之間電氣距離較遠(yuǎn)，當(dāng)一個電源出現(xiàn)故障時，另一個電源仍能正常供電。

《博物館建筑設(shè)計規(guī)范》（JGJ 66-2015）規(guī)定：博物館建筑的供配電設(shè)計應(yīng)按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（GB 50052）的規(guī)定執(zhí)行，并且供電電源應(yīng)符合以下規(guī)定：特大型、大型及高層博物館建筑應(yīng)按一級負(fù)荷要求供電，其中重要設(shè)備及部位用電應(yīng)按一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷的要求供電；大中型、中型及小型博物館建筑的重要設(shè)備及部位用電負(fù)荷應(yīng)按不低于二級負(fù)荷要求供電。因此，特大型、大型博物館的10kV高壓進(jìn)線采用雙重電源供電；消防、安防、電子信息系統(tǒng)、珍貴文物庫房、展廳、電梯、設(shè)備機(jī)房及通道照明等一級負(fù)荷采用0.4kV雙重電源供電；而消防、安防為一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷，除采用雙重電源供電外還增設(shè)了第三電源UPS，消防應(yīng)急照明多采用EPS電源；有恒溫恒濕要求的藏品庫房、陳列展覽區(qū)的空調(diào)用電負(fù)荷的可靠性要求也較高，一旦斷電將給藏品庫房、陳列展覽區(qū)等的藏品造成不利影響，故此類區(qū)域用電負(fù)荷不應(yīng)低于二級負(fù)荷，應(yīng)采用0.4kV雙重電源供電?？傊?，雙重電源的供電方式在博物館中被大量采用，但在實際的運行管理中，其運行方式的合理性、安全性經(jīng)常被忽視，存在一定安全隱患。

高壓進(jìn)線部分加裝機(jī)械聯(lián)鎖裝置

目前，高壓進(jìn)線開關(guān)加裝機(jī)械聯(lián)鎖裝置存在的問題是：兩路電源采用全供全備方式，主備供進(jìn)線開關(guān)加裝機(jī)械聯(lián)鎖裝置，在運行中，其弊端為一路電源停電或故障后，另一路電源投入運行需要人工現(xiàn)場進(jìn)行倒閘操作。操作人員按供電運行操作規(guī)程進(jìn)行規(guī)范操作，一般需要15分鐘左右，此時間段勢必會造成全博物館停電，影響范圍大，除了會給觀眾帶來不必要的恐慌之外，也會給文物安全造成一定威脅。

為了提高供電的安全性和可靠性，應(yīng)充分利用現(xiàn)有電力網(wǎng)的先進(jìn)性，對機(jī)械互鎖方式供電進(jìn)行相應(yīng)改造，即取消兩路電源的機(jī)械聯(lián)鎖，加裝備用電源自投裝置，實現(xiàn)兩路進(jìn)線自動備投。這樣一來，工作電源線路停電時就能跳開工作電源自動投入備用電源，投入時間可調(diào)（1—60秒），延長投入時間即可避開系統(tǒng)閃絡(luò)現(xiàn)象；另外，還需要注意，不同生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品工作原理存在差異，在改造選型時要根據(jù)自身供電系統(tǒng)的特性選用更符合實際需求的備自投產(chǎn)品，以免造成接線復(fù)雜或需再新增其他設(shè)備才能完成改造的情況。

變壓器運行方式中停用一臺變壓器

在實際使用過程中，一些運行管理人員未能深入了解雙重電源的作用，或是施工設(shè)計圖中未具體說明投運后的運行方式，認(rèn)為只要一臺變壓器就能帶動所有使用負(fù)荷，能滿足使用需求，不超載運行就能長期停用另一臺變壓器并將其作為備用；這一過程通過操作低壓側(cè)母聯(lián)開關(guān)合閘就能實現(xiàn)，還能節(jié)省運行成本。然而，采用這種運行方式會違背設(shè)計初衷，使雙電源變成單電源，使供電的可靠性降低，一旦斷電，將會給藏品等造成不利影響。另外，博物館的防火要求較高，現(xiàn)在一般會使用干式變壓器。而干式變壓器不宜長期停運，應(yīng)定期充電和啟動風(fēng)冷裝置，以防其絕緣受潮，影響變壓器的運行壽命。

變壓器運行方式中變壓器并列運行

變壓器并列運行是指將兩臺或兩臺以上變壓器的高壓側(cè)及低壓側(cè)極性相同的接線端子間分別進(jìn)行連接的一種運行方式。

變壓器并列運行的條件：一是接線組別相同；二是變比相同（允許有不超過±0.5%的差值）；三是短路電壓相等（允許有不超過±10%的差值）。并列運行要符合上述三個條件，同時，變壓器的容量之比一般不宜超過3∶1。

變比相同是為了確保變壓器空載時繞組內(nèi)不會有環(huán)流產(chǎn)生；短路電壓相等是為了確保負(fù)荷分配與變壓器容量成正比。同時，考慮到容量不同的變壓器短路電壓值不相同，容量小的變壓器短路電壓小，因此對容量之比有一定的要求。

變壓器并列運行的目的有二。第一，經(jīng)濟(jì)節(jié)能。當(dāng)一臺變壓器的容量不能滿足負(fù)荷增加的需求時，可以并列投入另一臺；當(dāng)用電負(fù)荷減少到只需一臺變壓器供電時，可以將另一臺退出運行。這種方式減少了變壓器自身的運行損耗，能達(dá)到經(jīng)濟(jì)節(jié)能的目的。第二，使供電可靠性提升。當(dāng)兩臺變壓器并列運行時其中一臺出現(xiàn)故障，快速將其解除運行，剩下的變壓器即可正常工作；或者維護(hù)檢修一臺變壓器，其他變壓器可以不受影響，正常運行，這能使停電范圍變小。

雙重電源的兩路進(jìn)線采用單母線分段供電運行方式時，從電氣連鎖中保證了變壓器不能采用并列運行。但雙重電源的兩路電源也可一用一備，采用單母線并列運行方式；當(dāng)變壓器滿足上述并列運行條件時，可采用并列運行方式。一般合理的運行是一大一小，平時用大變壓器，功率不夠時，小變壓器投入運行；負(fù)荷小時只投入小變壓器。對于明顯的季節(jié)性用電負(fù)荷，可以依據(jù)負(fù)荷大小投切并列運行的變壓器數(shù)量，通過減少變壓器自身的損耗，達(dá)到節(jié)約用電、經(jīng)濟(jì)運行的目的。雖然滿足了并列運行的各個條件，但是由于變壓器制造中總是存在差異，變壓器的各項參數(shù)無法完全一致，因此會在并列變壓器之間存在環(huán)流，而環(huán)流也將占用變壓器的容量，使得并列后變壓器總出力小于變壓器銘牌容量之和；如果并列運行的變壓器參數(shù)匹配不夠嚴(yán)格，就會造成系統(tǒng)損耗較大，在極端情況下甚至可能提高故障概率。鑒于博物館的特殊性，當(dāng)冷水機(jī)組（包括其附屬設(shè)備）等季節(jié)性負(fù)荷為二級負(fù)荷時，可由一臺專用變壓器供電。總之，博物館高低壓配電室的變壓器不建議并列運行，最好采用低壓母線解列運行方式。

0.4kV雙重電源轉(zhuǎn)換開關(guān)選用三極開關(guān)，上下級開關(guān)不匹配

目前，博物館的供電系統(tǒng)大多采用TN-S系統(tǒng)，按《民用建筑電氣設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB 51348-2019）執(zhí)行：三相四線制系統(tǒng)中使用四極開關(guān)時，具有轉(zhuǎn)換功能的開關(guān)必須控制所有帶電導(dǎo)體，并且所連接電源不能有并聯(lián)情況發(fā)生；TN-C-S、TN-S系統(tǒng)中的電源轉(zhuǎn)換開關(guān)，必須使用四級開關(guān)且能切斷連接的所有導(dǎo)體；當(dāng)使用隔離開關(guān)型自動轉(zhuǎn)換開關(guān)時，其額定電流必須大于回路計算電流的125%，并且必須要能耐受回路的預(yù)期短路電流。

但是在實際應(yīng)用中常采用三極和四極兩種形式的0.4kV雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)，與其配套使用的上級開關(guān)也有三極和四極兩種形式。同時還存在雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)的極數(shù)與上級斷路器極數(shù)不匹配的問題，如選用四極雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)但上級斷路器卻是三極；選用三極雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)但上級斷路器是四極。另外，斷路器的整定值與雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)的額定電流不匹配，如斷路器的整定值為100A、50A，雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)的額定電流值為20A。同時，要注意與斷路器連接的電纜，看電纜的實際載流量與斷路器的整定值是否相匹配，如截面積為16m2的電纜所配斷路器的整定值可能有80A、50A、40A等。另外，還有一些不符合規(guī)范或要求的問題存在，如末端雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)的自動轉(zhuǎn)換二次控制回路中的運行指示燈等二次回路設(shè)備零線共用；當(dāng)配電室等上級各出線回路上裝有電氣火災(zāi)監(jiān)控裝置或出線斷路器上裝有漏電報警裝置時，漏電報警會影響正常供電。

針對以上問題的改進(jìn)措施：把末端三極雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)全部改為四極開關(guān)，同時為了后期維護(hù)管理，在滿足其額定電流大于回路計算電流的125%的基礎(chǔ)上能統(tǒng)一選用同一規(guī)格的均要統(tǒng)一；對斷路器的整定值大于電纜載流量的進(jìn)行調(diào)整，使之與實際敷設(shè)電纜的載流量（按敷設(shè)環(huán)境因素修正）及實際負(fù)荷大小相匹配；按規(guī)范要求，有雙電源切換要求的系統(tǒng)必須選用四極斷路器，以滿足系統(tǒng)的維護(hù)、測試和檢修時的隔離需要，把上級配電室出線斷路器由三極改為四極；末端雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)的二次回路設(shè)備零線按不同回路分別接線，以避免零線共用，同時加大末端雙電源轉(zhuǎn)換箱體尺寸，避免后期運行時因檢修空間過小而無法檢修。

■恒溫恒濕設(shè)備配電運行方式中易被忽視的問題

隨著文物保護(hù)意識的增強(qiáng)、技術(shù)的進(jìn)步和館藏文物保存環(huán)境質(zhì)量檢測技術(shù)規(guī)范及其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的實施，在展廳、庫區(qū)安裝使用恒溫恒濕機(jī)逐漸常態(tài)化，其有效性、安全性應(yīng)引起重視。

展柜恒溫恒濕設(shè)備電源與照明電源共回路

在博物館基建時期，一般按舒適型標(biāo)準(zhǔn)來完成博物館展廳的環(huán)境設(shè)計施工，但是這種環(huán)境的溫濕度控制往往達(dá)不到文物對保存環(huán)境的要求，因此在展廳或展柜中使用恒溫恒濕機(jī)成為最常見的微環(huán)境控制手段。

后期在展柜中單獨加裝恒溫恒濕機(jī)會受到各種條件的限制，對于設(shè)計時就有恒溫恒濕電源的展柜需考慮原展柜電源的承載能力；對于舊博物館中的一般展柜而言，其電源一般是按照明負(fù)荷設(shè)計的，一條電源回路為多個展柜提供照明，恒溫恒濕機(jī)功率雖然不大卻是動力負(fù)荷，照明與動力負(fù)荷采用同一回路供電容易在設(shè)備啟動時相互影響，嚴(yán)重時還會因超載引起跳閘，存在線路過載的安全隱患。另外鑒于文物保護(hù)及節(jié)能需求，展示照明回路會在閉館時統(tǒng)一關(guān)閉，而保證展柜微環(huán)境穩(wěn)定的恒溫恒濕機(jī)需要全天24小時連續(xù)運轉(zhuǎn)，閉館后展柜的恒溫恒濕機(jī)斷電停止工作，會使展柜內(nèi)的溫濕度出現(xiàn)波動，長此以往會對藏品造成嚴(yán)重的損壞。

藏品庫房內(nèi)恒溫恒濕設(shè)備電源與照明電源共回路

隨著藏品保護(hù)意識的提升，庫房的現(xiàn)代化水平也不斷提高，因此要從改善博物館文物藏品的保存環(huán)境入手，提升文物藏品保存環(huán)境監(jiān)測、微環(huán)境控制、分析檢測等能力，完善庫房設(shè)施設(shè)備，在藏品庫房中加裝恒溫恒濕機(jī)。按《博物館建筑設(shè)計規(guī)范》（JGJ 66-2015）中10.4.6，藏品庫房的電源開關(guān)應(yīng)統(tǒng)一安裝在藏品庫區(qū)的藏品庫房總門之外，并設(shè)置防剩余電流的安全保護(hù)裝置。只有這樣，才能方便藏品庫電源的有效管理，并且能從庫房外切斷電源，保障用電安全。因此，一般庫房內(nèi)無動力電源，如加裝的恒溫恒濕機(jī)供電電源采用藏品庫房原有照明電源同樣存在電源不能滿足使用需求的情況，故需要按規(guī)范對供電線路進(jìn)行改造。

有恒溫恒濕要求的博物館藏品庫房、陳列展區(qū)空調(diào)用電負(fù)荷應(yīng)該按不低于二級負(fù)荷的要求供電，二級負(fù)荷的供電系統(tǒng)宜由兩回線路供電，因此無恒溫恒濕電源的展廳和藏品庫房需要按照規(guī)范要求對供電線路進(jìn)行改造。

從配電室單獨敷設(shè)兩路電源通過雙電源轉(zhuǎn)換箱為展廳展柜或藏品庫房提供單獨的恒溫恒濕供電回路時，應(yīng)該對供電回路設(shè)置防剩余電流的安全保護(hù)裝置。一是供電回路可以選用合適的漏電斷路器進(jìn)行保護(hù)，當(dāng)漏電電流超過預(yù)定值時，自動切斷電源；二是在供電回路上加裝電氣火災(zāi)監(jiān)控裝置，對監(jiān)測部位的電流、電壓、溫度、剩余電流、故障電弧等進(jìn)行實時在線監(jiān)測和超前預(yù)警預(yù)報，用以預(yù)判線路絕緣老化問題，做到防患于未然，盡早發(fā)現(xiàn)電氣安全隱患，并將隱患消滅在萌芽狀態(tài)。

綜上所述，文物安全，防勝于救。從近年來的文物消防安全統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出，文物博物館發(fā)生火災(zāi)的原因以電氣故障為主。文物不同于一般物資，一旦發(fā)生火災(zāi)，即使及時撲滅，也會給文物帶來不可逆的損壞，同時還會伴隨著巨大的生命財產(chǎn)損失以及巨大的社會負(fù)面影響。因此，要對博物館基礎(chǔ)保障系統(tǒng)運行方式進(jìn)行認(rèn)真的研究和分析，明確哪種運行方式是正常的，目前還存在哪些異常，以便對存在的安全隱患提前做出科學(xué)預(yù)判，真正做到防患于未然。