《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(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(jìn)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(fù)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(fù)荷中特別重要負(fù)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(fù)荷應(yīng)為一級，特級體育設(shè)施應(yīng)為特別重要負(fù)荷；”“……電氣消防用電設(shè)備負(fù)荷等級應(yīng)為該工程最高負(fù)荷等級；”。除此外，其他消防負(fù)荷尚無定性為一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷，其負(fù)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(fù)荷。

2 一級負(fù)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(fù)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(fù)荷應(yīng)由“雙重電源”供電，當(dāng)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(fù)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(fù)荷。而原95版《供配電》2.0.2條規(guī)定，一級負(fù)荷應(yīng)由“兩個電源”供電；當(dāng)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(fù)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(rèn)為是相互獨立的”。

3.1 認(rèn)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(qiáng)調(diào)“電源相對獨立”。

由此可見，2009版《供配電》對一級負(fù)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(jìn)線，也無法得到嚴(yán)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(yùn)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(yuǎn)，一個電源系統(tǒng)任意一處出現(xiàn)異常運(yùn)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(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(yùn)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(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(yùn)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(yùn)行方式，其雙重電源應(yīng)該具備的 “電源強(qiáng)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(yùn)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(yùn)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(fù)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(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： 由兩個獨立的供電線路向一個用電負(fù)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(yùn)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(kuò)規(guī)范》5.4.2.3款：……住宅小區(qū)二級負(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《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：指由兩個獨立的供電線路向同一個用電負(fù)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(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(fù)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(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”識別負(fù)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(fù)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(fù)荷特性

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(fù)荷在整體上進(jìn)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(fù)荷為一級負(fù)荷，而其他用電設(shè)備性質(zhì)為二級負(fù)荷，則整個區(qū)域的用電負(fù)荷確定為二級負(fù)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(dāng)用電負(fù)荷中一級負(fù)荷所占的數(shù)量和容量都較少時，而二級負(fù)荷所占的數(shù)量和容量較大時，本區(qū)域的負(fù)荷作為一個整體可以認(rèn)為是二級負(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)荷為一級負(fù)荷，而其他用電設(shè)備性質(zhì)為二級負(fù)荷，由于區(qū)域內(nèi)最高負(fù)荷級別為一級負(fù)荷，因此，整個區(qū)域的用電負(fù)荷確定為一級負(fù)荷。

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

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

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

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

由此可見，在確定一個區(qū)域的負(fù)荷特性時，可分別統(tǒng)計特別重要負(fù)荷、一、二、三級負(fù)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(fù)荷供電要求“可一回”變?yōu)椤皯?yīng)兩回”

5.1 二級負(fù)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(fù)荷較小或地區(qū)供電條件困難時，二級負(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，二級負(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，可由一回架空線供電；當(dāng)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(fù)荷”。

相同點：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，二級負(fù)荷可由一回6kV及以上專用的架空線路供電。

不同點：“在負(fù)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(dāng)負(fù)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(dāng)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(fù)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(fù)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(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(fù)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(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)二級負(fù)荷的供電宜采用……環(huán)網(wǎng)方式供電”。

5.3 二級負(fù)荷供電的基本要求是兩回線路

不能以“宜”來曲解對二級負(fù)荷供電系統(tǒng)的基本要求是兩回線路的本意。《供配電》3.0.7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(fù)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(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。”

6 再認(rèn)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(dāng)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(jī)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(fù)荷增設(shè)

《供配電》3.0.3條第1款規(guī)定一級負(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章提到的特級體育場館的應(yīng)急照明為一級負(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)急電源是專為一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)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(fù)荷中特別重要的負(fù)荷，除由兩個電源供電外，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。

7 無功補(bǔ)償

7.1 民用建筑首次提出分散補(bǔ)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(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，對于……整幢的民用建筑物或“其一層”需要進(jìn)行無功補(bǔ)償時，……。

目前，筆者還尚無“民用建筑分散補(bǔ)償無功功率”的工程實例。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(bǔ)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(bǔ)償無功功率參數(shù)來調(diào)節(jié)。目前大部分自動補(bǔ)償裝置的信號只取一相參數(shù)，實際上是按功率因數(shù)補(bǔ)償。根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)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(bǔ)償或負(fù)補(bǔ)償，并且當(dāng)三相不平衡時，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(bǔ)償無功功率”時，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)，其自動補(bǔ)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(dāng)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(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(hù)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(jī)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.