駐外機構建筑配電系統(tǒng)設計要點

張 力

(北京市建筑設計研究院有限公司，北京 100045)

0 引言

隨著我國對外交往的增加，我國駐海外機構越來越多，不同于國內(nèi)建筑，駐外機構建筑的電氣設計有其自身特點。本文通過總結(jié)駐外機構建筑配電系統(tǒng)設計要點，為行業(yè)人員提供一些同類型建筑的設計參考。

1 駐外機構建筑特點

駐外機構一般指我國國家機關、企事業(yè)單位、國內(nèi)企業(yè)在國外建立的分支機構，駐外機構建筑種類很多，在本文中指由駐外機構在國外購置土地或擁有土地長期使用權后新建或改建的建筑，建筑的產(chǎn)權(或長期使用權)歸駐外機構所有，建筑的服務對象是駐外機構的工作人員及家屬。此類駐外機構建筑通常是一個院區(qū)，院內(nèi)有業(yè)務用房、辦公用房、宿舍、廚房、餐廳、后勤用房、設備機房、值班室、休閑健身場地等。在這樣一個相對獨立的院區(qū)，可以滿足駐外機構辦公、業(yè)務、生活的需要，提供安全、便利的工作和生活條件。

此類駐外機構建筑的特點是：建筑設計采用國內(nèi)標準、施工全部或部分由國內(nèi)單位完成；工程所需材料和設備全部或部分由國內(nèi)提供；院區(qū)內(nèi)一般分為生活區(qū)和工作區(qū)兩部分，物業(yè)管理由駐外機構自行管理或部分物業(yè)管理由當?shù)胤展境邪?；建筑的使用人員和管理人員流動性大，不定期變化。

2 駐外機構建筑電氣設計特點

2.1 因地制宜

自然環(huán)境條件是在境外建筑工程設計的重要設計條件，主要包括地理及氣象、生物資料等，掌握這些資料有助于設計人員確定防雷等級、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)、電氣設備選型、電氣裝置抗震設計、衛(wèi)星天線定位、變電所定位等內(nèi)容。

2.2 為客戶定制

駐外機構的主營業(yè)務不同、需求各異，需要設計人根據(jù)不同需求體現(xiàn)不同的建筑功能。針對物業(yè)管理形式，應事先要求外方提出詳細設備樣本及設計要求。針對設備選型，應符合當?shù)匾?，在業(yè)主允許時，需要后期維護的設備優(yōu)先選用當?shù)厥袌龅闹髁鳟a(chǎn)品。

2.3 配電系統(tǒng)與當?shù)仉娏ο到y(tǒng)的對接

不同配電系統(tǒng)的對接是駐外機構建筑電氣設計的重要內(nèi)容。在設計前期應收集當?shù)卦O計規(guī)范、產(chǎn)品標準、安裝規(guī)范，了解當?shù)匾?guī)范與IEC規(guī)范的關系，以及與我國規(guī)范的異同點。與所在國當?shù)毓╇姽窘涣鲿r，可以就當?shù)匾蠛鸵恍┚唧w做法充分交換意見，特別是要確認電源電能質(zhì)量是否滿足用電設備要求，如果不滿足可以向供電公司提出用戶需求，當供電公司無法滿足我方需求時，電氣設計需采用相應的措施提高電能質(zhì)量。

2.4 設計文件

設計文件需滿足當?shù)氐墓こ坦芾硪?guī)定，一般要求翻譯成英文或所在國文字。由于是境外工程，參與方有業(yè)主、施工方、廠家、當?shù)卣?、市政公司等，涉及中、外大量協(xié)作單位，各類工程文檔的管理尤為重要。應建立完善的收發(fā)文制度，對文件的格式、簽收、簽發(fā)、抄送、存檔等分門別類地規(guī)定，做到工程的各階段都要有完整的記錄，所有問題都可追溯。

3 配電系統(tǒng)設計要點

3.1 負荷分級及負荷計算

負荷分級和負荷計算是確定外電源的設計依據(jù)。駐外機構建筑的用電負荷分級按國內(nèi)規(guī)范執(zhí)行，部分駐外機構(如國家駐外使領館、國家駐外文化機構、駐外企業(yè)地區(qū)中心總部)規(guī)范中沒有明確分級，應根據(jù)駐外機構建筑性質(zhì)參照規(guī)范，結(jié)合業(yè)主使用要求及當?shù)卦O計規(guī)范，確定負荷分級，并提交業(yè)主確認。

負荷計算是確定變壓器容量的依據(jù)，主要分三部分內(nèi)容，一是平時的平均負荷計算，二是平時的最大負荷計算，三是二類及以上重要負荷計算。在負荷計算時，需要系數(shù)、同時系數(shù)應根據(jù)當?shù)貧夂驐l件、設備使用習慣確定，不可完全照搬國內(nèi)設計習慣。例如，國外某些炎熱地區(qū)，當?shù)乜照{(diào)均滿載運行，空調(diào)機組需要系數(shù)0.8(按國內(nèi)經(jīng)驗)就不滿足當?shù)厥褂靡?，有可能會造成開關跳閘、變壓器過負荷等問題。

3.2 變壓器負荷率

選擇變壓器容量時要考慮的因素：一是單臺變壓器容量在事故情況下要滿足全部二級及以上負荷的需要；二是滿足平時最大負荷的需要；三是要節(jié)能運行；四是變壓器容量留有一定發(fā)展裕量。

JGJ 16-2008《民用建筑電氣設計規(guī)范》規(guī)定“配電變壓器的長期工作負載率不宜大于85%”，DB 11 687-2015 《公共建筑節(jié)能設計標準》規(guī)定“變壓器負荷率設計值宜在60%～80%”，文獻[5]規(guī)定“變壓器的經(jīng)常性負載應以在變壓器額定容量的60%為宜。”IEC 60364-8-1規(guī)定變壓器在鐵損和銅損相等時，相當于變壓器容量的40%～65%效率最高。

綜合上述規(guī)范要求，平時的變壓器平均負載率宜為50%～75%，由于國外變壓器報裝的費用及電費一般比國內(nèi)高很多，往往當?shù)氐淖儔浩髫摵陕时葒鴥?nèi)高，因此變壓器的發(fā)展裕量應征求業(yè)主意見，綜合考慮。

3.3 高低壓配電系統(tǒng)

3.3.1 電源條件

電源條件是電氣設計的基礎性條件，設計初期由設計方根據(jù)工程的負荷分級及負荷容量向供電公司提出供電電源申請，供電公司批復的電源電壓等級和電源數(shù)量又是電氣設計人員的設計依據(jù)，決定高低壓系統(tǒng)主接線方式。

按JGJ 16-2008《民用建筑電氣設計規(guī)范》規(guī)定，“當用電設備總?cè)萘吭?50kW及以上或變壓器容量在160kVA及以上時，宜以10(6)kV供電；當用電設備總?cè)萘吭?50kW以下或變壓器容量在160kVA以下時，可由低壓供電?！弊儔浩鞯囊?guī)格標準不同，各國供電公司對供電電壓的規(guī)定也不同，部分國家的電網(wǎng)電壓如表1所示。

部分國家的電網(wǎng)電壓列表 表1

這種情況下，選擇駐外機構的供電電壓和變壓器時，應參考國內(nèi)規(guī)范規(guī)定，按當?shù)毓╇姽疽笊陥箅娫措妷杭白儔浩饕?guī)格。如當?shù)仉娫礂l件不滿足國內(nèi)規(guī)范規(guī)定的一、二級負荷電源要求時，須設自備電源。自備電源采用柴油發(fā)電機組或蓄電池組。

3.3.2 高低壓系統(tǒng)形式

駐外機構建筑的高低壓配電系統(tǒng)類型主要是單母線分段系統(tǒng)，根據(jù)電源數(shù)量、是否設自備電源、是否設聯(lián)絡開關幾種情況又分為：單電源單母線系統(tǒng)、單電源+發(fā)電機、雙電源單母線分段系統(tǒng)(聯(lián)絡或不聯(lián)絡)、雙電源單母線分段系統(tǒng)+發(fā)電機。由于駐外機構建筑的建筑規(guī)模一般都不大，多電源、多臺發(fā)電機組的情況比較少見，發(fā)電機組一般是低壓發(fā)電機組。

3.3.3 柴油發(fā)電機組容量選擇

由于駐外機構建筑所在地電網(wǎng)的供電可靠性大多不高，采用柴油發(fā)電機組作為自備電源，成為大多數(shù)海外工程的標配，筆者認為，即使在工程報建時供電公司承諾提供雙電源，為防止日后實際提供的電源不符合要求，最好在地塊內(nèi)預留發(fā)電機房位置及安裝條件。柴油發(fā)電機組對于供電的可靠性十分重要，除根據(jù)規(guī)范、手冊進行負荷計算、電動機啟動校驗、電壓降校驗外，還應注意以下問題。

(1)選用時應特別注意容量修正系數(shù)，這一點容易被忽略。應根據(jù)駐外機構建筑所在地的海拔高度和環(huán)境溫濕度修正柴油發(fā)電機組容量。

(2)柴油發(fā)電機組的功率一般分為持續(xù)功率(COP)(恒定負荷持續(xù)運行)、基本功率(PRP)(變負荷持續(xù)運行)、限時運行功率(LTP)、應急備用功率(ESP)(變負荷限時運行)。同一發(fā)電機組以上功率大小順序通常是持續(xù)功率(COP)<基本功率(PRP)<限時運行功率(LTP)<應急備用功率(ESP)。

通常駐外機構設置柴油發(fā)電機組既為應急電源，又為備用電源。應按應急負荷和備用負荷容量的較大值確定發(fā)電機組容量。

一般柴油發(fā)電機組產(chǎn)品樣本或銘牌上只標注常載/常用功率(CONT. RATING)和備載/備用功率(STANDBY RATING)，相同型號機組的常載/常用功率一般為備載/備用功率的1.1倍。通常所說的常用功率并不是與持續(xù)功率(COP)或基本功率(PRP)完全對應的，而是不同廠商會根據(jù)柴油機調(diào)校情況，結(jié)合發(fā)電機及輔助設施的配置情況，按照GB/T 2820.1-2009規(guī)定的工況及測定方法而標定的機組輸出功率。為減少采購柴油發(fā)電機組時出現(xiàn)爭議，設計圖紙及設計文件中應明確發(fā)電機組功率類型。

(3)需要注意的是，應急備用功率(ESP)的定義是：在商定的運行條件下并按制造商的規(guī)定進行維護保養(yǎng)，在市電一旦中斷或在試驗條件下，機組可變負載運行且每年運行時間可達200h(按100%ESP運行，每次運行一般不超過1h)的最大功率。24h運行周期內(nèi)允許的平均功率輸出(Ppp)應不超出70%ESP。

這意味著按應急備用功率(ESP)選機組容量時，每年機組運行時間宜≤200h，每次運行時間≤1h，機組可以輸出最大輸出功率，每次運行時間和年運行時間大于上述規(guī)定時，機組應降容使用。如果每次運行時間較長，24h運行周期內(nèi)機組負載率應≤70%。同樣，基本功率(PRP)也有相應規(guī)定，按基本功率(PRP)選機組容量時，負載率也宜≤70%。由于柴油機的最佳運行狀態(tài)是在標定功率的70%～90%，負載率≤70%的規(guī)定主要是為了保證柴油發(fā)電機組可以長期使用。根據(jù)工程經(jīng)驗，電力短缺地區(qū)的發(fā)電機組選型時可適當選大些，以增加保障供電的范圍。

3.3.4 電能質(zhì)量

在駐外機構建筑工程中，經(jīng)常面對電能質(zhì)量問題的困擾，特別是當?shù)仉娋W(wǎng)的電壓偏差和電壓暫降更是常見問題。

(1)供電電壓偏差

供電電壓偏差包括過電壓和欠電壓兩種情況，都是由于電網(wǎng)和電氣裝置運行條件的變化引起的工頻電源電壓變化。JGJ 16-2008《民用建筑電氣設計規(guī)范》規(guī)定，電動機及照明設備端子處電壓偏差允許值宜為±5%。

對于一般電氣設備(如熒光燈、電動機變壓器等)，電壓偏差超出其設計范圍時，會影響設備運行性能，造成縮短設備使用壽命及其他更嚴重影響。

因此，對于電源電壓偏差問題，為保證用電設備正常使用應采用穩(wěn)壓措施。主要有以下三種做法。

1)如果電源電壓偏差不大，可以通過調(diào)整變壓器電壓分接頭來調(diào)整電壓，調(diào)整幅度為±5%。

2)如果電源電壓偏差比較大，則需要采用穩(wěn)壓設備，如載調(diào)壓變壓器、穩(wěn)壓器、UPS等。穩(wěn)壓方案可采用集中穩(wěn)壓和分散穩(wěn)壓兩種方式，集中穩(wěn)壓即采用有載調(diào)壓變壓器全面穩(wěn)定低壓系統(tǒng)電壓，分散穩(wěn)壓即采用小功率穩(wěn)壓器或UPS對部分重要設備穩(wěn)壓。

3)對于欠電壓問題可采取無功功率補償措施減小電壓損失，采用集中補償和分散補償兩種方案。

(2)電壓暫降

電壓暫降是指供電電壓有效值在短時間內(nèi)突然下降又回升恢復的現(xiàn)象，會造成民用建筑電源的短時斷電、用電設備異常運行。從駐外機構建筑配電系統(tǒng)的特點看，電壓暫降往往是由市政供電系統(tǒng)的短路故障引起的。降低電源電壓暫降對建筑配電系統(tǒng)可靠性的影響主要可以采用以下四種措施。

1)提高配電系統(tǒng)對電源電壓暫降的耐受能力。

對于電壓暫降引起建筑內(nèi)配電系統(tǒng)欠壓保護動作造成停電的問題，應正確設計欠電壓保護，正確使用欠壓脫扣器、電壓繼電器、勵磁脫扣器、交流接觸器等電氣元件。針對建筑內(nèi)配電系統(tǒng)失電監(jiān)測元件由于電源電壓暫降誤動，造成電源自動投入裝置誤動引起短時停電的問題，應正確選擇失壓監(jiān)測元件的動作電壓和延時整定值，提高配電系統(tǒng)對電源電壓暫降的耐受能力。

2)對敏感設備采用穩(wěn)壓措施，減小電壓暫降的影響。

對一般敏感設備可采用造價較低的穩(wěn)壓變壓器。對于對電能質(zhì)量要求高的用電負荷，采用造價較高的UPS、SSTS(固態(tài)切換開關)或DVR(動態(tài)電壓恢復器)等裝置。對于不允許短時斷電的重要場所的應急照明電源應配置EPS。

3)電能質(zhì)量的綜合治理。

近年來隨著電力電子技術的發(fā)展，出現(xiàn)了新一代產(chǎn)品——電能質(zhì)量綜合優(yōu)化裝置(MEC)，該產(chǎn)品集成了SVG(靜止型動態(tài)無功發(fā)生器)、NVR(動態(tài)電壓恢復器)等先進技術，能顯著改善系統(tǒng)電能質(zhì)量，其功能是快速補償無功率、濾除諧波、有效解決三相不平衡、抑制電壓波動和閃變。

4)針對當?shù)仉娫措娔苜|(zhì)量選用設備，如當電源電壓偏差和電壓波動時選用額定電壓允許幅值大的產(chǎn)品；當電源頻率偏差時，選用額定頻率允許幅值大的產(chǎn)品。

3.5 計量與電力監(jiān)控

由于駐外機構人員變動頻繁，物業(yè)管理人員和辦公、住宿人員大多經(jīng)常調(diào)動。電能計量和設備管理容易出問題，主要表現(xiàn)在能源使用多少不清楚、哪里浪費不清楚、設備維護不及時、人員管理不到位。根據(jù)GB 50189-2015《公共建筑節(jié)能設計標準》要求，公共建筑應按功能區(qū)域設置監(jiān)測與計量系統(tǒng)，應按插座、空調(diào)、動力、特殊用電分項進行電能監(jiān)測與計量。因此，對于駐外機構來說，設置能源管理系統(tǒng)很有必要，有利于節(jié)能并提高設備管理水平。新一代的能源管理系統(tǒng)采用云平臺和大數(shù)據(jù)技術，可以通過云服務解決用戶物業(yè)人員欠缺專業(yè)技術的問題，并且對機電設備提供全生命周期的管理，是理想的解決方案。

5 結(jié)束語