張 力

(北京市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100045)

0 引言

隨著我國對(duì)外交往的增加，我國駐海外機(jī)構(gòu)越來越多，不同于國內(nèi)建筑，駐外機(jī)構(gòu)建筑的電氣設(shè)計(jì)有其自身特點(diǎn)。本文通過總結(jié)駐外機(jī)構(gòu)建筑配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，為行業(yè)人員提供一些同類型建筑的設(shè)計(jì)參考。

1 駐外機(jī)構(gòu)建筑特點(diǎn)

駐外機(jī)構(gòu)一般指我國國家機(jī)關(guān)、企事業(yè)單位、國內(nèi)企業(yè)在國外建立的分支機(jī)構(gòu)，駐外機(jī)構(gòu)建筑種類很多，在本文中指由駐外機(jī)構(gòu)在國外購置土地或擁有土地長期使用權(quán)后新建或改建的建筑，建筑的產(chǎn)權(quán)(或長期使用權(quán))歸駐外機(jī)構(gòu)所有，建筑的服務(wù)對(duì)象是駐外機(jī)構(gòu)的工作人員及家屬。此類駐外機(jī)構(gòu)建筑通常是一個(gè)院區(qū)，院內(nèi)有業(yè)務(wù)用房、辦公用房、宿舍、廚房、餐廳、后勤用房、設(shè)備機(jī)房、值班室、休閑健身場(chǎng)地等。在這樣一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的院區(qū)，可以滿足駐外機(jī)構(gòu)辦公、業(yè)務(wù)、生活的需要，提供安全、便利的工作和生活條件。

此類駐外機(jī)構(gòu)建筑的特點(diǎn)是：建筑設(shè)計(jì)采用國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)、施工全部或部分由國內(nèi)單位完成；工程所需材料和設(shè)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(jī)構(gòu)自行管理或部分物業(yè)管理由當(dāng)?shù)胤?wù)公司承包；建筑的使用人員和管理人員流動(dòng)性大，不定期變化。

2 駐外機(jī)構(gòu)建筑電氣設(shè)計(jì)特點(diǎn)

2.1 因地制宜

自然環(huán)境條件是在境外建筑工程設(shè)計(jì)的重要設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)人員確定防雷等級(jí)、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)、電氣設(shè)備選型、電氣裝置抗震設(shè)計(jì)、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(jī)構(gòu)的主營業(yè)務(wù)不同、需求各異，需要設(shè)計(jì)人根據(jù)不同需求體現(xiàn)不同的建筑功能。針對(duì)物業(yè)管理形式，應(yīng)事先要求外方提出詳細(xì)設(shè)備樣本及設(shè)計(jì)要求。針對(duì)設(shè)備選型，應(yīng)符合當(dāng)?shù)匾螅跇I(yè)主允許時(shí)，需要后期維護(hù)的設(shè)備優(yōu)先選用當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)的主流產(chǎn)品。

2.3 配電系統(tǒng)與當(dāng)?shù)仉娏ο到y(tǒng)的對(duì)接

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

2.4 設(shè)計(jì)文件

設(shè)計(jì)文件需滿足當(dāng)?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(dāng)?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(yīng)建立完善的收發(fā)文制度，對(duì)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(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 負(fù)荷分級(jí)及負(fù)荷計(jì)算

負(fù)荷分級(jí)和負(fù)荷計(jì)算是確定外電源的設(shè)計(jì)依據(jù)。駐外機(jī)構(gòu)建筑的用電負(fù)荷分級(jí)按國內(nèi)規(guī)范執(zhí)行，部分駐外機(jī)構(gòu)(如國家駐外使領(lǐng)館、國家駐外文化機(jī)構(gòu)、駐外企業(yè)地區(qū)中心總部)規(guī)范中沒有明確分級(jí)，應(yīng)根據(jù)駐外機(jī)構(gòu)建筑性質(zhì)參照規(guī)范，結(jié)合業(yè)主使用要求及當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)規(guī)范，確定負(fù)荷分級(jí)，并提交業(yè)主確認(rèn)。

負(fù)荷計(jì)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(shí)的平均負(fù)荷計(jì)算，二是平時(shí)的最大負(fù)荷計(jì)算，三是二類及以上重要負(fù)荷計(jì)算。在負(fù)荷計(jì)算時(shí)，需要系數(shù)、同時(shí)系數(shù)應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件、設(shè)備使用習(xí)慣確定，不可完全照搬國內(nèi)設(shè)計(jì)習(xí)慣。例如，國外某些炎熱地區(qū)，當(dāng)?shù)乜照{(diào)均滿載運(yùn)行，空調(diào)機(jī)組需要系數(shù)0.8(按國內(nèi)經(jīng)驗(yàn))就不滿足當(dāng)?shù)厥褂靡?，有可能?huì)造成開關(guān)跳閘、變壓器過負(fù)荷等問題。

3.2 變壓器負(fù)荷率

選擇變壓器容量時(shí)要考慮的因素：一是單臺(tái)變壓器容量在事故情況下要滿足全部二級(jí)及以上負(fù)荷的需要；二是滿足平時(shí)最大負(fù)荷的需要；三是要節(jié)能運(yùn)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(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定“配電變壓器的長期工作負(fù)載率不宜大于85%”，DB 11 687-2015 《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定“變壓器負(fù)荷率設(shè)計(jì)值宜在60%～80%”，文獻(xiàn)[5]規(guī)定“變壓器的經(jīng)常性負(fù)載應(yīng)以在變壓器額定容量的60%為宜?！盜EC 60364-8-1規(guī)定變壓器在鐵損和銅損相等時(shí)，相當(dāng)于變壓器容量的40%～65%效率最高。

綜合上述規(guī)范要求，平時(shí)的變壓器平均負(fù)載率宜為50%～75%，由于國外變壓器報(bào)裝的費(fèi)用及電費(fèi)一般比國內(nèi)高很多，往往當(dāng)?shù)氐淖儔浩髫?fù)荷率比國內(nèi)高，因此變壓器的發(fā)展裕量應(yīng)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(shè)計(jì)的基礎(chǔ)性條件，設(shè)計(jì)初期由設(shè)計(jì)方根據(jù)工程的負(fù)荷分級(jí)及負(fù)荷容量向供電公司提出供電電源申請(qǐng)，供電公司批復(fù)的電源電壓等級(jí)和電源數(shù)量又是電氣設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，“當(dāng)用電設(shè)備總?cè)萘吭?50kW及以上或變壓器容量在160kVA及以上時(shí)，宜以10(6)kV供電；當(dāng)用電設(shè)備總?cè)萘吭?50kW以下或變壓器容量在160kVA以下時(shí)，可由低壓供電?！弊儔浩鞯囊?guī)格標(biāo)準(zhǔn)不同，各國供電公司對(duì)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(jī)構(gòu)的供電電壓和變壓器時(shí)，應(yīng)參考國內(nèi)規(guī)范規(guī)定，按當(dāng)?shù)毓╇姽疽笊陥?bào)電源電壓及變壓器規(guī)格。如當(dāng)?shù)仉娫礂l件不滿足國內(nèi)規(guī)范規(guī)定的一、二級(jí)負(fù)荷電源要求時(shí)，須設(shè)自備電源。自備電源采用柴油發(fā)電機(jī)組或蓄電池組。

3.3.2 高低壓系統(tǒng)形式

駐外機(jī)構(gòu)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(shè)自備電源、是否設(shè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)幾種情況又分為：單電源單母線系統(tǒng)、單電源+發(fā)電機(jī)、雙電源單母線分段系統(tǒng)(聯(lián)絡(luò)或不聯(lián)絡(luò))、雙電源單母線分段系統(tǒng)+發(fā)電機(jī)。由于駐外機(jī)構(gòu)建筑的建筑規(guī)模一般都不大，多電源、多臺(tái)發(fā)電機(jī)組的情況比較少見，發(fā)電機(jī)組一般是低壓發(fā)電機(jī)組。

3.3.3 柴油發(fā)電機(jī)組容量選擇

由于駐外機(jī)構(gòu)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(jī)組作為自備電源，成為大多數(shù)海外工程的標(biāo)配，筆者認(rèn)為，即使在工程報(bào)建時(shí)供電公司承諾提供雙電源，為防止日后實(shí)際提供的電源不符合要求，最好在地塊內(nèi)預(yù)留發(fā)電機(jī)房位置及安裝條件。柴油發(fā)電機(jī)組對(duì)于供電的可靠性十分重要，除根據(jù)規(guī)范、手冊(cè)進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算、電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)校驗(yàn)、電壓降校驗(yàn)外，還應(yīng)注意以下問題。

(1)選用時(shí)應(yīng)特別注意容量修正系數(shù)，這一點(diǎn)容易被忽略。應(yīng)根據(jù)駐外機(jī)構(gòu)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(jī)組容量。

(2)柴油發(fā)電機(jī)組的功率一般分為持續(xù)功率(COP)(恒定負(fù)荷持續(xù)運(yùn)行)、基本功率(PRP)(變負(fù)荷持續(xù)運(yùn)行)、限時(shí)運(yùn)行功率(LTP)、應(yīng)急備用功率(ESP)(變負(fù)荷限時(shí)運(yùn)行)。同一發(fā)電機(jī)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(shí)運(yùn)行功率(LTP)<應(yīng)急備用功率(ESP)。

通常駐外機(jī)構(gòu)設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組既為應(yīng)急電源，又為備用電源。應(yīng)按應(yīng)急負(fù)荷和備用負(fù)荷容量的較大值確定發(fā)電機(jī)組容量。

一般柴油發(fā)電機(jī)組產(chǎn)品樣本或銘牌上只標(biāo)注常載/常用功率(CONT. RATING)和備載/備用功率(STANDBY RATING)，相同型號(hào)機(jī)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(duì)應(yīng)的，而是不同廠商會(huì)根據(jù)柴油機(jī)調(diào)校情況，結(jié)合發(fā)電機(jī)及輔助設(shè)施的配置情況，按照GB/T 2820.1-2009規(guī)定的工況及測(cè)定方法而標(biāo)定的機(jī)組輸出功率。為減少采購柴油發(fā)電機(jī)組時(shí)出現(xiàn)爭議，設(shè)計(jì)圖紙及設(shè)計(jì)文件中應(yīng)明確發(fā)電機(jī)組功率類型。

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

這意味著按應(yīng)急備用功率(ESP)選機(jī)組容量時(shí)，每年機(jī)組運(yùn)行時(shí)間宜≤200h，每次運(yùn)行時(shí)間≤1h，機(jī)組可以輸出最大輸出功率，每次運(yùn)行時(shí)間和年運(yùn)行時(shí)間大于上述規(guī)定時(shí)，機(jī)組應(yīng)降容使用。如果每次運(yùn)行時(shí)間較長，24h運(yùn)行周期內(nèi)機(jī)組負(fù)載率應(yīng)≤70%。同樣，基本功率(PRP)也有相應(yīng)規(guī)定，按基本功率(PRP)選機(jī)組容量時(shí)，負(fù)載率也宜≤70%。由于柴油機(jī)的最佳運(yùn)行狀態(tài)是在標(biāo)定功率的70%～90%，負(fù)載率≤70%的規(guī)定主要是為了保證柴油發(fā)電機(jī)組可以長期使用。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，電力短缺地區(qū)的發(fā)電機(jī)組選型時(shí)可適當(dāng)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(jī)構(gòu)建筑工程中，經(jīng)常面對(duì)電能質(zhì)量問題的困擾，特別是當(dāng)?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(yùn)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(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，電動(dòng)機(jī)及照明設(shè)備端子處電壓偏差允許值宜為±5%。

對(duì)于一般電氣設(shè)備(如熒光燈、電動(dòng)機(jī)變壓器等)，電壓偏差超出其設(shè)計(jì)范圍時(shí)，會(huì)影響設(shè)備運(yùn)行性能，造成縮短設(shè)備使用壽命及其他更嚴(yán)重影響。

因此，對(duì)于電源電壓偏差問題，為保證用電設(shè)備正常使用應(yīng)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(shè)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(duì)部分重要設(shè)備穩(wěn)壓。

3)對(duì)于欠電壓問題可采取無功功率補(bǔ)償措施減小電壓損失，采用集中補(bǔ)償和分散補(bǔ)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(shí)間內(nèi)突然下降又回升恢復(fù)的現(xiàn)象，會(huì)造成民用建筑電源的短時(shí)斷電、用電設(shè)備異常運(yùn)行。從駐外機(jī)構(gòu)建筑配電系統(tǒng)的特點(diǎn)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(duì)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(duì)電源電壓暫降的耐受能力。

對(duì)于電壓暫降引起建筑內(nèi)配電系統(tǒng)欠壓保護(hù)動(dòng)作造成停電的問題，應(yīng)正確設(shè)計(jì)欠電壓保護(hù)，正確使用欠壓脫扣器、電壓繼電器、勵(lì)磁脫扣器、交流接觸器等電氣元件。針對(duì)建筑內(nèi)配電系統(tǒng)失電監(jiān)測(cè)元件由于電源電壓暫降誤動(dòng)，造成電源自動(dòng)投入裝置誤動(dòng)引起短時(shí)停電的問題，應(yīng)正確選擇失壓監(jiān)測(cè)元件的動(dòng)作電壓和延時(shí)整定值，提高配電系統(tǒng)對(duì)電源電壓暫降的耐受能力。

2)對(duì)敏感設(shè)備采用穩(wěn)壓措施，減小電壓暫降的影響。

對(duì)一般敏感設(shè)備可采用造價(jià)較低的穩(wěn)壓變壓器。對(duì)于對(duì)電能質(zhì)量要求高的用電負(fù)荷，采用造價(jià)較高的UPS、SSTS(固態(tài)切換開關(guān))或DVR(動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器)等裝置。對(duì)于不允許短時(shí)斷電的重要場(chǎng)所的應(yīng)急照明電源應(yīng)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(shù)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(dòng)態(tài)無功發(fā)生器)、NVR(動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器)等先進(jìn)技術(shù)，能顯著改善系統(tǒng)電能質(zhì)量，其功能是快速補(bǔ)償無功率、濾除諧波、有效解決三相不平衡、抑制電壓波動(dòng)和閃變。

4)針對(duì)當(dāng)?shù)仉娫措娔苜|(zhì)量選用設(shè)備，如當(dāng)電源電壓偏差和電壓波動(dòng)時(shí)選用額定電壓允許幅值大的產(chǎn)品；當(dāng)電源頻率偏差時(shí)，選用額定頻率允許幅值大的產(chǎn)品。

3.5 計(jì)量與電力監(jiān)控

由于駐外機(jī)構(gòu)人員變動(dòng)頻繁，物業(yè)管理人員和辦公、住宿人員大多經(jīng)常調(diào)動(dòng)。電能計(jì)量和設(shè)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(fèi)不清楚、設(shè)備維護(hù)不及時(shí)、人員管理不到位。根據(jù)GB 50189-2015《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》要求，公共建筑應(yīng)按功能區(qū)域設(shè)置監(jiān)測(cè)與計(jì)量系統(tǒng)，應(yīng)按插座、空調(diào)、動(dòng)力、特殊用電分項(xiàng)進(jìn)行電能監(jiān)測(cè)與計(jì)量。因此，對(duì)于駐外機(jī)構(gòu)來說，設(shè)置能源管理系統(tǒng)很有必要，有利于節(jié)能并提高設(shè)備管理水平。新一代的能源管理系統(tǒng)采用云平臺(tái)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，可以通過云服務(wù)解決用戶物業(yè)人員欠缺專業(yè)技術(shù)的問題，并且對(duì)機(jī)電設(shè)備提供全生命周期的管理，是理想的解決方案。

5 結(jié)束語