丁 鈺，吳 楊，王 卓，邢振華

（1.中國電力工程顧問集團華北電力設計院有限公司，北京 100120；2.內(nèi)蒙古電力勘測設計院有限責任公司，呼和浩特 010010）

0 引言

建筑電氣是以建筑為平臺，在建筑物中，利用現(xiàn)代先進的科學理論及電氣技術，創(chuàng)建一個人性化生活環(huán)境的電氣系統(tǒng)，建筑電氣是一門綜合性的工程學科[1]。建筑電氣設計從狹義上僅指民用建筑中的電氣設計；從廣義上講，包括工業(yè)建筑、構筑物和道路、廣場等戶外工程。傳統(tǒng)建筑電氣設計僅含供電和照明設計內(nèi)容，隨著社會發(fā)展，建筑電氣的深度和廣度也得到相應拓展，并且滲入到變電站設計領域，變電站建筑電氣設計技術隨著國標、行標及施工驗收標準等的更新完善[2-9]，也在不斷改進和優(yōu)化。

隨著《國家電網(wǎng)有限公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施（修訂版）》《國家電網(wǎng)公司輸變電工程標準工藝》等文件的推行，對變電站設計內(nèi)容要求進一步細化和深化，之前建筑電氣僅包含的建筑物照明和埋管留洞等設計內(nèi)容已經(jīng)不能滿足變電站施工、運行、檢修及維護的需要，建筑電氣設計的不精準、缺失和失誤，會給變電站安全性、功能性、便利性等方面帶來隱患。有必要對現(xiàn)行變電站建筑電氣涉及的范圍進行擴展和改進，由此造成設計人員要面臨專業(yè)配合、設計與廠家界限劃分等一系列新課題，因此對建筑電氣設計內(nèi)容的合理調(diào)整和規(guī)范化實施勢在必行。標準化、精細化設計能夠有效提高變電站設計的效率和質(zhì)量，執(zhí)行建筑電氣標準化設計成為大勢所趨。

基于此，本文提出變電站建筑電氣設計標準化概念及方法，使得變電站建筑電氣設計高效、便捷，并且出錯率低。

1 變電站建筑電氣標準化設計

在變電站設計中，建筑電氣部分涉及的專業(yè)較多，內(nèi)容繁瑣龐雜，設計容易出現(xiàn)紕漏，成品不易校審，很難實現(xiàn)施工配合順暢、業(yè)主滿意的目標。對于變電站建筑電氣，每座建筑物內(nèi)的用電負荷類型基本接近，設計原則比較容易統(tǒng)一，具備引入標準化設計的條件。主要設計人在編制建筑電氣卷冊任務書階段，以表格形式列出設計關鍵點的具體要求和各相關參數(shù)的對應關系，由卷冊負責人據(jù)此開展設計，實現(xiàn)卷冊大部分圖紙標準化設計，以減輕設計人員的工作強度，降低出錯率，提高工作效率。變電站建筑電氣設計可以從下列幾方面進行規(guī)范要求。

1.1 統(tǒng)一圖紙目錄

標準化設計的基礎是統(tǒng)一圖紙目錄，統(tǒng)一后的標準卷冊目錄可提綱挈領地反映卷冊內(nèi)容，表1中的圖紙名稱及其對應的圖號編制，便于大規(guī)模設計、查找、校核、修改各卷冊圖紙。

表1 圖紙目錄

1.2 要求具體化，計算簡易化

1.2.1 配電屏接線圖

配電屏接線圖應包含屏外形尺寸、斷路器規(guī)格型號、回路名稱、回路負荷容量、回路編號、電纜規(guī)格型號、穿管規(guī)格型號等信息和參數(shù)，明確規(guī)定回路、箱柜等編號原則，并以表格形式明確負荷容量→負荷電流→斷路器額定電流→線纜→管徑對應關系。接線圖內(nèi)的電流值計算采用表2中的簡易估算式。

表2 負荷電流簡易估算[9]

1.2.2 導線護管選擇

導線護管的選擇采用歸類法，各用電回路簡化為正常照明、應急照明、消防應急照明和動力回路，各回路護管均暗敷。動力回路采用熱鍍鋅鋼管，其他回路采用阻燃塑料導管。設計中若采用GB 50217—2018《電力工程電纜設計標準》中附錄H電纜穿管敷設時，允許最大管長的計算方法繁瑣，原始參數(shù)難獲取，在工程標準化設計中，可選取經(jīng)驗值，具體為：導管沒有彎曲時，長度不超過30 m；導體有一個彎曲（90°~120°）時，長度不超過20 m；導體有兩個彎曲（90°~120°）時，長度不超過15m；導體有3個彎曲（90°~120°）時，長度不超過8 m。如果長度超過上述要求，應加設接線盒、箱或加大管徑。導線護管管徑的選擇參照表3、表4。

表3 不同根數(shù)BV型絕緣線穿阻燃塑料導管外徑選擇mm

表4 不同根數(shù)BV型絕緣線穿熱鍍鋅鋼管內(nèi)徑選擇mm

1.2.3 斷路器選擇

1.2.3.1 選擇方式

低壓斷路器是建筑電氣的主要組成部分，斷路器的選擇計算過程是建筑電氣設計的關鍵環(huán)節(jié)。變電站站用電低壓配電系統(tǒng)常采用TN-C-S系統(tǒng)，斷路器設置一般不超過三級，斷路器的上下兩級之間的配合，須具備選擇性、快速性和靈敏性[10]。站用變壓器進線采用框架斷路器，設置短路瞬時保護、短路短延時保護和過載保護，建筑電氣終端配電裝置使用最廣泛的保護電器是微型斷路器，常用于電流125 A以下的回路，僅設置短路瞬時保護。變電站建筑物內(nèi)主要負荷一般為建筑物照明、空調(diào)、電暖氣、樓宇監(jiān)控及水工用電設備等，負荷計算電流和不超過125 A，電源統(tǒng)一由配電箱/柜引出，出線斷路器主要用于保護回路內(nèi)用電設施的過電流及類似用途，無需維修，因此選擇微型斷路器即可滿足要求。設計人員可根據(jù)短路電流和負荷電流計算結果對微型斷路器進行選擇。

微型斷路器瞬時脫扣電流范圍為：B型3In~5In（含5In，In為額定電流）；C型5In~10I（n含10In）；D型10In~20I（n含20In）；微型斷路器過電流脫扣器額定電流為：1 A、2 A、4 A、6 A、10 A、16 A、20 A、25 A、32 A、40 A、50 A、63 A、80 A、100 A、125 A。

實際工程中，可以通過標準化設計，將負荷、斷路器、纜線及穿管之間的關系統(tǒng)計成表格形式，使得整體工程建筑電氣設計統(tǒng)一，方便設計人員查詢和校核，負荷容量（三相負荷考慮為電動機類負荷）與各參數(shù)對應關系見表5。

表5 負荷容量與各參數(shù)對應表

1.2.3.2 靈敏度校驗

隨著變電站消防等級要求的提高，需保證線路末梢發(fā)生接地故障時，斷路器能夠準確跳閘。斷路器的靈敏度需滿足規(guī)程要求，根據(jù)DL/T 5155—2016《220 kV~1000 kV變電站站用電設計技術規(guī)程》[7]，斷路器作為保護電器時，靈敏度為1.5。接地故障時，最小接地故障電流Ik簡化計算公式為：

式中：U0—相對地標稱電壓，V；

S—相導體截面積，mm2；

n—每相并聯(lián)導體根數(shù)；

k1—電纜電抗校正系數(shù)，當S≤95 mm2時，取1.0；當S為120 mm2和150 mm2時，取0.96；當S≥185 mm2時，取0.92；

k2—多根相導體并聯(lián)使用的校正系數(shù)，K2=4（n-1）/n（n≥2）；

ρ—20℃時的導體電阻率，Ω·mm2/m；

L—電纜長度，m；

m—材料相同的每相導體總截面積與PE導體截面積之比。

當電纜較長時，接地故障靈敏度很難滿足要求，可采取加大相導體和保護接地導體截面、斷路器采用短延時過電流脫扣器以及接地保護脫扣器等措施。

電纜引發(fā)的火災多由電纜電弧性短路造成，電弧性短路阻抗和電壓降都比金屬性短路大很多，保護裝置不能瞬時動作時，幾安的電弧局部溫度可高達2000~4000℃，極易引燃可燃物，造成火災。而配電線路電弧性短路大多為接地故障，雷電過電壓、系統(tǒng)操作過電壓等均可能擊穿劣化電纜絕緣外皮，發(fā)生接地故障。300 mA以上的電弧能量即能引燃起火，而剩余電流裝置RCD（Residual Current De?vice）對接地故障的靈敏度可完全滿足要求，即斷路器加裝RCD可以防止金屬接地和電弧接地故障引發(fā)的火災。采用該接地保護方式，變電站中性線必須一點接地，多點接地產(chǎn)生的雜散電流可能引起斷路器無法正確動作。對于多級RCD，上級RCD額定動作電流不小于下級RCD額定動作電流的3倍；上級RCD不動作時間大于下級RCD動作時間。多級RCD配置圖如圖1所示。

圖1 多級RCD配置圖

1.2.4 接地平面布置圖

對于接地平面布置圖的標準化設計，關鍵在于明確敷設室內(nèi)接地干線的房間、接地熱鍍鋅扁鋼規(guī)格、需要安裝接地端子的房間、做局部等電位的房間、每座建筑物接地引出線的數(shù)量及規(guī)格，列出接地引出線出建筑物的穿管內(nèi)徑與接地材料寬度的匹配表。

1.2.5 照明平面布置圖

照明平面布置圖重點是規(guī)定配置燈具原則。經(jīng)計算和測試，采用相同照明效果的LED燈具可比傳統(tǒng)光源節(jié)能50%以上（見表6），建筑電氣標準化設計要求戶內(nèi)燈具均采用LED燈。圖紙需列出具體功能間照明功率密度、燈具規(guī)格型號、燈具數(shù)量對應表，明確特殊功能房間燈具要求，并規(guī)定配置消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)原則。

表6 LED燈具與傳統(tǒng)燈具主要參數(shù)對比

1.2.6 電纜敷設圖

合理利用暖通、水工專業(yè)圖紙，避免各專業(yè)采用不同版本圖紙，造成現(xiàn)場用電設備電源點與電纜敷設設計不一致的問題。規(guī)定電暖氣、空調(diào)電源采用插座還是接線盒；每個用電設備應標注設備名稱或設備編號、電纜及其編號、埋管內(nèi)徑、埋管至終點位置，回路名稱、編號等與接線圖須保持一致。標準化設計規(guī)定風機動力箱、照明箱、動力電源或檢修箱及風機戶外控制箱應統(tǒng)一尺寸。

1.3 建筑電氣標準化在實際工程中的應用效果

建筑電氣標準化設計依托巨寶莊500 kV變電站工程得以實施，與傳統(tǒng)設計方式相比，實現(xiàn)了圖紙正確率100%，出圖效率較傳統(tǒng)方式提高了65%以上，建筑電氣各卷冊圖紙質(zhì)量受到現(xiàn)場施工單位和業(yè)主方肯定，應用效果顯著。

2 換流站建筑電氣的設計

直流換流站是具有整流站、逆變站功能的直流系統(tǒng)設施，是直流輸電的基礎。高壓直流換流站是電力運營的重要裝置，對高壓直流換流站的合理設計和構建對電網(wǎng)安全運行具有重要意義。換流站建筑物較常規(guī)站多，主要建筑物有閥廳、主（輔）控樓、綜合樓、繼電器小室、檢修備品庫、專用品庫、汽車庫、消防間、綜合水泵房等，各種建筑功能性差異較大，因此換流站的建筑電氣設計有其特殊性和復雜性。

2.1 主（輔）控樓

2.1.1 電纜敷設特點

主（輔）控樓動力電纜量很大，在電纜敷設時，主要通道采用電纜穿管敷設不能滿足要求，實際工程通常采用電纜橋架、支架或吊架方式，分類、分層敷設。

2.1.2 防火設計

隨著消防要求的加強，換流站防火問題得到重點關注，防火設計和驗收均采取了嚴格措施。為防止動力電纜著火后波及控制電纜，在電纜溝范圍內(nèi)同一側(cè)多層支架敷設時，應按照動力電纜、強電至弱電的控制和信號電纜、通信電纜由上而下的順序排列。通信光纜全程利用防火槽盒敷設。

2.2 閥廳

閥廳一般高度在20 m以上，照明燈具形式的選擇、布置和照明回路纜線路徑的設置是閥廳建筑電氣的重要內(nèi)容。燈具選用帶熔斷器保護的LED泛光燈，燈具支架焊接在屋頂下弦，根據(jù)閥塔布置情況，燈具間距7 m左右。纜線可采用豎井、穿管、橋架相結合方式敷設。

3 戶內(nèi)變電站建筑電氣設計

3.1 戶內(nèi)變電站設計特點

（1）戶內(nèi)變電站布置緊湊，電纜通道主要由埋管、豎井和吊（支或橋）架等組成，纜線長度較敞開站短，開關靈敏度校驗易滿足要求。

（2）戶內(nèi)變電站電纜護管主要敷設在建筑層，埋管管徑受到限制，戶內(nèi)變電站的用電負荷一般按區(qū)域匯總后，由本地動力箱提供電源，避免出現(xiàn)用電總負荷很大的情況，便于動力電纜和斷路器統(tǒng)一規(guī)格。

3.2 注意事項

（1）根據(jù)國家電網(wǎng)公司通用設計，戶內(nèi)變電站站用電柜大多布置在公用設備間，站用電屏進線采用大截面電纜，與控制電纜、光纜共同敷設在變電樓公用設備間活動地板下，對電纜通道規(guī)劃和防火要求高。

（2）每個功能房間均需考慮環(huán)房地網(wǎng)，設備單獨接地線暗敷，土建施工時電氣專業(yè)人員應加強現(xiàn)場配合。

4 參考標準的不確定因素

（1）GB 51309—2018《消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)技術標準》第3.2.1.4.1條“未設置消防控制室的住宅建筑，疏散走道、樓梯間等場所可選擇自帶電源B型燈具”。對于不設置消防控制室的變電站如何執(zhí)行沒給出具體指導意見。

（2）GB 50054—2011《低壓配電設計規(guī)范》第6.2.4條“當短路保護電器為斷路器時，被保護線路末端的短路電流不應小于斷路器瞬時或短延時過電流脫扣器整定電流的1.3倍”。而DL/T 5155—2016《220 kV~1000 kV變電站站用電設計技術規(guī)程》附錄E E.0.1第3條“當短路保護電器為斷路器時，被保護線路末端的短路電流不應小于斷路器瞬時或短延時過電流脫扣器整定電流的1.5倍”，二者矛盾。

（3）備用照明、疏散照明在GB 51309—2018《消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)技術標準》和DL/T 5390—2014《發(fā)電廠和變電站照明設計技術規(guī)定》中解釋不一致。

5 結論

（1）變電站施工圖設計階段采取建筑電氣標準化設計，有助于設計人員高效、高質(zhì)量完成設計工作。

（2）變電站建筑電氣的特點滿足標準化設計的要求，實際工程已經(jīng)取得階段性成果，通過基礎數(shù)據(jù)的搜集、計算和整理，積累滾動修改版表格，供后續(xù)變電站工程利用和修改完善。

（3）變電站建筑電氣的設計，結合設計經(jīng)驗，可將手冊、規(guī)程內(nèi)的公式和規(guī)定，根據(jù)具體工程情況進行簡化和歸納合并，便利化設計是高效、正確的保障。

（4）變電站建筑電氣設計執(zhí)行的國家標準涉及行業(yè)領域范圍寬泛，內(nèi)容繁多，變電站設計時在采用國標和行標時存在不確定因素，有需要商榷的內(nèi)容。