程显娟
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摘要：该论文对民用建筑各级负荷供电系统设计探讨
关键词：负荷等级 供电电源 应急电源 主接线形式
l 供电电源
在建筑工程设计的方案或初步设计阶段，一般需要按工程(或称之为用户、用电单位)的重要性确定其用电负荷的等级、供电电源的数量及是否设应急电源。
根据<供配电系统设计规范》GB50052-95第2．0．2条、3．0．1条等相关条文的规定：“一级负荷应由两个电源供电”；“一级负荷中特别重要的负荷，除由两个电源供电外，尚应增设应急电源”，也就是说特别重要负荷需要三个电源供电，一般的作法是在已有两路高压市电的情况下，再设自备电源。
白备电源一般是采用柴油发电机组或整流逆变装置(简称EPS)电源等等。
上述规范的3．0．3条指出“除一级负荷中特别重要负荷外，不应按一个电源系统检修或故障的同时另一电源又发生故障进行设计”。即对一级负荷而言，两个电源(一个电源故障时另一个电源不能同时损坏)供电就可以了，不必设第三电源。目前的实际作法，往往是根据供电部门的要求，在已有两路高压市电的情况下，再设置柴油发电机组，原因是认为两路高压市电并非两个“独立”(不能同时损坏的)电源，提高了一级负荷用户电源的可靠性。
上述规范第2．0．6条的条文解释中指出，“对二级负荷，由于其停电造成的损失较大，其包括的范围也比一级负荷广”。工程设计时，应根据供电系统的停电几率，停电带来的损失，电源条件，供电系统各方案所需投资等诸多因素综合考虑。二级负荷设备的供电有多种可选择的方案，工程设计者应尽量选择安全可靠、经济合理的方案。“有条件时采用双电源供电”。
三级负荷虽然对供电的可靠性要求不高，只需一路电源供电。但在工程设计时，也要尽量使供电系统简单，配电级数少，易管理维护。
自备(应急)电源的设计
2．1自备(应急)电源容量的确定
自备(应急)电源的容量应同时考虑如下因素：
2．1．1满足由它提供电源的全部用电设备的计算容量；应急柴油发电机组的额定容量应是额定环境条件下连续运行12小时的标定容量，当环境条件不是产品规定的条件时，需考虑环境的影响，并按所需容量留有裕量。
2．1．2满足由它供电的单台容量最大的电动机的启动要求；
实际工程设计时步骤如下：在工程设计的方案及初步设计阶段，因为由应急电源供电的设备台数和容量未确定，应急电源所供设备的计算容量就不易确定。要满足上述条件2．1．1，只能根据大量的工程实践经验进行估算，可按所设计的工程的变压器总安装容量的10~20%考虑。施工图设计阶段，可按上述2．1．1和2．1．2两个条件来校验。要满足条件2．1．1有两种情况：其一，如果自备电源是第三电源，可按能满足本工程中的全部一级负荷设备及一级负荷中特别重要负荷设备的总计算容量的供电要求设计；其二，如果自备电源是第二电深，宜满足全部一级负荷和二级负荷计算容量的要求，见GB50052-95第3．0．6条。
留裕量的方法往往是使柴油发电机组的容量不小于所有有关用电设备的安装容量之和(即需要系数取为1)。这种作法有时会使发电机组的容量偏大。如果需要尽量减小柴油发电机组的容量，使其容量选择得更准确，宜按其负荷的计算容量确定。要满足条件2．1．2：即满足最大容量的单台电动机的启动要求，也有两种情况：分别是按电动机全压起动和按电动机降压起动来考虑。
因为一般情况下确定柴油发电机的容量时，不容易做到很精确，为满足条件2．1．2可以用估算的方法：当电动机为全压启动时，所需柴油发电机组容量一般为电动机容量的7～10倍；如果电动机采用星三角或白耦变压器降压起动，则所需发电机的容量为电动机全压起动所需容量的三分之一左右，此时柴油发电机组容量可为最大单台电动机容量的3-'4倍。如果电动机采用软启动装置，柴油发电机的容量可略小于电动机容量的3倍。如果还想减小柴油发电机组的容量，就必须根据柴油机发电机组的励磁方式等多方面的性能因素确定。
如果自备电源采用EPS，则应按EPS生产厂家的要求设计。
2．2应急柴油发电机组台数的确定：
2．2．1由于柴油发电机组是第二电源或第三电源，就不必为它再设“备用”，也就是说一个工程可以只设一台。如果容量过大，可以设两台，这两台可并联运行，并考虑可互为备用。但必须注意
严禁将自备电源与市电并网，以免在市电网故障时同时拖垮柴油发电机组。
2．2．2柴油发电机组的单台容量不宜大于1000kW。
2．2．3一般情况下在一个变电所内，柴油发电机组的台数不宜多于两台，见JGJ／T16-92第6．1．2．1条。即在一个变电所内的总容量一般不超过2000kW。当工程规模特别大，变压器总安装容量在15000kVA以上，且柴油发电机总容量必须超过2000kW时，变电所也就不止一处(否则低压供电半径会很大，变压器未深入负荷中心)，则柴油发电机组的设置可随变电所的增多而增多，可不止一处，仍可做到一处不多于两台，每台不大于1000kW，使柴油发电机组的供电范围和供电半径适当。
3 根据用户和用电设备的负荷等级．确定变电所内高、低压配电系统主结线形式
3．1高压供电系统的形式有很多种，今举例如下：
3．1．1仅一路高压电源供电，适用于三级负荷见图1；
图1一路高压供电
3．1-2或者当整个工程内仅有二级和三级负荷，
无一级及特别重要负荷时，为满足二级负荷设备的供电要求，也可只采用一路高压供电。或者采用一路高压，并设自备柴油发电机组的方案见图2。而有条件采用两路高压供电时，高压供电系统可采用一用一备自动互投到一段高压母线上的结线形式见图3。此方案高压柜台数少，占房间面积小，也能满足二、三级负荷的供电可靠性要求。
图2一路高压加自备柴油发电机组.jpg)
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图3两路高压自动互投在一段高压母线上
图4两路高压互为备用，高压母线间设联络
图5两路高压互为备用，高压母线间不联络
3．1．3对一级负荷设备供电，一般采用两路高压电源单母线分段系统，两段母线间 设联络开关，分列同时运行，互为备用的形式见图4。
当两段母线中的任意一段母线上的变压器均可供该工程的全部一、二级负荷时，两段高压母线间也可不设联络开关见图5。此方案也适用于仅有二、三级负荷的大容量用户。
3．1．4为特别重要负荷供电，需要三个电源，可采用两路高压市电加自备电源，也可采用三路高压电源，采用三路高压电源的高压主结线有多种形式，可采用两用一备的形式见图6。也可采用三段母线分列同时运行，互为备用的形式。
3．1．5特殊情况下，特别重要用户采用四路高压电源供电，例如国家大剧院等工程。
3．2低压配电系统也可以典型化，以两路高压电源、两台变压器为例，对一级负荷和二级负荷供电，采用单母线分段，中间设联络开关，手动或自动投入。一级负荷由两段母线分别引出回路到末端互投，见图4。值得注意的是为一级负荷供电的两个电源回路，必须是由两路高压市电供电的两台变压器的低压侧分别引来，或由一路市电一路自备电源见图7，有些设计者常常忽略这一点，误将末端互投的两个回路引自同一个电源，有的是从同一台变压器的同一段低压母线上引出，有的甚至从同一个低压配电箱引出，这样不能满足一级负荷的供电可靠性要求，这个问题需特别注意。
特别重要负荷设备，要有三个电源供电，即两路市电(由接在不同高压电源上的两台变压器低压侧分别引来)再加自备电源。一般作法是在变电所内设三段(或四段)低压母线，第三段母线即专用的应急母线，它由两路市电和自备柴油发电机组或EPS电源供电。当动力与照明分开计费时。再单设一段动力母线，则成为四段低压母线，见图7。由图7可见，引到特别重要负荷设备处(末端互投)的电源仍然是两个，一个引自应急母线，一个引自有两路高压保证的市电。也可在特别重要负荷设备处再设UPS电源。
3．3对“供配电系统设计规范"GB50052-95第2．0．2条的理解与执行：
此条规定：“一级负荷由两个电源供电”，两个“电源不应同时损坏”一般作法是双电源末端互投。在有些情况下，例如特别重要的体育比赛照明或特别重要公共场所的照明被列为一级负荷时，两个电源可各带一半负荷。
另外，在此条中还规定：“严禁将其他负荷接人应急供电系统”。在<民用建筑电气设计规范>JGJ／T16-92(以下简称“民规”)第3．1．9．2条中也有同样的规定。这一规定是为了提高特别重要负荷设备的供电可靠性，减小第三电源需要的容量。笔者认为，这个“应急供电系统”是否可以理解为设在特别重要负荷附近的，为它供电的UPS等“应急供电系统”。不应将设在变电所内的柴油发电机组及其应急母线纳入“严禁将其他负荷接入”的“应急供电系统”之列。这样，自备柴油发电机组在满足特别重要负荷供电可靠性的前提下，再将一级负荷接在变电所内的应急母线上，并不会对特别重要负荷的供电有大的影响，且提高了一级负荷的供电可靠性。这种做法是结合民用建筑供电系统的实际情况和民用建筑中用电设备的特点，在不违背规范的本意的前提下，可充分发挥柴油发电机组的作用。但必须做到将一级负荷和特别重要负荷分开回路供电。
在“全国民用建筑工程设计技术措施”第5页中指出“不同级别的负荷，不应共用供电回路，为一级负荷供电的回路中，不应接人其他级别的负荷”；同时还指出“为特别重要负荷设备供电的回路中，严禁接入其他级别的负荷”。这样规定，在满足特别重要负荷供电可靠性的基础上，同时保证了一级负荷的供电。但必须特别注意：当某个回路出现故障时，它们的保护设备必须有选择的断开故障回路，保证不相互影响，尤其是不能影响特别重要负荷的供电。
图6三路高压两用一备为特别重要负荷供电
图7典型的(含特别重要负荷的)低压供电系统图.jpg)
论文作者:程显娟
论文发表刊物:《防护工程》2018年第13期
论文发表时间:2018/10/24
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