《供配电系统设计规范》分析与研究

核心提示：文章结合《供配电》的宣贯，就消防设备负荷特性与特别重要负荷、双重电源与两回线路、用电单位与用电设备、应急电源与备用电源、无功补偿、带电导体等作深入的分析与研究，其成果颇具实用性。厦门市建筑电气技术协作情报网曾在２０１１年举行了一次别开生面的ＧＢ５００５２－２００９《供配电系统设计规范》设计沙龙以下简称《供配电》，笔者应邀做主导发言。本文通过对规范的理解发现问题、提出问题，并希望以此继续推进供配电系统设计水平。
１　识别消防用电设备的负荷特性
目前，笔者从规范可查见ＪＧＪ　１６－２００８《民用建筑电气设计规范》（以下简称《民规》）３．２．３条第３款规定“特级体育场馆的应急照明为一级负荷中特别重要负荷；”ＪＧＪ３１－２００３《体育建筑设计规范》１０．３．１条第１、２款分别规定：“甲级以上体育场、体育馆、游泳馆的比赛厅（场）等用电设备，电力负荷应为一级，特级体育设施应为特别重要负荷；”“……电气消防用电设备负荷等级应为该工程最高负荷等级”。除此之外，其他消防负荷尚无定性为一级负荷中特别重要负荷，其负荷级别按有关规范确定。例如《民规》３．２．３条第１款规定，高度不超过１００ｍ的一类高层建筑的消防控制室、高度为１５０ｍ的高层建筑（属一类高层建筑）的火灾应急照明均为一级负荷。
２　一级负荷供电要求两个电源变为双重电源
２００９版《供配电》规范对一级负荷的供电要求从９５版《供配电》的两个电源变双重电源。
《供配电》第３．０．２条规定，一级负荷应由“双重电源”供电，当一电源发生故障时，另一电源不应同时受到损坏。其条文说明指出，一级负荷的供电应由双重电源供电，而且不能同时损坏，只有满足这两个基本条件，才可能维持其中一个电源继续供电，这是必须满足的条件。双重电源可一用一备，也可同时工作，各供一部分负荷。而原９５版《供配电》２．０．２条规定，一级负荷应由“两个电源”供电；当一个电源发生故障时，另一电源不应同时受到损坏。
３　识别双重电源
２００９版《供配电》引入了双重电源的概念。２．０．２条对其定义是“一个负荷的电源是由两个电路提供的，这两个电路就安全供电而言被认为是相互独立的。”
３．１ 认识双重电源的特征
两个电源、两回线路、双重电源都要求有两个“独立线路”。两个电源要求独立的电源；两回线路不要求独立的电源；双重电源则强调“电源相对独立”。
由此可见，２００９版《供配电》对一级负荷的供电要求相对宽松，且更具操作性。
３．２ 从电力网结构识别双重电源
《供配电》３．０．２条的条文说明指出，因地区大电力网在主网电压上部是并网的，用电单位无论从电网取几回电源进线，也无法得到严格意义上的两个独立电源。所以双重电源可以是分别来自不同电网的电源，或者来自同一电网但在运行时电路互相之间联系很弱，或者来自同一个电网但其间的电气距离较远，一个电源系统任意一处出现异常运行时或发生短路故障时，另一个电源仍能不中断供电。上述三种情况的电源都可视为双重电源。
３．３ 从城市供电方案识别双重电源
用以下四个城市供电方案举例：①两路电源分别来自“两个区域变电站（电压在３５ｋＶ及以上）”；②两路电源分别来自“取自两个相对独立电源的有多台变压器单独运行的同一变电站中的两段母线”；③两路电源分别来自“取自两个相对独立电源的１０ｋＶ开闭所的同一母线段”；④两路电源分别来自“环网供电（开环运行）的节点上”。
依据上述３．２节援引《供配电》３．０．２条的条文说明，上述供电方案①是由两个电气距离较远提供的双电源；供电方案②是由来自同一电网但在运行时电路互相之间联系很弱的双电源。所以可以确定方案①、②符合双重电源条件。供电方案③１０ｋＶ开闭所取自两个相对独立的电源，但两回线路来自同一母线段，电源没有相对独立，一个电源系统任意一处出现异常运行时或发生短路故障时，另一个电源将中断供电。因此，方案③不能视为双重电源。供电方案④的环网运行方式，其双重电源应该具备的“电源强调相对独立、线路应有两个独立部分”的特征条件是否满足存有不确定性。有的环网供电运行方式合乎条件，如电源节点分别在开环处的不同侧；有的运行方式则不满足要求，如电源节点均在开环处的同一侧。可见，环网供电方案由于电源取自环上节点的不确定导致电源与线路均不能确定是否能同时满足双重电源的特征要求，因此不能视为双重电源。
下面援引四段权威性论述，以加深理解。ＧＢ５００４５－９５《高层民用建筑设计防火规范》２００５年版９．１．１条的条文说明中对一级负荷供电要求为：①电源来自两个不同发电厂；②电源来自两个≥３５/１０（６）ｋＶ区域变电站；③电源来自一个区域变电站，另一个设有自备发电设备。
福建省地方标准ＤＢ３５/Ｔ　１０３６—２０１０《１０ｋＶ及以下电力用户业扩工程技术规范》术语３．８双重电源：　由两个独立的供电线路向一个用电负荷实施的供电。这两条线路是由两个电源供电，即由两个变电站或一个有多台变压器单独运行的变电站中的两段母线分别提供的电源。其中一个电源故障时，不会因此而导致另一电源同时损坏。
福建省地方标准ＤＢ３５/Ｔ　１０３６—２０１０《１０ｋＶ及以下电力用户业扩工程技术规范》（以下简称《福建１０　ｋＶ业扩规范》）５．４．２．３款等，住宅小区二级负荷的供电宜采用双回线路或环网方式供电。
闽电营销〔２０１０〕１２３１号《福建省电力有限公司业扩供电方案编制规范（试行）》术语３．６双电源：指由两个独立的供电线路向同一个用电负荷实施的供电。这两条供电线路是由两个电源供电，即由来自两个不同方向的变电站或来自具有两回及以上进线的同一变电站内两段不同母线分别提供的电源。其中一个电源故障时，不会因此而导致另一电源同时损坏。由开关站（开闭所）提供的电源视为前端变电站供电母线的延伸。
４　用电单位负荷级别确定
（1）建立“用电单位”和“用电设备”概念
《供配电》３．０．１条第１款、第３款及其条文说明对电力负荷有“用电单位”（或称为“用户”）和“用电设备”的提法。以“用电单位”识别负荷等级，如大型博物馆、高层普通住宅楼，便于工程整体对外申请用电；以“用电设备”识别负荷级别，如四星级宾馆的餐厅照明用电、大型商场的空调电力用电，便于实现工程内部的供配电。
（2）定量确定用电单位负荷特性
除按规范的规定设计，除定性确定用电单位负荷特性外，还可以定量确定用电单位负荷特性。
对一个区域（如由多栋单体建筑组成的某一文化中心）的用电负荷在整体上进行确定，其目的是确定整个区域的供电方案以及作为向外申请用电的依据。下面举四个正反面案例分析：
①区域内只有少量的用电设备使用连续性要求高，不允许中断供电，其负荷为一级负荷，而其他用电设备性质为二级负荷，则整个区域的用电负荷确定为二级负荷。
根据《供配电》３．０．１条的条文说明，在一个区域内，当用电负荷中一级负荷所占的数量和容量都较少时，而二级负荷所占的数量和容量较大时，本区域的负荷作为一个整体可以认为是二级负荷。
②区域内只有少量的用电设备使用，连续性要求高，不允许中断供电，其负荷为一级负荷，而其它用电设备性质为二级负荷，由于区域内最高负荷级别为一级负荷，因此，整个区域的用电负荷确定为一级负荷。
区域内只有少量的一级负荷用电设备，而大多数其它用电设备性质为二级负荷，本区域的负荷作为一个整体可以认为是二级负荷用电单位，而不能根据区域内用电设备负荷级别最高为一级来推断整个区域的用电负荷为一级负荷。
③一个区域负荷特性是二级负荷，则对整个区域按照二级负荷的供电要求进行供电，对其中少量的一级负荷中特别重要的负荷服从于整个区域供电方案，也按二级负荷进行供电。
一级负荷中特别重要的负荷的供电措施高于二级负荷，因此对一级负荷中特别重要的负荷如服从于整个区域按二级负荷的供电方案，不能满足特别重要负荷的供电要求。
④一个区域负荷特性是二级负荷，则对整个区域按照二级负荷的供电要求进行供电，对其中少量的一级负荷中特别重要的负荷按照规定供电。
根据《供配电》第３．０．１条的条文说明最后一段倒数第五行，如果区域负荷特性是二级负荷，则对整个区域按照二级负荷的供电要求进行供电，对其中少量的特别重要负荷按照规定供电。
由此可见，在确定一个区域的负荷特性时，可分别统计特别重要负荷，一、二、三级负荷的数量和容量，并在此基础上确定整个区域的供电方案来作为向供电部门申请用电的依据。
５　二级负荷供电要求可一回变为应两回
（1）二级负荷供电要求新旧规范的区别
２００９版《供配电》第３．０．７条，“……宜由两回线路供电。在负荷较小或地区供电条件困难时，二级负荷可由一回６ｋＶ及以上专用的架空线路供电”。
９５版《供配电》２．０．６条，“……宜由两回线路供电。在负荷较小或地区供电条件困难时，二级负荷可由一回６ｋＶ及以上专用的架空线路或电缆供电。当采用架空线时，可由一回架空线供电；当采用电缆线路时，应采用两根电缆组成的线路供电，其每根电缆应能承受１００％的二级负荷”。　
相同点是：１）宜由两回线路供电；２）在负荷较小或地区供电条件困难时，二级负荷可由一回６ｋＶ及以上专用的架空线路供电。
不同点是：“在负荷较小或地区供电条件困难时”，９５版《供配电》允许一回６ｋＶ及以上由两根电缆组成的专用线路供电，即可以一回电缆线路，占用一个出线间隔，而２００９版《供配电》删除了这一供电措施的内容，即要中规中矩采用两回电缆线路，占用两个出线间隔。正如２００９版《供配电》３．０．７条的条文说明指出的，只有当负荷较小，或地区供电条件困难时，才允许由一回６ｋＶ及以上的专用架空线供电。这点主要考虑电缆发生故障后有时检查故障点和修复需时较长，而一般架空线路“修复方便”（此点和电缆的故障率无关）。当线路自配电所引出采用电缆线路时，应采用两回线路。
（2）环网供电可用于二级负荷用电单位
分析２００９版《供配电》３．０．７条条文说明，架空线路之所以在非常特殊情况下可作为二级负荷用电单位的备选供电方案是因为其“修复方便”，在较短时间内可以恢复供电。与其相类比，环网供电异曲同工。环网供电即便采用电缆敷设，当线路的某一部分出现故障，可以借助环网开关及时隔离故障部位，在较短时间内设法从两侧分别或单侧向负荷恢复正常供电，避免因检查电缆故障点和修复需时较长发生大面积停电事故，减少停电损失。因此，环网供电可用于二级负荷用电单位。正如《福建１０ｋＶ业扩规范》５．４．２．３款规定的“……住宅小区二级负荷的供电宜采用……环网方式供电”。
（3）二级负荷供电的基本要求是两回线路
不能以“宜”来曲解对二级负荷供电系统的基本要求是两回线路的本意。《供配电》３．０．７条采用“宜”一词，貌似没有严格规定，强制执行，其实是要给具备“负荷较小或地区供电条件困难、电压等级在６ｋＶ及以上、线路敷设为架空且专用”等为前提的特殊情况留出“活口”。正如该条条文说明所述“对二级负荷的供电方式，因其停电影响还是比较大的，故应由两回供电。”
６　认识 应急电源
（1）应急电源不同于备用电源
应急电源又称安全设施电源，是用作应急供电系统组成部分的电源，是为了人体和家畜的健康和安全，为避免对环境或其它设备造成损失的电源，如由双重电源供电外再增设的ＵＰＳ.
备用电源是当正常电源断电时，由于非安全原因用来维持电气装置或其某些部分所需的电源，如消防类自备发电机组。
由上可见，应急电源与备用电源是两个完全不同用途的电源，其重要区别在于服务对象在所谓“安全”方面的不同。应急电源服务对象的“安全”要求是指非人为因素伤害的“安全”，英语称之为“Ｓａｆｅｔｙ”，是安全的自然属性；而备用电源服务对象的“非安全原因”不是指自然因素而是指人为因素的缘故带来的事故。如英语“Ｓｅｃｕｒｉｔｙ”也译为“安全”一样，这种事故属安全的社会属性。
（2）应急电源专为特别重要负荷增设
《供配电》３．０．３条第１款规定一级负荷中特别重要的负荷供电除应由双重电源供电外，尚应增设应急电源，严禁将其它负荷接入应急供电系统。这是从安全角度考虑，其目的是为了防止其它负荷接入应急供电系统。例如，在１章提到的特级体育场馆的应急照明为一级负荷中特别重要的负荷，尚应增设应急电源。消防控制室的火灾备用照明不是一级负荷中特别重要负荷，无需增设应急电源，更不可以接入应急供电系统。
由此可见，应急电源是专为一级负荷中特别重要的负荷而增设的，他们是成双成对存在的，其供电系统也应自成体系。
（3）应急电源要求并非新内容
９５版《供配电》２．０．２条第２款规定，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，并严禁将其它负荷接入应急供电系统。相比较可见，２００９版《供配电》３．０．３条第１款是９５版《供配电》该条的再版，并非是新增内容。
７ 无功补偿
（1）民用建筑首次提出分散补偿方案
《供配电》６．０．４条第５款提出，在环境正常的建筑物内，低压电容器宜分散设置。其条文说明进一步阐述到，低压电容器分散布置在建筑物内可以补偿线路无功功率，相应地减少电能损耗及电压损失。……在正常环境的建筑物内，在进行就地补偿以后，宜在无功功率不大且相对集中的地方分散布置。在民用公共建筑中，宜按“楼层”分散布置；住宅小区宜在“每栋”或“每单元”底层设置配电小间，在其内考虑设置低压无功补偿装置。第６．０．５条文说明也阐述到，对于……整幢的民用建筑物或“其一层”需要进行无功补偿时的情况等。
目前，笔者还尚无“民用建筑分散补偿无功功率”的工程实例。如果分散补偿，管井或配电小间应预留安装补偿柜的空间，需要与建筑专业密切配合。ＧＢ５０３５２－２００５《民用建筑设计通则》８．３．５条提出了电气竖井净宽的要求，其条文说明的大样图可供电气提资参考。
（2）确定自动补偿取样电流信号ＣＴ数量
以节能为主，首要的是节约电能，应以补偿无功功率参数来调节。目前大部分自动补偿装置的信号只取一相参数，实际上是按功率因数补偿。根据电网运行经验，功率因数只反应相位，不反应无功功率。　这样可能会出现过补偿或负补偿，并且当三相不平衡时，功率因数值就不准确，负荷不平衡度越大，误差也越大，因此只有在三相负荷平衡时才可采用功率因数参数调节。
变电所设置的无功集中补偿，因为出线回路较多，某些回路不平衡，但到变压器低压侧出线口基本是平衡的，所以一般也只取一相ＣＴ.如果实施“民用建筑分散补偿无功功率”时，在安装补偿柜处负荷不平衡概率很大，基于节能目的采用无功功率参数调节，其自动补偿取样电流信号应注意使用三个ＣＴ.
８　带电导体
《供配电》７．０．１条列出低压配电带电导体系统的类型，其中带电导体是一个重要概念。ＧＢ５００５４－２０１１《低压配电设计规范》３．１．１１条第１款指出，除在ＴＮ－Ｓ系统中，当中性导体为可靠的地电位时可不断开外，应能断开所保护回路的所有“带电导体”。虽然，《供配电》没有具体明示哪些是带电导体，但《工业与民用配电设计手册》（第三版）第二章第五节的第二点载明：带电导体是指正常通过工作电流的导体，包括相线和中性线（Ｎ线及ＰＥＮ线），但不包括ＰＥ线。ＰＥ线为保护导体，其重要特征是正常工作时没有电流流过，故障时才有故障电流流过。