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有一级负荷时的供配电系统设计探讨

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1问题的提出 《高层民用建筑设计防火规范》简称《高规》中第9.1.1条:高层建筑的消防控制室、消防水泵、消防电梯、防烟排烟设施、火灾自动报警、漏电火灾报警系统、自动灭火系统、应急照明…等消防用电,应按现行的国家标准《供配电系统设计规范》GB50052的规定进行设计,一类高层建筑应按一级负荷要求供电,二类高层建筑应按二级负荷要求供电。 《高规》9.1.1条,又对一级负荷供电作了规定:结合目前我国经济、技术条件和供电情况,凡符合下列条件之一的,均可视为一级负荷供电:

1问题的提出
高层民用建筑设计防火规范》简称《高规》中第9.1.1条:高层建筑消防控制室消防水泵、消防电梯、防烟排烟设施、火灾自动报警、漏电火灾报警系统、自动灭火系统、应急照明…等消防用电,应按现行的国家标准《供配电系统设计规范》GB50052的规定进行设计,一类高层建筑应按一级负荷要求供电,二类高层建筑应按二级负荷要求供电。
《高规》9.1.1条,又对一级负荷供电作了规定:结合目前我国经济、技术条件和供电情况,凡符合下列条件之一的,均可视为一级负荷供电:
(1)电源来自两个不同发电厂;
(2)电源来自两个区域变电站(电压在35kV及其以上);
(3)电源来自一个区域变电站,另一个设有自备发电设备。
供配电系统设计规范》简称《供规》GB50052—95中对一级负荷供电的论述:第2.0.2条一级负荷的供电电源应符合下列规定:(1)一级负荷应由两个电源供电,当一个电源发生故障时,另一个电源不应同时受到损坏;(2)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。
第3.0.3条供配电系统的设计,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。
民用建筑电气设计规范》简称《民规》JGJl6—2008中,对一级负荷供电的论述,基本上与《供规》相同。
2分岐与认识
2.1从两个国标规范论述的差异以及目前存在的问题,可明显看出《高规》严于《供规》。
住宅小区一类高层居住建筑,它的消防设备为一级负荷,需要用一级负荷的供电方式,其电源必须有两个发电厂或两个区域变电站分别引来或一个电源来自一个区域变电站,另一个电源为自备发电设备。事实上,对这种居住建筑工程,一般很难满足以上要求,其中主要是经济问题,亦有引接线路困难等技术问题,对这样一个模式的普通高层住宅,是否需要按以上标准来作,认识上难以一致。一种意见:一个多机组的电厂或有两回高压进线和两台变压器以上的变电站,从不同的母线段引出的两条线路,应该认为是两个电源。因为以上电厂和变电站内,一般装有双母线或单母线分段,进线或母线分段上装有备用自投(BZT)或自动重合闸(ZCH)装置,只要经常维护和正确操作,在一个回路检修或故障的同时,另一回路又发生故障的机会是很少的,可以作为一级负荷供电。另一种意见:一个电厂、一个变电站甚至一个电网都有可能停电,所以从一个电厂或一个变电站引出两个回路,不能算是独立电源,只有从两个电厂或两个区域变电站或一个区域变电站和一个自备发电设备引来的两个回路才算是独立电源,才能保证一级负荷供电。
当前我国许多城市供电基础设施还比较落后,电网结构还比较簿弱,有些地区还缺电少电,要达到为这些建筑提供严格意义上的独立电源,尚需与城市电网的协调发展紧密结合,加快对电网的建设,提高城市电网对高层居住建筑大量兴起后的适应能力,因此电气设计者要适度掌握供电可靠性的这个尺度。
2.2在《供规》第2.0.2条的条文说明中对一级负荷及特别重要负荷的供电要求
(1)对一级负荷应由两个电源供电,作了较明确规定,即两个电源不能同时损坏,因为只有满足这个基本条件,才可能维持其中一个电源继续供电,这是必须满足的要求。
(2)一级负荷中特别重要负荷的供电要求。近年来供电系统的运行实践经验证明,从电力网引接两回路电源进线加备用自投(BZT)的供电方式,不能满足一级负荷中特别重要负荷对供电可靠性及连续性的要求,要由与电网不并列的独立的应急电源供电。
由上看出《供规》原则而明确,对一级负荷的供电,只要有两个不会同时损坏的电源供电,就能满足一级负荷供电要求,这是基本条件,即一个电源故障时,另一电源能在允许的停电时间内自动投入,使一级负荷用电设备能继续工作或自动装置能跳开故障点,不影响一级负荷用电设备的继续工作,这种短暂的停电时间,对一级负荷供电是允许的,两个电源亦并不要求一定要有两个电厂或两个区域变电站分别引来。
对一级负荷的供电,不考虑一个电源系统检修或故障的同时另一个电源系统又发生故障进行设计,即不考虑重复故障。对一级负荷中特别重要负荷的供电,才需要除从电力网引两回独立电源外,还要装设与电网不并列的,独立的应急电源。
《高规》将《供规》中对一级负荷供电可靠性的要求全面提升了,规定电源来自两个发电厂或来自两个35kV及以上的区域变电站或电源来自一个区域变电站,另一个设有自备发电设备,才可视为一级负荷供电,这比《供规》的要求高了很多,要达到这个要求,难度较大、投资亦多,从《供规》中对电源的要求还可看出,建筑物中有特别重要的负荷时,才对第三电源做了严格要求。
通过近几年的实践,对《高规》中规定的一类高层住宅,其中的消防设备为一级负荷(通常无特别重要负荷),设计时一般申请不到从两个电厂或两个区域变电所引来的双电源,其原因是多方面的,有城区引线较困难的问题,亦有对这种供电方式收费较贵,提高了住宅成本的问题,以及供电企业对《高规》的规定是否认同的问题。
目前一般做法:根据供电企业的意见,从电网引来两回同时工作或一工一备(实际常与邻近其它用户搭伴使用)的线路,设计人员在此情况下,有的在设计中为满足《高规》的要求,为减少业主的投资费用,采用一路城网电源,一路装设一台柴油发电机组。据了解也有电气设计人员,为了能符合规范的要求,在已有从电网引来两回同时工作或一工一备的线路时,考虑到电源可能不可靠,按《高规》标准,还设计了一台柴油发电机,有的设计预留柴油发电机的位置。若申请的电源满足要求,就不装柴油发电机,否则就装上,机动灵活。
2.3分析和意见
(1)《民用建筑电气设计规范》JGJl6—2008规定:正常情况下,中断供电在政治、经济上所造成的损失和影响等因素,将负荷分为三级,见附表。
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从附表中可以看出:消防负荷不在以上的分级范围内。消防设备负荷除火灾自动报警装置,兼用的消防电梯,疏散照明平时需要工作以外,其它的消防设备长期备用,又可能备而不用。
一般高层居住建筑中,正常情况下,大部分是二级和三级负荷,只有在火灾时,消防设备才启动,此时才有一级负荷,所以说消防设备负荷虽是一级负荷,但不是经常运行的一级负荷。至于平时有少量的一级负荷,如火灾自动报警系统的设备,需要经常不停地监测火情,楼道内的疏散照明等用电,一般做法是可采用蓄电池解决。
(2)根据《供规》第3.0.3条说明“多年运行经验证明,变压器和线路都是可靠的供配电元件,用电单位在一个电源检修或事故的同时另一电源又发生事故的情况是很少的,而且这种事故往往都是由于误操作造成,在加强维护管理,健全必要的规章制度后是可以避免的,如果不着眼于维护水平的提高,只在供配电系统上层层保险,过多地建设电源线路和变电所,不但造成大量浪费而且事故也终难避免。”由此看出:一个多台发电机组的发电厂和两台变压器以上的变电站,而且都具有完善的继电保护和自动装置,并设有双母线或单母线分段,应该说已经具备了两个电源的必要条件,从不同母线段引出的双回路,可以作为一级负荷供电。
高层居住建筑中除自动报警系统(这部份负荷很小,而且有自带蓄电池)以外,大部分的消防设备是可以短时停电的,只要消防设备的允许停电时间(按有关规范规定,消防设备两个电源的切换时间为30秒,疏散照明的电源转换时间为15秒),大于备用自投(BZT)或重合闸(ZCH)的时间(一般为数秒)。因此两个电源在正常情况分开运行,事故时,能备用自投(BZT)和自动重合(ZCH)的双回路,其供电可靠性和连续性是可以满足消防一级负荷供电的。
(3)高层公共建筑由于功能繁多和设施的重要,这类建筑中的电梯、水泵、消防及救生设备,都对供电的可靠性有着较高的要求,几乎每栋高层建筑都有一级或二级负荷,有些建筑中还有特别重要的负荷,造成了不少的高层公共建筑各自采用柴油发电机作为应急电源的供电方式,这样既增加了投资,又不利于环保和火灾的防止。因此,在有条件的地方,应本着统筹兼顾,互助互惠的原则,从整体考虑,一方面要不断提高电网的供电可靠性,同时亦要鼓励受电单位之间能相互联络,相互提供备用电源,必须装设的自备柴油发电机组,也可考虑共同投资,合建使用。
3结论
(1)正常情况下,如中断电源会对经常运行的一级负荷,在政治上或经济上造成重大损失,但对消防设备负荷来说,如不发生火灾,即使电源突然中断,亦不会有什么大的影响,但一旦发生火灾,所有消防设备均启动运行,此时如中断电源,将会造成严重后果。由于这是在两种不同时间(正常时和火灾时)出现的一级负荷,在考虑供电的思路上以及处理的方式上,亦应该有所不同。(2)对一般高层居住建筑中的消防负荷,应按照《供规》第3.0.3条的规定,“供配电系统设计,除一级负荷中特别重要负荷外,不应按一个电源检修或事故的同时另一电源又发生故障进行设计”,何况火灾又不是经常发生,可以不考虑两个电源同时故障的同时又发生火灾的稀有情况。(3)对一类高层居住建筑的供电,应采用可靠的双电源,但供电线路不一定要求来自两个电厂或两个区域变电站,可以采用两回路引自一个电厂或一个区域变电站的两个不同母线段。(4)对于重要的战略目标,从战备和政治影响考虑,不仅需要严格的独立电源,而且还要设置可靠的自备发电设备。

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