对一级负荷供电要求的探讨及供电方案的分析

1、 BUILDINGELECTRICITY2010年第期Sep.2010Vol.29No.99Zhang Jiafu (China Southwest Architectural Design and Research Institute CORP.LTD ,Chengdu 610081,China 张家富(中国建筑西南设计研究院有限公司,成都市610081Discussion on Power Supply Requirements of First Grade Loads and Analysison Power Supply Scheme对一级负荷供电要求的探讨及供电方案的分析摘要探讨规范

2、对一级负荷供电要求的规定;分析双电源回路末端切换供电方式与双电源首端切换单回路供电方式,比较其供电可靠性及建设投资,提出合理选择一级负荷供电方式的策略。关键词一级负荷供电要求两个电源双重电源双电源回路末端切换双电源首端切换单回路供电0引言全国民用建筑工程设计技术措施(2009电气(以下简称措施第2.3.1条12款规定:“为一级负荷设备供电的两个电源回路,应在最末一级配电(或控制装置处自动切换。”自从该措施2009年发布后,在工程设计中对一级负荷,特别是对非消防一级负荷的供电方式常常引起争论。争论的焦点是:规范对一级负荷是否要求采用双电源回路末端切换?为了得到正确的认识,笔者梳理了有关设计规范,

3、一方面探讨规范是否要求“一级负荷应采用双电源回路末端切换”,另一方面分析双电源回路末端切换的优缺点,以期合理选用非消防一级负荷的供电方式。1规范对一级负荷供电要求的有关规定供电系统包括供电电源和连接到电气设备端子的电气回路。笔者据此查寻规范对一级负荷供电电源和供电回路的相关规定。民用建筑设计遵循的现行国家及行业标准中,对一级负荷供电电源和供电回路作出规定的主要有以下规范:a .GB 50052-2009供配电系统设计规范(以下简称供规;b .JGJ 16-2008民用建筑电气设计规范(以下简称民规;c .GB 50045-95高层民用建筑设计防火规范(2005年版,以下简称高规;d.GB500

4、16-2006建筑设计防火规范(以下简称建规;e .GB 5048-2004安全防范工程技术规范(以下简称安规。1.1规范对一级负荷供电电源的要求供规第3.0.2条:“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。”民规第3.2.8条:“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。”1.2规范对一级负荷的供电回路的要求一般对用电负荷供电回路的要求包括两个方面,一是采用放射式还是树干式,二是采用单回路还是双回路。本文引言所提问题争论的焦点是后者,故本文Abstract The article discusses the requireme

5、nts onthe power supply of first grade loads in the standards and based on the analysis of terminal switching mode of double supply loop and head end switching mode of double supply single loop ,compares the power supply reliability and construction investment and introduces a solution to the selecti

6、on of reasonable power supply mode of first grade loads.Key words First grade loadPower supplyrequirementDoublesupplyDuplicatedsupply Terminal switching of double supply loop Head endswitching of double supply single circuit32472对一级负荷供电要求的探讨及供电方案的分析(张家富图1双电源回路末端切换供电方式Fig.1Terminal switching loop of

7、double supply mode图2双电源首端切换单回路供电方式Fig.2Head end switching loop of double supply single mode讨论的对供电回路的要求均限定为是否采用双电源回路末端切换。1.2.1规范对消防负荷是否要求采用双电源回路末端切换的规定高规第9.1.2条:“高层建筑的消防控制室、消防水泵、消防电梯、防烟排烟风机等的供电,应在最末一级配电箱处设置自动切换装置。”建规第11.1.5条:“消防控制室、消防水泵房、防烟与排烟风机房的消防用电设备及消防电梯等的供电,应在其配电线路的最末一级配电箱处设置自动切换装置。”民规第13.9.6条:“

8、消防水泵、消防电梯、防烟与排烟风机等的两个供电回路,应在最末一级配电箱处设置自动切换。”1.2.2规范对非消防负荷是否要求采用双电源回路末端切换的规定民规第10.7.4条:“重要的照明负荷,宜在负荷末级配电盘采用自动切换电源的方式供电,负荷较大时,可采用由两个专用回路各带50%的照明灯具的配电方式。”安规第3.12.1条:“宜采用两路独立电源供电,并在末端自动切换。”2对非消防一级负荷供电方案出现争论的原因分析从以上规范的规定不难看出:a .一级负荷,不管是消防负荷还是非消防负荷,均明确要求两个电源供电。b.消防负荷,无论是一级还是二级甚至三级,均明确要求采用双回路末端切换。c.对非消防一级负

9、荷没有明确要求应采用双回路末端切换(民规第10.7.4条,安规第3.12.1条虽然对非消防负荷采用双回路末端切换有所提及,但对负荷的性质有所限定且未明确是一级负荷,规定的是“宜”而没用表示严格的“应”。基于以上三点,设计人员对消防负荷的供电要求容易形成统一的认识,在工程设计中一般都采用图1的供电方案;而对于非消防一级负荷的供电要求就出现了不同的理解,在工程设计中既有图1的作法又有图2的作法(TM 1与TM 2的电源来自两个不同电厂或区域变电站,或TM 2换为自备发电机组。当然还有其他加上树干式供电和中间二次配电的衍生作法,在此不作讨论。为什么对非消防一级负荷的供电会出现不同的设计方案呢?设计人

10、员对规范中关于一级负荷供电要求的理解不同固然是原因之一,最关键的原因是规范中没有明确规定“一级负荷应采用双电源回路末端切换”。但措施中对此有明确的规定,为何设计人员对此规定没有统一执行呢?就在于技术措施不同于规范。规范作为指导设计的技术性法规,具有无可争议的权威性。而编制技术措施的目的只是为了更好地33473 BUILDINGELECTRICITY2010年第期Sep.2010Vol.29No.99贯彻现行技术法规及技术标准,供设计单位参照使用,也可供管理部门、建设单位和教学、科研、施工、监理等人员参考。措施虽然不具有规范那样强的约束力,但作为国家建设主管部门组织国内多家设计单位编制的、用以指

11、导民用建筑设计的技术文件,笔者认为每一条款都有其存在的合理性。是不是规范条款中本身隐含有“一级负荷应采用双电源回路末端切换”的要求,然后措施据此作出相关规定呢?3对规范是否隐含“一级负荷应采用双电源回路末端切换”要求的探讨对“采用双回路末端切换”有所提及的规范条款包括:高规第9.1.2条;建规第11.1.5条;民规第13.9.6条、第10.7.4条;安规第3.12.1条。以上共5条规范条款,虽然都提到“应采用双回路末端切换”或“宜采用双回路末端切换”,但对负荷的性质都有限制。如:前3条是针对消防负荷规定的应在最末一级配电箱处设置自动切换装置;第4条是针对重要照明负荷规定的宜在末级配电箱处采用自

12、动切换电源的方式供电,并且规定当照明负荷较大时,可以采用两个专用回路各带50%的照明灯具的措施而不必一定要采用双回路末端切换;第5条是针对安全防范系统的用电,规定宜采用两路独立电源供电,并在末端自动切换。根据这些条款推导“一级负荷应采用双回路末端切换”显然不具说服力。剩下的有关一级负荷供电要求的条款就只有两条,即供规第3.0.2条和民规第3.2.8条。这两条笔者在前面已将其列为规范对一级负荷供电电源的要求,其理由如下:a.从字面看,“一级负荷应由两个电源供电”是对一级负荷供电电源的数量作出规定,而“当一个电源故障时,另一个电源不应同时受到损坏”则是对一级负荷应由两个什么样的电源供电作补充规定。

13、按高规9.1.1条的条文说明,来自两个不同发电厂的电源或者来自两个区域变电站(电压在35kV 及35kV 以上的电源,以及一电源来自区域变电站,另一电源来自自备发电设备,这样的两个电源均可视为满足一级负荷供电的两个电源。b.对民规第3.2.8条条文说明的理解。该条文说明原文如下:“规定一级负荷应由两个电源供电,而且不能同时损坏。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。两个电源宜同时工作,也可一用一备。”从条文说明可以得到两条信息。其一是进一步确认该条款只是针对一级负荷供电电源的要求;其二是规范规定的两个不应同时受到损坏的电源其不同时受损的点只限定到10/0

14、.4kV 变压器的低压母排,至于低压母排后的馈电线路故障,引起两个电源均不能向用电设备供电,显然不是此条款所说的两个电源同时受到损坏的范畴。因为对同一用电设备采用两个低压电源供电,两个电源只能是一用一备,无法做到同时工作。笔者也注意到,在关于一级负荷供电要求的条款中,2010年7月1日实施的现行供规引入了“双重电源”这一概念。供规第2.0.2条对“双重电源”定义为:“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。”单从供规3.0.2条:“一级负荷应由双重电源供电”,以及对“双重电源”的定义,很容易理解为一级负荷应由两个电源供电,且电源到一级负荷设备的线路也必须相

15、互独立。如果这样理解的话,由此得到的结论是:一级负荷应由双电源,双回路末端切换供电。然而这里似存在几个疑点:a.供规第2.0.2条对“双重电源”定义中提到的电路包不包括低压电路?规范条款没有明确。在供规中有一处间接提到低压电路,即第2.0.3条对“应急供电系统”的定义中有这样一段注释:“供电系统包括电源和连接到电气设备端子的电气回路。在某些场合,它也可以包括设备。”此处提到的电气回路是包括低压电路的,但其目的是明确供规第3.0.3条1款中提到的“应急供电系统”的组成部分。b.“双重电源”和以往规范中的“两个电源”究竟有无区别?供规第3.0.2条的条文说明告诉我们“双重电源”一词引用了国际电工词

16、汇中的术语“duplicate supply ”。“两个电源”是否也是根据该词汇翻译过来的笔者无从考证,但从其条文说明“因地区大电力网在主网电压上部是并网的,用电部门无论从电源取几回电源进线,也无法得到严格意义上的两个独立电源。所以这里指的双重电源可以是”34474对一级负荷供电要求的探讨及供电方案的分析(张家富设备及材料双电源回路末端切换(图1双电源首端切换单回路供电(图2变配电所切换装置ATSE1台ATSE 断路器2n 台断路器n +2台断路器线缆2n 回干线n 回干线配电箱切换装置ATSE n 台ATSE 保护及控制元件与图2同与图1同表2投资比较Tab.2Comparison of i

17、nvestment故障点或故障源双电源回路末端切换(图1双电源首端切换单回路供电(图2一个电源故障不影响另一个电源供电不影响另一个电源供电切换装置ATSE 故障变配电所ATSE 故障全部一级负荷中断供电配电箱ATSE 故障部分一级负荷中断供电线路故障由对应的备用回路供电故障线路的一级负荷中断供电表1供电可靠性比较Tab.1Comparison of power supply reliability来看,现行供规所提的“双重电源”与“两个电源”没有区别。c.规范是指导设计的技术法规,会用深奥的或需设计人员进行深入分析的文字来明确其规定的内容吗?显然不会。如果双电源回路末端切换供电对一级负荷那么重

18、要,规范一定会也应该明确无误地表述。但规范没有这样的表述。不仅对一级负荷没有,对一级负荷中特别重要负荷也只字未提双回路末端切换。根据以上分析,笔者认为现行规范没有规定“一级负荷应采用双电源回路末端切换供电”。4简析双电源回路末端切换供电方式的优劣笔者在前面用了较长的篇幅探讨规范条款,目的只是证明现行规范没有规定“一级负荷应采用双电源回路末端切换供电”。规范没有规定当然可以不采用,反过来说也不禁用。事实上现行规范将用电负荷分为三级(一级负荷中特别重要负荷包含在一级负荷中,一级负荷作为级别最高的负荷,其对供电可靠性的要求也最高,措施规定“一级负荷应采用双电源回路末端切换供电”也有其道理。笔者想进一

19、步探讨的是,在现行规范的框架内,是否所有一级负荷均有必要采用这一供电方式。这就需要先了解双电源回路末端切换供电方式(图1与双电源首端切换单回路供电方式(图2的优劣,并对其供电可靠性和建设投资进行比对。4.1对供电可靠性的分析比较(见表1切换装置出现故障,图1供电方式影响范围较小,图2供电方式影响范围较大。但由于图1使用ATSE 数量多,出现故障的几率也较高,若通过使用质优价高的高端品牌ATSE 减少故障,投资上势必增加很多。图2由于只用了一台ATSE ,有条件采用质优价高的ATSE ,甚至可以采用高端品牌中带旁路环节的ATSE ,即便切换装置故障,仍然可以保持对一级负荷的继续供电。线路故障时,

20、图1有备用线路,图2没有备用线路。从这点来看,图1供电可靠性明显高于图2。但供规第4.0.3条的条文说明提供了这样一条信息:“多年的运行经验证明,变压器和线路都是可靠的供电元件”。的确,在大家接触的范围内,听说电气元件出现故障是常有的,很少听到电缆线路出现故障。增加一倍的投入,为本来可靠性就较高的供电电缆提供备份,是否对所有的一级负荷都有此必要呢?4.2对建设投资的分析比较(见表2由表2可见,图2的供电方式比图1的供电方式少占资源,节省投资。且供电回路数越多,供电路径越远,两者投资的差距也越明显。从上述对双电源回路末端切换供电与双电源首端切换单回路供电在供电可靠性及建设投资方面的比较,可以看出

21、:前者供电的可靠性略高,切换装置故障影响的供电范围较小,但为此付出的代价是增加了电气装置及线路的建设投资。5合理选用一级负荷的供电方式按规范要求,一级负荷应由两个电源供电。对一级负荷中的照明负荷,可以依据规范,采用从两个电源各引一回路,分别带50%的照明灯具的措施,而不必采用双回路末端切换也不必首端切换。但对于一级负荷中的用电设备,在设备没有备份的情况下,又要满足两个电源供电,那只能选择双电源回路末端切换或双电源首端切换单回路供电。究竟采用哪种方式更合理呢?现行规范将用电负荷分为三级,仅给出原则性35475 BUILDINGELECTRICITY2010年第期Sep.2010Vol.29No.

22、99Yin Xue (China Southwest Architectural Design and Research Institute CORP.LTD ,Chengdu 610081,China 银雪(中国建筑西南设计研究院有限公司,成都市610081Application of Low -voltage Motor Protection Controller低压电动机保护控制器的使用Abstract The article describes the protection function ,control function and application scope of low

23、-voltage motor protection controller ,showing the notable problems in the engineering application ,and making comparison of motor protection controller ,soft -starter and frequency converter.Key words Low -voltage motor protection controller Protection function Control function Application scope的分级规

24、定,设计人员对非消防一、二级负荷较难把握。民规附录A 中表A 划分的负荷级别,似乎太笼统,没有考虑建筑的性质、用途及规模等。如该表中将所有一类高层的走道照明、值班照明、电梯、排污泵、生活泵等均划为一级负荷。而一类高层的范围太广,种类太多。可以是重要的或人员密集的大型建筑,像商贸中心、综合医院等等,也可以是人员并不太密集或重要性并不明显的建筑,像普通办公楼甚至19层的普通住宅。这些一级负荷是否都有必要按措施的要求采用双电源回路末端切换供电呢?设计应遵守相关规范。对于供配电系统的设计首先面临的就是如何正确划分负荷级别,然后根据负荷性质、用电容量、工程特点等合理确定供电方案。针对非消防一级负荷,究竟该选用双电源回路末端切换还是选用双电源首端切换单回路供电,在现行规范的框