米來(lái)喜 劉家棟

(1.山西中方森特建筑工程設(shè)計(jì)研究院，山西太原 030002; 2.中外建工程設(shè)計(jì)與顧問(wèn)有限公司山西分公司，山西太原 030002)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各種新型建筑不斷出現(xiàn)，高層建筑、大型公共建筑隨處可見(jiàn)。用于建筑的材料、工藝也在不斷更新，對(duì)建筑的供電要求越來(lái)越高。如何使建筑的供電，尤其是建筑中重要負(fù)荷的供電得到保障是不可忽視的。供電級(jí)別較高的建筑，在正常情況下要能夠提供充足的電源，在正常使用的電源出現(xiàn)故障時(shí)也要有足夠的備用電源，當(dāng)建筑遇到緊急情況時(shí)(如:火災(zāi)、地震等)，也必須有應(yīng)急電源保證救災(zāi)和人員疏散，在任何情況下，人員的安全總是第一位的。本人與周圍的同事們?cè)诙嗄暝O(shè)計(jì)實(shí)踐中經(jīng)過(guò)討論和總結(jié)，對(duì)備用電源和應(yīng)急電源的設(shè)置形成了一些看法，在此處提出，希望得到同行們指正。

1 電源的分類

在當(dāng)今社會(huì)，任何建筑都需要消耗大量電能才能得以正常使用和運(yùn)轉(zhuǎn)，建筑消耗的電能，主要來(lái)源是國(guó)家或地區(qū)的電網(wǎng)，在電網(wǎng)不能保證供電或自身有特殊條件時(shí)也會(huì)以自備小型電廠作為主要電源或補(bǔ)充電源;在很多情況還會(huì)設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組和蓄電池儲(chǔ)能設(shè)備作為備用和應(yīng)急電源;根據(jù)建筑物用電特點(diǎn)，供電電源可按表1分類。

表1 供電電源分類表

本文主要討論一般場(chǎng)所的備用和應(yīng)急電源，不討論特殊場(chǎng)所。

2 如何選擇供電方案

根據(jù)現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，民用建筑的常用供電方案有下面幾種:1)對(duì)于一級(jí)負(fù)荷，電網(wǎng)能夠提供兩路電源，同時(shí)保證這兩路電源不會(huì)由于一路電源發(fā)生故障不能供電時(shí)，影響到另一路電源不能供電，在舊規(guī)范里稱之為兩路獨(dú)立電源。這兩路電源可以一路主要供電，另一路作為備用;也可以各自供部分負(fù)荷用電，同時(shí)互為備用。在沒(méi)有特別重要的一級(jí)負(fù)荷時(shí)，可不設(shè)發(fā)電機(jī)組等應(yīng)急電源。2)對(duì)于一級(jí)負(fù)荷，能夠有兩路電網(wǎng)電源供電，但不能保證這兩路電源不會(huì)由于一路電源發(fā)生故障不能供電時(shí)，影響到另一路電源，這兩路電源可以一路主要供電，另一路作為備用;也可以各自供部分負(fù)荷用電，同時(shí)互為備用。由于電源滿足不了負(fù)荷的供電需求，需要設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組或EPS等電源設(shè)備作為備用電源和消防應(yīng)急電源。3)對(duì)于一級(jí)負(fù)荷，只能有一路電網(wǎng)電源供電，外電滿足不了負(fù)荷的供電需求，必須設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)等電源設(shè)備作為備用電源和消防應(yīng)急電源。4)對(duì)于二級(jí)負(fù)荷，能夠有兩路電網(wǎng)電源供電，必須保證一路電源發(fā)生故障，另一路電源不受到損壞，這兩路電源可以一路主要供電，另一路作為備用;也可以各自供部分負(fù)荷用電，同時(shí)互為備用，可以不設(shè)發(fā)電機(jī)組等備用和應(yīng)急電源。5)對(duì)于二級(jí)負(fù)荷，當(dāng)只有一路電網(wǎng)電源供電時(shí)，外電滿足不了負(fù)荷的供電需求，也必須設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)等電源設(shè)備作為備用電源和消防應(yīng)急電源。6)對(duì)于二級(jí)負(fù)荷，在負(fù)荷較小或地區(qū)供電條件困難時(shí)，也可僅由一路電網(wǎng)電源供電而不設(shè)發(fā)電機(jī)組等應(yīng)急電源。但這路電源必須滿足以下條件之一:a.架空線路為6 kV及以上的專用線路;b.埋地敷設(shè)的線路須由兩根電纜組成，電纜截面適當(dāng)加大，保證線路的每根電纜能夠承受100%的二級(jí)負(fù)荷。7)當(dāng)僅有三級(jí)負(fù)荷時(shí)，由一路電網(wǎng)電源供電。對(duì)第2種～第6種供電方案，應(yīng)急照明需設(shè)蓄電池組或者燈具自帶蓄電池，以滿足應(yīng)急照明的需要或電源轉(zhuǎn)換時(shí)間不大于5 s的要求。

3 如何選擇備用(應(yīng)急)電源

在一般民用建筑中，用電負(fù)荷按重要性可劃分為一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)負(fù)荷;按使用功能劃分可分為:1)維持正常工作和生活的用電;2)保障舒適性的用電;3)保證建筑及人員安全的用電三種，有些負(fù)荷雖然負(fù)荷等級(jí)相同，但因?yàn)楣δ懿煌╇娍紤]角度也不盡相同。

第1)類用電包括:住宅、寫(xiě)字樓和商業(yè)一般的工作和生活照明用電、生活水泵、北方冬天的供暖用電、非消防使用的普通電梯用電等，一旦不能供電，會(huì)影響到居民的生活、商場(chǎng)的營(yíng)業(yè)和辦公室的正常工作，給人們帶來(lái)不便。

第2)類用電包括:住宅和辦公室的空調(diào)、娛樂(lè)活動(dòng)用電，普通場(chǎng)所的通風(fēng)用電等，如果不能供電，會(huì)在一定程度上使人感到不舒服。

第3)類用電包括:各種場(chǎng)所在火災(zāi)時(shí)使用的排煙風(fēng)機(jī)、樓梯加壓風(fēng)機(jī)、消防電梯、消防水泵及人員疏散照明的用電等，如果不能保證供電，會(huì)形成極大安全隱患，甚至直接引發(fā)事故，威脅到建筑和人員的安全。

在以上3種負(fù)荷中，第3)類負(fù)荷關(guān)系到建筑及人員安全，必須要保證用電;在電網(wǎng)電源不能滿足需要時(shí)，必須設(shè)置應(yīng)急電源。

第1)類負(fù)荷中維持正常生活的生活水泵、北方冬天的供暖用電、非消防使用的普通電梯用電等供電重要性與消防用電相同，應(yīng)該保證用電;在電網(wǎng)電源不能滿足需要時(shí)，需要設(shè)置備用電源。

第1)類負(fù)荷的一般工作和照明用電及第2)類負(fù)荷可以選擇性的供給備用電源。

在很多時(shí)候，電網(wǎng)電源并不能滿足建筑用電要求，這時(shí)就需要設(shè)置內(nèi)部電源作為備用和應(yīng)急電源。人們首先考慮到的是使用柴油發(fā)電機(jī)組。

柴油機(jī)的作用和使用范圍決定了柴油發(fā)電機(jī)組的容量。在多數(shù)情況下，發(fā)電機(jī)組兼做應(yīng)急電源和備用電源，其容量需考慮滿足不同的需要。兼做應(yīng)急電源和備用電源的發(fā)電機(jī)的容量，其額定輸出容量應(yīng)大于維持正常生活用電負(fù)荷所需容量，其應(yīng)急輸出容量應(yīng)大于消防等應(yīng)急負(fù)荷所需容量，選擇發(fā)電機(jī)時(shí)應(yīng)特別注意:1)柴油發(fā)電機(jī)組的額定輸出容量與應(yīng)急輸出容量并不相同，前者比后者大10%左右;2)發(fā)電機(jī)所帶負(fù)荷的總?cè)萘繎?yīng)小于其標(biāo)稱值，同時(shí)考慮滿足不同負(fù)荷所需的富裕量。

在現(xiàn)代建筑中，因?yàn)槟承┙ㄖ闹匾院芨撸芏嘟ㄖ写罅康氖褂昧擞?jì)算機(jī)設(shè)備，很多場(chǎng)合對(duì)供電的連續(xù)性要求很高。比如:機(jī)場(chǎng)、鐵路、銀行、醫(yī)院、重要辦公建筑、重要會(huì)議中心等重要場(chǎng)所和一般建筑的消防和保安系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)房等等。這類場(chǎng)合不但要求提供足夠的備用電源，對(duì)電能的轉(zhuǎn)換時(shí)間也有較高要求。對(duì)這類場(chǎng)所，除了提供必要的備用電源外，還應(yīng)根據(jù)設(shè)備對(duì)電能轉(zhuǎn)換時(shí)間的要求設(shè)置由蓄電池儲(chǔ)能的UPS不間斷電源系統(tǒng)，不間斷電源系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換時(shí)間須滿足設(shè)備容許最小斷電時(shí)間的要求，對(duì)時(shí)間要求極高的場(chǎng)所，可以以浮充電的方式供電。

柴油發(fā)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)非常明顯，只要柴油能夠保證供給，就可以長(zhǎng)期供應(yīng)可靠電能，在野外作業(yè)、救災(zāi)等場(chǎng)合及在電網(wǎng)供電不能保證的地區(qū)，這一優(yōu)點(diǎn)尤為重要。在很多情況下柴油發(fā)電機(jī)供電的可靠程度遠(yuǎn)高于電網(wǎng)電源。

但柴油發(fā)電機(jī)的缺點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)一樣明顯:1)發(fā)電機(jī)運(yùn)行需要充足氧氣，燃油產(chǎn)生的煙氣嚴(yán)重污染空氣，在建筑中設(shè)置發(fā)電機(jī)，需要考慮進(jìn)風(fēng)、排風(fēng)、排煙通道和除煙設(shè)備，在環(huán)保意識(shí)較強(qiáng)地區(qū)還要求排煙出口必須在建筑群下風(fēng)向的最高處，給建筑設(shè)計(jì)帶來(lái)一定麻煩;2)發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的噪聲和振動(dòng)污染環(huán)境，發(fā)電機(jī)房周圍房間使用受到限制;3)發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)不能滿足部分設(shè)備的電源轉(zhuǎn)換時(shí)間的需要等。

于是EPS應(yīng)急電源系統(tǒng)這種全新的產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生，與發(fā)動(dòng)機(jī)相比這種產(chǎn)品具有無(wú)污染、低噪聲、轉(zhuǎn)換快的優(yōu)點(diǎn)，在很多場(chǎng)合可以代替柴油發(fā)電機(jī)用于工程中。

4 蓄電池應(yīng)急電源的分析

以蓄電池作為供電能源的應(yīng)急電源EPS與UPS的構(gòu)成基本相同，主要組成均為充電器、逆變器、電池組、控制器等;EPS主要作為應(yīng)急照明電源和設(shè)備應(yīng)急電源使用;UPS作為給不容許斷電的特殊設(shè)備保障電源使用。

需注意不同類別應(yīng)急電源應(yīng)針對(duì)不同負(fù)載選擇使用，不應(yīng)混用。

蓄電池應(yīng)急電源優(yōu)點(diǎn)是:不污染環(huán)境，電源轉(zhuǎn)換時(shí)間短，尤其是UPS的轉(zhuǎn)換時(shí)間以ms記，可以認(rèn)為是瞬間轉(zhuǎn)換。缺點(diǎn)是:電能容量受限制，充電時(shí)間長(zhǎng)，不能長(zhǎng)時(shí)間使用。

5 不同供電方案低壓配電的方法

在實(shí)際工程中，供電方案各自不同，每種供電方案又有不同配電方案可供選擇:

方案一:對(duì)由兩路高壓電源供電，不設(shè)發(fā)電機(jī)組等應(yīng)急電源的一、二類負(fù)荷的供電方案:變壓器成組設(shè)置，每一組變壓器數(shù)量不宜過(guò)多，分別由不同的高壓線路供電，每一重要負(fù)荷的兩路線路分別引自由不同高壓線路供電的變壓器。方案二:對(duì)由一路高壓電源供電，設(shè)置發(fā)電機(jī)組等應(yīng)急電源的一、二級(jí)負(fù)荷的供電方案:每一重要負(fù)荷的兩路線路，一路引自變壓器，一路引自發(fā)電機(jī)。方案三:對(duì)由兩路高壓電源供電，設(shè)置發(fā)電機(jī)組等應(yīng)急電源的一、二級(jí)負(fù)荷的供電方案:可以同方案二一樣，每一重要負(fù)荷的兩路線路，一路引自變壓器，一路引自發(fā)電機(jī)。方案四:對(duì)由兩路高壓電源供電，設(shè)置發(fā)電機(jī)組等應(yīng)急電源的一、二級(jí)負(fù)荷的供電方案，也可以采用這種方案:變壓器成組設(shè)置，每一組有一臺(tái)變壓器(暫稱為可備用變壓器)低壓側(cè)與柴油發(fā)電機(jī)采用自投自復(fù)式雙電源切換開(kāi)關(guān)連接，切換開(kāi)關(guān)后形成一段單獨(dú)的母線段，本變壓器組所有重要負(fù)荷的應(yīng)急或備用電源均由該段母線段引出，需注意的是可備用變壓器的供電能力不應(yīng)小于發(fā)電機(jī)的供電能力。本人在設(shè)計(jì)中經(jīng)常采用方案四，曾經(jīng)將一個(gè)工程中六臺(tái)變壓器設(shè)為一組。

方案四比方案三有明顯的優(yōu)點(diǎn):其一，方案三每一臺(tái)帶有重要負(fù)荷的變壓器因故不能供電，發(fā)電機(jī)均需啟動(dòng)，方案四只有可備用變壓器不能供電，發(fā)電機(jī)才會(huì)啟動(dòng)，柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)條件簡(jiǎn)化，發(fā)電機(jī)啟動(dòng)次數(shù)減少;其二，如果能將帶有重要負(fù)荷的變壓器與可備用變壓器由不同高壓電源供電的話，重要負(fù)荷將會(huì)有兩路電網(wǎng)電源和發(fā)電機(jī)電源三重保障，供電可靠性達(dá)到最佳;第三，當(dāng)采用重要負(fù)荷雙電源監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，只有正常情況下兩路電源均帶電才能有效監(jiān)控，這一條件方案三是做不到的。

對(duì)僅有一路高壓電源供電，不設(shè)發(fā)電機(jī)組等應(yīng)急電源的供電方案，二級(jí)重要負(fù)荷的兩路電源應(yīng)盡可能引自不同變壓器。

6 EPS使用中的一些看法

在實(shí)際工程中，一般會(huì)選用柴油發(fā)電機(jī)作為備用(應(yīng)急)電源，選用UPS作為計(jì)算機(jī)類負(fù)載的保障電源，配備一定數(shù)量的由EPS供電或自帶電池的應(yīng)急燈具。

EPS為設(shè)計(jì)人員帶來(lái)了新的選擇，有些設(shè)計(jì)人員將EPS用作備用電源，這樣做雖然有很大的好處，但其自身的局限性又使在使用中受到限制。

對(duì)有兩路電源供電的一、二類建筑，電源等級(jí)比較高，EPS作為備用電源實(shí)際上只是作為應(yīng)急電源或消防應(yīng)急電源使用。一般工程中的消防設(shè)備要求的供電時(shí)間不太長(zhǎng)，最長(zhǎng)(火災(zāi)時(shí)需保證照明的房間)的不超過(guò)3 h，這種情況使用EPS自然是上佳選擇;但如果是只有一路電源供電的一、二類建筑，備用(應(yīng)急)在多數(shù)情況下是在作為電梯、生活水泵、污水泵等非消防負(fù)荷的備用電源使用，主電源的故障時(shí)間難以確定，備用電源使用時(shí)間不可預(yù)計(jì)，EPS作為備用(應(yīng)急)電源不能滿足需要。即使增加電池?cái)?shù)量，仍然只能在有限時(shí)間供電，仍無(wú)法滿足備用電源的需要。