博物馆建筑的供配电设计

王家生

【摘要】结合某博物馆供配电系统的设计实例，从负荷分级、供电电源、变配电系统、低压配电及线路敷设方式等几个方面，结合规范条文和该类建筑特点，对其供配电系统的设计思路和要点进行介绍，并在最后对该项目的照明系统进行了简要的说明。

【关键词】博物馆；供配电设计；设计思路和要点

引 言

为了满足人民日益增长的物质文化需求，博物馆作为典藏、陈列和研究自然和人类文化的场所，其文化辐射力和社会关注度得到不断提高。截止2013年底，全国已有备案博物馆4165家，并继续保持高速增长态势。

本案即为某市新建大型博物馆，建筑面积52643m2，高度47.7m，建筑性质为一类高层公共建筑。地上四层，其中1层为中央大厅、展厅、报告厅、藏品库区、业务科研区和行政办公区等；2层为观光大厅，3～4层为展厅。

1 负荷分级与供电电源

1.1 负荷分级

1.1.1 消防负荷分级

根据GB 50045-95（2005年版）《高层民用建筑设计防火规范》第9.1.1条的规定：“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、疏散指示标志和电动的防火门、窗、卷帘、阀门等消防用电，一类高层建筑应按一级负荷要求供电”。故本工程的消防设备用电为一级负荷。

1.1.2 非消防负荷分级

根据JGJ 16-2008《民用建筑电气设计规范》附录A《民用建筑中各类建筑物的主要用电负荷分级》规定：“大型博物馆及展览馆的安防系统用电、珍贵展品展室照明用电为一级负荷中特别重要负荷；展览用电为二级负荷”。此外，根据JGJ 66-91《博物馆建筑设计规范》第6.3.1条的规定：“大型馆的电气负荷不得低于二级，中小型馆不得低于三级。防火、防盗报警系统应按一级电气负荷设计或设置应急备用电源”。

本工程的建筑规模大于10000m2，属于大型馆，故非消防负荷分级如下：安防系统用电为一级负荷中特别重要负荷；弱电设备、网络通信机房、公共走道照明、用户站、客梯电源、生活水泵、排水泵、库房恒温恒湿空调设备等为一级负荷；展厅用电、自动扶梯、报告厅等用电为二级负荷；其余为三级负荷。

1.1.3 博物馆建筑负荷的特点

博物馆类建筑的用电负荷有以下特点：首先，空调负荷功率大，需采用单独的变压器组为此类季节性负荷供电。特别是近年来玻璃幕墙的大量使用，造成空调类负荷有增大的趋势，如本例中空调变压器的容量（2*1600kVA）就较动照变压器容量（2*1250kVA）大了一级。此外，展厅用电（包括照明和空调用电）定性为二级负荷，意味着每台变压器的平时负载率不宜过大，否则当每组变压器中的一台检修或故障时，另一台变压器需承担全部的一二级负荷，易发生过载。此时如果高压侧断路器整定值选择不当，易发生跳闸事故，造成更大的损失。另外，因为博物馆建筑布展的不确定性和灵活性，造成其照明负荷也随展品特性和对照明的要求而变化。为应对未来不同展览对用电的要求，比如珍贵展品的展出，对于未设置珍贵展品展室的博物馆建筑（如本例），还是建议在为展区服务的每个配电间内预留满足一级负荷供电要求的配电柜位及相应的电缆通道。

1.2 供电电源

由上述的负荷等级情况可知，博物馆类建筑通常需由市政10kV电网提供二路（双重）10kV电源，两路10kV电源同时使用、互为备用。特别重要负荷除由二路（双重）电源供电外，还应配置柴油发电机组或UPS蓄电池组作为备用电源。如本例中即为安防系统、消防自动报警系统以及重要弱电系统的用电设置UPS蓄电池组来满足其特别重要负荷和重要一级负荷的供电要求。此外，对一级负荷设备，如库房恒温恒湿空调设备等，采用双回路供电，电源引自不同变压器母线段，并在适当位置设置双电源自动切换装置。对二级负荷设备，如展厅用电、自动扶梯、报告厅等，可采用单回路供电，电源直接引自变电所低压馈出柜。

2 变配电系统

2.1 10kV/0.4kV用户站

在一层设一座10kV/0.4kV用户站，内设2x1250 kVA +2x1600kVA 共4台环氧树脂浇注低噪声节能干式变压器。其中2x1250 kVA变压器主要为展厅照明、恒温恒湿空调机组和其它电力设备供电；2x1600kVA变压器主要为冷冻机组、冷却塔、风冷热泵和空调机组等空调设备供电。10kV中压主接线采取单母线分段，设母联开关，采用手动联络方式，电气加机械连锁。平时分列运行，各带50%负荷，当一路电源故障时，另一路电源可带100%重要负荷。本方案经济性和可靠性都较好，适用于一般博物馆，但对于重要的博物馆建筑还是建议按100%负荷申请两路市电，以应对突发情况。另外，因为我国各地的城市电网情况不同，高压主接线方案需事先向当地电业部门征询，并根据具体情况调整方案，不可一概而论。

低压侧采用单母线分段，设母聯开关，电气加机械连锁，变压器日常负载率70%左右。考虑到博物馆建筑的大部分负荷均为一、二级负荷，如选择母联自动合闸方式易引起变压器过载，所以本例选择了手动方式。在变压器低压侧设置无功自动补偿装置，采用过零投切、混合补偿，以集中补偿形式使高压侧功率因数提高到0.90以上。供配电系统示意图如下：

图1 供配电系统

2.2 谐波抑制措施

博物馆建筑的谐波源主要为照明用的气体放电灯、EPS和UPS等整流设备以及各类变频电力设备（变频泵和变频风机等）。关于谐波抑制措施，一般做法是在变电所电容自动补偿柜内安装相应的电抗器（适用于谐波含量较低的情况）或者设置有源滤波装置（适用于谐波含量较高的情况）。但最好的解决办法还是在谐波源产生的位置就近设置谐波抑制设备，如变频空调机组的末端配电柜或每个防火分区配电间的照明总柜，其实际效果和作用优于在变电所集中设置谐波抑制设备。

3 低压配电及线路敷设方式

博物馆建筑多为大型公建，低压配电应按能耗模型（如照明、插座、空调等）划分回路，设置配电箱/柜，在每个防火分区设置配电间。对于裱画室、修复复制室、熏蒸室等技术用房区域，按房间采用独立回路供电；需要380V大功率电源的，由该区域配电间采用独立回路供电至用电点位。对于珍品库房的恒温恒湿空调设备，由变电所低压柜直接馈出，在其空调机房内设置双路电源自动切换装置（ATS），满足其供电要求。

博物馆建筑为人员密集的重要公共场所，根据JGJ 16-2008《民用建筑电气设计规范》第7.4.1条的规定，对一类高层建筑以及重要的公共场所等防火要求高的建筑物，应采用阻燃低烟无卤交联聚乙烯绝缘电力电缆、电线或低烟无卤电力电缆、电线。所以根据其使用性质应选用无卤低烟阻燃电缆和电线。

参考DG/TJ08-2048-2008《民用建筑电气防火设计规程》，本工程的电线电缆使用场所分级为一级。经计算，同一电缆通道内电缆的非金属含量为12L/m，故本工程所用电缆的阻燃级别应为A级，电线的阻燃级别应为B级（工程上通常比电缆低一级）。即本工程普通动力、照明配电干线线路采用A级交联无卤低烟阻燃电缆WDZA-YJY-1kV；消防设备的配电干线线路采用A级交联无卤低烟阻燃耐火电缆WDZAN-YJY-1kV。一般照明、电力配电支线采用B级无卤低烟阻燃交联聚乙烯绝缘铜芯线WDZB-BYJ-450/750V；应急照明、消防电力配电支线采用B级无卤低烟阻燃耐火交联聚乙烯绝缘铜芯线WDZBN-BYJ-450/750V。

4 照明系统

4.1 普通照明

博物馆藏品库房室内和对光特别敏感展品的照明应选用白炽灯，一般照明宜采用紫外线少的光源，并有遮光装置，限制紫外线对展品的影响。根据GB/T 23863-20089《博物馆照明设计规范》和GB 50034-2013《建筑照明设计标准》的相关规定，博物馆建筑陈列室的照度标准及年曝光量需满足如下指标：

2.陈列室一般照明UGR不宜大于19；

3.一般场所Ra不应低于80，辨色要求高的场所，Ra不应低于90；

4.复合材料制品按照对光敏感度等级高的材料选择照度。

博物馆其它场所的照明光源宜选用高显色荧光灯、小型金卤灯，其技术用房照明标准值指标如下：

4.2 照明控制

展厅、报告厅、观光大厅等区域一般照明采用智能照明控制系统。控制方式主要有自动控制、手动控制、可视化软件控制三种。

（1）自动控制：

探测人的移动来自动打开或关闭灯光。当观众进入展区时，通过人体感应器自动开启展区的照明灯光，引导观众进入展区参观。当观众离开展区时，展区内的灯光将自动延时关闭。根据外部灯光的强弱来实现灯光的亮度控制，充分利用自然光，并可通过调光为展品营造不同的灯光效果。同时，对于容易受灯光腐蚀的展品，采用调光的方式来控制灯光的明暗程度，展品前无人参观时，只开启应急照明灯进行室内照明；当有人进入该展品区域时，再将照明调到设定照度值。

（2）手动控制：

通过安装在各展厅门口的就地智能面板，可对灯光进行就地控制。

（3）可视化软件控制：

通过总线将智能面板、配电箱内的智能照明控制单元以及系统主机间连接成一个网络系统。在智能照明主机上可以实时显示各展区灯光的状态，并可远程控制灯光的开启。

4.3 应急照明

博物馆建筑人员较密集，宜选择集中控制智能型疏散照明标志灯系统。系统由智能控制器主机、分机、点式监控型标志灯等设备组成。控制器主机设在消防控制中心，每个防火分区设置一台控制器分机。每台控制器主/分机均分配唯一地址，末端灯具（高亮度LED专用灯具）均带有独立的地址码并自带传感器，保证其可识别性及可控性；并具有频闪功能，引导人员安全快速的逃离危险区域。系统能够自动监控电池组状态，实现充放电管理。系统通讯控制采用CAN-BUS总线方式，在火灾应急状态下，系统内所有灯具均采用与市电电网隔离的DC24V直流应急供电系统工作，不会对人员构成漏电危险。系统受消防联动控制器控制，可将系统的故障状态和应急工作状态信息传输给消防控制室图形显示装置。

5 结语

博物館建筑在供配电系统的设计上有其一定的特殊性，本文通过结合相关规范条文和具体工程实例，着重从与一般公共建筑不同之处入手，望能为同仁带来一定的参考价值。

参考文献：

[1] GB 50045-95（2005年版）《高层民用建筑设计防火规范》[S].

[2] JGJ 16-2008《民用建筑电气设计规范》[S].

[3] JGJ 66-91《博物馆建筑设计规范》[S].

[4] DG/TJ08-2048-2008《民用建筑电气防火设计规程》[S].

[5] GB/T 23863-20089《博物馆照明设计规范》[S].

[6] GB 50034-2013《建筑照明设计标准》[S].