关于保证驻欠发达国家使馆电气系统可靠运行的一些做法和思考

张 帆， 李 擘， 韩国庆

(华商国际工程有限公司， 北京 100069)

0 引言

驻外使馆作为一类具有特殊意义的海外建筑，既是我国驻外开展一系列外事活动的场所，也是展现一个国家气质与风貌的窗口。

受我国外交部的委托，笔者所在单位承担了某驻外使馆的设计，该馆地处中亚地区国家，早期为独联体国家，属于经济欠发达地区。该国的设计规范相对落后，大概相当于我国80年代中后期的水平。由于经济原因，当地电网发展缓慢，主要靠水利发电或从邻国进口电力供应。在干旱季节，政府基于无法为水利发电提供足够水源且资金不足以从邻国购进足够电能的情形，时常采取限电措施。电力供应紧张、供配电设施陈旧、线路老化质量差、管理水平低是导致当地电源质量不稳定、经常停电、供电可靠性较差的主要原因，这也是经济欠发达国家电网存在的普遍现象。因此，在外电源可靠性较差的情况下，如何保证使馆的供电可靠性，是设计人员在电气设计中必须要解决的问题，也是保证使馆整个电气系统得以可靠运行的前提。

1 设计依据的确定

确定正确、恰当的设计依据是做好设计的基础。经过实地调研和各种情况分析，最终该使馆确定按我国国内现行设计标准进行设计。

为保证使馆的日常运转，驻外使馆的电气系统主要有三类系统构成：(1)照明系统及与供暖、空调、通风、给排水系统相配套的供配电系统和控制系统。(2)通讯系统及计算机网络系统、电视与广播系统。(3)安全防范系统、火灾报警与消防联动系统。

由于目前国内尚未有针对使馆建筑的电气设计规范，因此本项目参考选用的设计规范和设计依据主要有：JGJ 16-2008《民用建筑电气设计规范》(以下简称“《民规》”)、GB 50054-2011《低压配电设计规范》、GB 50052-2009《供配电系统设计规范》、JGJ 242-2011《住宅建筑电气设计规范》、GB 50116-2013《火灾自动报警系统设计规范》、GB 50348-2004《安全防范工程技术规范》、GB 50311-2007《综合布线系统工程设计规范》,GB 50016-2014《建筑设计防火规范》及外交部提供的《新建馆舍工程设计任务书》。

2 可靠的供配电系统

2.1 负荷分级及供电要求

根据《民规》，驻外使馆的用电负荷中应确定为一级负荷的包括：通讯系统和计算机系统；安全防范系统(包括电视监控系统、安检装置、入侵报警系统、门禁系统等)；火灾自动报警及消防联动系统；应急照明、疏散指示标志灯、诱导灯、疏散广播等；签证厅照明、机要室照明、插座及其设备用电。生活水泵和对外办公区的餐厅及厨房用电属于二级负荷。而一般照明、空调机和供暖电热锅炉的用电属于三级负荷。

另外，《民规》规定，一级负荷应由两路电源供电，当一路电源发生故障时，另一路电源不应同时受到损坏。而由于该使馆接入的两路电源可靠性较差，有可能发生两路电源同时停电的情况，因此在该使馆供电系统设计上配备了柴油发电机组作为应急电源。

2.2 供电系统的主结线及变压器运行方式

由于当地供电条件所限，该使馆的两路10kV电源只能就近由同一变电站内的两台变压器引出，一路为专线，另一路是非专线。电源频率为50Hz，经高压电缆穿管埋地接入办公楼地下层的主变配电室，主变配电室内装有两台500kVA干式变压器。平时由两路电源同时受电，两台变压器单独运行。

另外，从高压母线侧还引出一路高压电缆至锅炉房附近的箱式变电站，用1台1 250kVA干式变压器为电热锅炉供电。当两路电源中有一路电源停止供电时，手动投入高压母联开关，由一路电源承担全部负荷。母联开关与受电开关带有互锁装置。这种两路同时供电方式，要求每条供电线路的截面均应具有承担全部负荷的能力。当然，由一路电源供电时,线路损耗会略高于双路电源同时供电。

变压器低压侧采取单母线分段运行的方式，中间设有母联开关。当两台变压器中的任一台因故退出运行时，可借助母联开关将其低压侧的负荷接于仍在运行的变压器低压侧，但此时应切除部分次要负荷，保证一级、二级负荷的供电，以免一直在供电的变压器因超载而受损，此操作是通过失压脱扣的方式完成的。

本设计中两台500kVA变压器的选型是按照可以并列运行考虑的，虽然目前变压器分列运行可以满足使馆用电现状的需求，但并列运行的方式可以为使馆将来用电扩容提供条件。

2.3 在电力供应紧张的情况下保证供电可靠性

在经济较发达的国家和地区，对于一般类型的建筑，为一级负荷供电的双路电源同时故障或停电的情况是可以不考虑的。但对于处在经济欠发达国家的使馆而言，要确保供电的可靠性，必须考虑到更多不利的情况。

如前所述，由于当地时常有限电、停电的情况，所以即使接入了两路电源供电也难以保证使馆的正常运行。因此在设计上配备了柴油发电机组，平时作为生活水泵、厨房、食堂用电、办公区域的插座照明及安防监控系统等设备的备用电源，紧急状态下作为消防、安防及各重要场所应急照明的应急电源。图1为该使馆原设计供电系统的主接线图。

图1 原供电系统主接线图

使馆建成后，根据使用方的反馈意见，由于当地在干旱季节，两路电源同时停电的情况较频繁，原来的一台发电机组容量较小，不能满足使馆在停电或限电时作为备用电源的需要，因此建议设计方优化原有供电系统，增大发电机组容量。而根据GB 50052-2009《供配电系统设计规范》第3.0.9条的规定，备用电源的负荷不能接入应急供电系统。因此，在修改设计时，为保证应急供电系统的独立性，并满足操作方便、经济合理的要求，在原供电系统的基础上又增加了一台发电机组，作为日常停电时保证使馆正常工作用电的备用电源，并使发电机组的容量与使馆该部分负荷的容量相匹配；在回路配置上也做到了当负荷较小时只启动一台发电机组，而无需两台同时启动。这样既做到了功能明确、使用灵活，又可以实现互为备用。对原供电系统的修改如图2所示。

图2 修改后的供电系统主接线图

图2中，将低压母线分为4段，1#变压器接M1段，2#变压器接M2段，备用电源发电机组接M3段，应急电源发电机组接M4段。M1段、M2段下接三级负荷，二级负荷由母线M3及M2段引来的双路互投电源供电，一级负荷由母线M3及M4段引来的双路互投电源供电，并配有不间断电源UPS。一旦发生两路电源同时停电的情况，可以按照预定的程序，自行启动备用电源或应急电源发电机组，在15s内恢复对一、二级负荷的供电，也可以根据需要进行人工切换为需要供电的负荷供电。

2.4 关于电能质量的问题

稳定的电源频率、合格的电压水平是评价电能质量的主要指标。如果没有特殊原因，外电源的频率一般是正常的，而供电线路上的电压降则是影响电压水平的主要原因。要使电压波动不超过规定的范围，就要最大限度地减小线路上的电能损耗，尤其是要提高功率因数、减少无功电流造成的损耗。所以，在恰当选择导线截面的同时，必须进行必要的无功补偿。

关于谐波污染和是否需要采取谐波抑制措施的问题，笔者所在的设计方对使馆目前要安装的能产生谐波的各非线性电气设备进行了分析，这些非线性负荷按其性质，属于较高频次，可以判定不会出现较大的谐波问题，也不会对电网造成谐波污染。所以，设计方认为目前没有必要采取专门的谐波抑制措施。

2.5 关于电能计量数据远传的要求

考虑使馆安全，要求外部人员不能进入馆区，如果将电能计量仪表安装在位于办公楼地下室内的高压受电柜上，会给城市供电部门查验电能仪表、收取电费带来不便。为此设计方将电能计量仪表设在了主入口的门卫室内，并采用了专门的电能计量数据检测远传装置。该装置可将采集到的电能计量数据传送到门卫室内的仪表屏上。

3 对通讯及安防系统设计的一些要求

使馆工作的正常运转离不开安全可靠的通讯及安防系统作保障，所以在使馆设计中对通讯及安防系统的保密要求也是十分严格的。

使馆内设有内部电话和外线电话，以及卫星专线电话。外线电话由当地电信公司经中继线引入，其机密性较差。因此在系统构成上，必须将内部电话与外线电话严格分开，各自独立。二者在线路敷设上也要有一定间距，以防止技术窃密。

使馆内的计算机系统有着与通讯系统同样的保密要求。馆内的局域网采用结构化综合布线，各办公室设信息终端，服务器等网络设备设在通讯机房内。使馆内还接入了当地互联网，接入互联网的计算机严禁存储保密信息，并且要求与馆内局域网有隔离措施。

对机要室电气设计的核心要求是，要保证机要室内各个系统的各项功能不受干扰和内部信息不会泄漏。设计内容包括：照明系统、防雷与接地系统、消防自动报警系统、门禁系统、综合布线系统、视频监控系统、屏蔽壳体的相关设施配置等。基于保密要求，机要室内的设备是由国内其他相关公司另行配置的。

由于当地的安全状况较差，我国外交部将笔者所在单位设计的该使馆列为安防重点馆，因此对安防所采取的措施要求较高，分为实体防范和技术防范两部分。实体防范措施主要是指增强实体的抗暴和抗冲击能力，而技术防范措施对电气设计的要求主要包括：利用现代传感技术和电视监控技术等手段在使馆的周界、庭院、办公楼、官邸等各重要部位设置入侵报警、电视监控及出入控制系统等装置。在该使馆内还设有地下避难室，其内应装有备用电源和通讯设备。

4 设备选型及系统设计的基本原则

驻外使馆地处各个不同国家，由于当地的安全状况和维修能力不尽相同，一旦发生设备故障，有时难以得到及时有效的维修处理。另外，出于安全和保密的需要，不便引入外部人员进行维修。而地处经济欠发达国家的驻外使馆，由于当地的工业一般比较落后，在设备选型和维修更新方面就更有一定的局限性。因此，在电气设备材料选择上应优先采用国内或国际知名品牌的产品。

结构牢固、可靠耐用、操作方便、易于维修的产品是驻外使馆电气设备选型的基本原则。由于使馆内的维修、操作人员很少，日常维护检修的力量较弱，所以还要求各种设备和系统应有较强的自动控制功能和自我保护功能。

如该使馆的空调设备没有选用大型的中央空调系统，而是在对外办公区及大使官邸采用VRV模块式变频空调机，在其他场所及馆员宿舍采用分体空调，这都是为了便于维护和更换。而冬季采暖系统采用的是真空热水机组，主机为负压运行，不属于压力容器，并自带三重安全保护装置。

由于使馆情况的特殊性，当火灾发生时，一般不需要也不允许当地消防队进入，所以为了确保使馆及馆内工作人员的安全，在消防设计上也必须立足自救。因此，设计中采取的措施是：按照建筑设计防火规范的要求，设计好防火分区，选择符合标准的各类消防设施及耐火材料，科学合理布置报警及灭火装置，配置完备的消防联动控制系统和联动装置，并保证有足够的消防水压和水流量，以及充足的消防用水储量。

5 结束语