变配电站在甲乙类厂房设置探讨

陈 学 明

(国药集团重庆医药设计院有限公司, 重庆 400042)

0 引 言

GB 50016—2014《建筑设计防火规范》(2018年版)[1](简称《建规》后加版本号)第3.3.8条规定:“变、配电站不应设置在甲、乙类厂房内或贴邻,且不应设置在爆炸性气体、粉尘环境的危险区域内。供甲、乙类厂房专用的10 kV及以下的变、配电站,当采用无门、窗、洞口的防火墙分隔时,可一面贴邻,并应符合现行国家标准GB 50058《爆炸危险环境电力装置设计规范》等标准的规定”。该条为强制性条文。

根据此条文,部分地方安评机构或安全监管部门对变、配电站甚至低压配电室位置设置提出严苛要求,给甲乙类厂房的配电设计和业主运行使用等造成诸多不便,设计人员和业主对此却又无可奈何[2-3]。本文认为存在两个问题,条文编制的迟滞和理解条文的偏差。为此,本文探讨了《建规》中此条文及条文说明的演变情况,以及医药设计行业在涉及该条文时所发现的问题探讨。

1 变、配电站与配电室概念

变电站是指电力系统中对电压和电流进行变换、接受电能及分配电能的场所。变电就是把一个电压等级变成另外一个电压等级,即必经变压器进行变压;配电是指电能分配,即经过配电柜将电分成多个回路送出。配电与变电的区别在于配电无变压器,而变电有变压器。

根据输送电能容量及房间实际占地面积,从大到小排,分别是变电站(配电站)、变电所(配电所)、配电室、配电间。即:一般大区域变电的地方称为站,终端总变电的地方称为所,最末端为室或者间。严格来说,变电站大于变电所,但从本文规范中的演变来看,各版《建规》中变、配电站与变、配电所含义相同。

文献[4]对变、配电站定义为:变(配)电站,向低压电气装置供电的变(配)电站,如车间变(配)电站;配电站(开关站),汇集与补偿电能,连接电力系统几个部分,多为提高系统稳定性而设,必要时可设置串联补偿装置,以提高供电能力和送电质量。电压等级有35 kV、20 kV、10 kV等。

根据GB 50053—1994《10 kV及以下变电所设计规范》,变、配电所定义如下:变电所,10 kV及以下交流电源经电力变压器变压后对用电设备供电;配电所,所内只有起开闭和分配电能作用的高压配电装置,母线上无变压器。配电所内只有高压配电装置,实际就是开闭所。

因此,变电站(所)、高压配电室(开闭所)不能设于甲乙类厂房内或贴邻,专用可一面贴邻。低压配电室不受此规范条文限制。

2 各版《建规》中条文溯源及逻辑分析

《建规》最早的版本为TJ 16—1974,该版本根据更早的规定和资料进行修订,并多次征求各有关部门意见再开会审查定稿,于1975年3月1日试行。因未查到该版本条文,故无法在该版本中追溯。

GBJ 16—1987《建规》第3.2.6条规定“可燃油油浸电力变压器室、高压配电装置室的耐火等级不应低于二级”;第3.2.6条条文说明“油浸变压器是一种多油电器设备。当它长期过负荷或发生故障产生电弧时,油温过高会起火或电弧使油剧烈气化,可能使变压器外壳爆裂酿成火灾,因此运行中的变压器存在有燃烧或爆裂的可能”;第3.2.7条“变电所、配电所不应设在有爆炸危险的甲、乙类厂房内或贴邻建造,但供上述甲、乙类专用的10 kV及以下的变电所、配电所,当采用无门窗洞口的防火墙隔开时,可一面贴邻建造”;第3.2.7条条文说明“甲、乙类生产厂房属易燃易爆场所,运行中的变压器又存燃烧或爆裂的可能性,不应将变电所、配电所设在有爆炸危险的甲、乙类厂房内或贴邻建造,以提高厂房的安全程度。如果生产上确有需要,可以放宽,允许专为一个甲类或乙类厂房服务的10 kV及以下的变电所、配电所在厂房的一面外墙贴邻建造,并用无门窗洞口的防火墙隔开”。需要注意的是,根据第3.2.6条条文说明“运行中的变压器存在有燃烧或爆裂的可能”,说明第3.2.7条条文说明中“运行中的变压器又存燃烧或爆裂的可能性”是针对油浸变压器。

GBJ 16—1987《建规》(2001年版)中上述条文及条文说明内容与GBJ 16—1987一致。

GB 50016—2006《建规》第3.3.13条规定“油浸变压器室、高压配电装置室的耐火等级不应低于二级”;第3.3.13条条文说明“油浸变压器是一种多油电器设备。当它长期过负荷或发生故障产生电弧时,易使油温过高而起火或产生电弧使油剧烈气化,可能使变压器外壳爆裂酿成火灾,因此,运行中的变压器存在有燃烧或爆裂的可能”;第3.3.14条规定“变、配电所不应设置在甲、乙类厂房内或贴邻建造,且不应设置在爆炸性气体、粉尘环境的危险区域内。供甲、乙类厂房专用的10 kV及以下的变、配电所,当采用无门窗洞口的防火墙隔开时,可一面贴邻建造”;第3.3.14条条文说明“甲、乙类生产厂房属易燃易爆场所,运行中的变压器存在燃烧或爆裂的可能,不应将变电所、配电所设在有爆炸危险的甲、乙类厂房内或贴邻建造,以提高厂房的安全程度。如果生产上确有需要,可以设一个专为甲类或乙类厂房服务的10 kV及以下的变电所、配电所,在厂房的一面外墙贴邻建造,并用无门窗洞口的防火墙隔开”。同样,根据第3.3.13条条文说明可以推理出,第3.3.14条条文说明中“运行中的变压器存在燃烧或爆裂的可能”是针对油浸变压器。

GB 50016—2014《建规》第3.2.6条规定“油浸变压器室、高压配电装置室的耐火等级不应低于二级”;第3.2.6条条文说明“油浸变压器是一种多油电器设备。油浸变压器易因油温过高而着火或产生电弧使油剧烈气化,使变压器外壳爆裂酿成火灾事故。实际运行中的变压器存在燃烧或爆裂的可能,需提高其建筑的防火要求。对于干式或非燃液体的变压器,因其火灾危险性小,不易发生爆炸,故未作限制”;第3.3.8条规定“变、配电站不应设置在甲、乙类厂房内或贴邻,且不应设置在爆炸性气体、粉尘环境的危险区域内。供甲、乙类厂房专用的10 kV及以下的变、配电站,当采用无门、窗、洞口的防火墙分隔时,可一面贴邻”;第3.3.8条条文说明“运行中的变压器存在燃烧或爆裂的可能,易导致相邻的甲、乙类厂房发生更大的次生灾害,故需考虑采用独立的建筑并在相互间保持足够的防火间距。如果生产上确有需要,可以设一个专为甲类或乙类厂房服务的10 kV及10 kV以下的变电站、配电站,在厂房的一面外墙贴邻建造,并用无门窗洞口的防火墙隔开”。与前述推理一致,第3.3.8条条文说明中“运行中的变压器存在燃烧或爆裂的可能”是针对油浸变压器,且可以根据第3.2.6条条文说明中“对于干式或非燃液体的变压器,因其火灾危险性小,不易发生爆炸”得到佐证。

GB 50016—2014(2018年版)《建规》中上述条文及条文说明与GB 50016—2014《建规》一致。

以上各版《建规》对此条文除个别字词修饰变化、变配电所逐步改为变配电站、由普通条文改为强制性条文外,内容并无实质性改变。

根据我国干式变压器(简称干变)发展情况,从20世纪80年代后期我国干变还处于起步阶段,到2000年前后干变才逐渐普及,这从《建规》各版本条文说明的变化(GB 50016—2014《建规》条文说明中首次出现“干式或非燃液体的变压器”)中可以得到佐证。从前述各版《建规》条文说明可知,油变压器是限制变电站设于甲乙类厂房内的主要原因。

另外,查询我国10 kV高压断路器的发展历程,断路器经历了从多油、少油再到真空等发展阶段,到20世纪90年代初才逐渐淘汰多油及少油断路器,而高压真空断路器在我国供电系统中的应用始于1978年,到20世纪90年代中后期才开始广泛应用。可以据此推断出,早期规范限制配电站设于甲乙类厂房内的原因极可能是因为油断路器的危险性较高。

通过对各版本《建规》追溯分析,可以推断出以下方面:① 《建规》中该相关条文中的变、配电站是指的含有变压器的变配电装置和高压配电室,而非低压配电室;② 变、配电站中的变压器是指危险程度较高的油浸变压器,而非危险程度较低的干式变压器;③ 《建规》中此条对变、配电站位置的限制主要原因是因油浸变压器和油断路器的危险性较高。

3 低压配电室位置实际危险性分析

根据设计的医药行业甲乙类厂房情况,按对《建规》此条文的正确理解(即变配电站不是低压配电室),低压配电室可设置于甲乙类厂房的非防爆区内,且位置适中,走线方便。布置位置一如图1所示,未标注防爆区字样的区域为非防爆区。

图1 布置位置一

如根据部分地方安评机构或安监部门对《建规》此条文的理解(即变配电站是低压配电室),有2个常用方案。其中一个方案是在甲乙类厂房的端头,低压配电室一面贴邻,而贴邻的另一侧常常为爆炸危险区域(简称防爆区),布置位置二如图2所示。另一个方案是距甲乙类厂房一定距离,单独设置低压配电室,布置位置三如图3所示。

图2 布置位置二

图3 布置位置三

低压配电室的实际危险性分析如表1所示。

表1 低压配电室的实际危险性分析

4 低压配电室供电与就地配电箱供电危险性分析

在低压配电室位置设置的3种情况中,位置一因低压配电室设置于单体内,供电方便,可直接由低压配电室向各设备负荷供电,减少就地配电箱数量;位置三因低压配电室在另一个单体内,如果所有设备均直接由低压配电室供电,管线太多,距离又远,故多在就地设配电箱;位置二的情况介于两者之间,就地配电箱设置数量也介于两者之间。因就地配电箱安装环境局限,操作空间狭小,安装位置更靠近防爆区,存在的事故隐患和危险点较低压配电室多。

5 技术经济实用性分析及比较结果

针对低压配电室位置二和位置三,相对于位置一比较:技术方面,电气管线加长,压降增大,能源损耗增加;经济方面,设备材料增加,投资加大,运行费增加;占地方面,相对较多;整体外观及管理影响方面,增加设备管线,配电箱分散数量相对较多,增加运行维护工作量和难度,低压配电室位置不合理,一面贴邻难看,管线走向别扭,影响整体观瞻。

综上所述,从技术、经济及实用性比较,低压配电室位置一均是最优的,且安全可靠。因局限于上述原因,故只以低压配电室进行比较,变配电站也同此理。

6 侧面分析

根据GB 50058—2014《爆炸危险环境电力装置设计规范》第5.3.5条“变电所、配电所(包括配电室,下同)和控制室应布置在爆炸性环境以外、当为正压时,可布置在1区、2区内”,变配电站可以设在甲乙类厂房内,甚至可以设在防爆区内(有限制性条件作为前提)。

根据GB 50053—2013《20 kV及以下变电所设计规范》第2.0.1条“当与有爆炸或火灾危险的建筑物毗连时,变电所的所址应符合现行国家标准《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB 50058的有关规定”,此规范也未反对变配电站设于甲乙类厂房内。

因此,供甲乙类厂房专用的、危险性较低的、采用干变及无油断路器的变配电站可以设于该甲乙类厂房的非防爆区内。

对于非专用变配电站,考虑到其重要性及发生事故后的影响范围,不能设于甲乙类厂房内或贴邻。

7 结 语

探讨了变配电站在甲乙类厂房设置,可以得出以下结论:

(1)变、配电站指的是含有变压器的变配电装置和高压配电室,而非低压配电室。

(2)变、配电站中的变压器是危险程度较高的油浸变压器,而非危险程度较低的干式变压器。

(3)《建规》中对变、配电站位置的限制主要原因是因油浸变压器和油断路器的危险性较高。

(4)供甲乙类厂房专用的、危险性较低的、采用干变及无油断路器的变配电站可以设于该甲乙类厂房的非防爆区内。

GB 51283—2020《精细化工企业工程设计防火标准》[5]第8.3.1条规定:供甲、乙类厂房专用的20 kV及以下的变配电所,无含油设备的变配电所可一面或二面贴邻建造。该条条文说明为“一面贴邻布置浪费较多土地,为节约用地,同时考虑到无含油设备的变配电所火灾可能性较有含油设备的变配电所大幅降低,故规定无含油设备的变配电所可一面或二面贴邻建造”。此标准已将一面贴邻改为二面贴邻。