改进博物馆文物的基础保障系统运行方式

◎伍林芳

随着我国博物馆事业的蓬勃发展，新技术、新设备不断在实践中得到运用。2022年，为深入贯彻落实习近平总书记关于文物保护和文物安全工作的重要指示批示精神，国家文物局制定出台了《文物安全防控“十四五”专项规划》，指出要把确保文物安全放在首要位置，坚持预防为主、源头治理，强化文物安全责任，加强安全设施建设，全面增强安全预警和防控能力，通过压实文物安全责任、实施安全风险评估、完善文物安全制度标准、加强安全防护工程建设、建立健全防灾减灾体系等方式，提升安全管理水平，筑牢文物安全底线。

文物保护工作不仅包括对文物本体的保管与修复，还包括对文物的预防性保护，以及为文物提供适宜、安全的保存环境。在此过程中，基础设施正常运行非常重要，这对博物馆基础保障系统中的建筑电气设计、施工、运行提出了新的要求。本文以在文物安全体系建设中改善电气系统的运行方式为例探索博物馆基础保障系统中目前仍存在的一些易被忽视或不易被发现的安全隐患和亟待改善之处。

■双重电源运行方式中易被忽视的问题

双重电源是指由不同电网提供的电源，或是虽来自同一电网但相互之间运行基本互不联系或相互之间电气距离较远，当一个电源出现故障时，另一个电源仍能正常供电。

《博物馆建筑设计规范》（JGJ 66-2015）规定：博物馆建筑的供配电设计应按现行国家标准《供配电系统设计规范》（GB 50052）的规定执行，并且供电电源应符合以下规定：特大型、大型及高层博物馆建筑应按一级负荷要求供电，其中重要设备及部位用电应按一级负荷中特别重要负荷的要求供电；大中型、中型及小型博物馆建筑的重要设备及部位用电负荷应按不低于二级负荷要求供电。因此，特大型、大型博物馆的10kV高压进线采用双重电源供电；消防、安防、电子信息系统、珍贵文物库房、展厅、电梯、设备机房及通道照明等一级负荷采用0.4kV双重电源供电；而消防、安防为一级负荷中特别重要负荷，除采用双重电源供电外还增设了第三电源UPS，消防应急照明多采用EPS电源；有恒温恒湿要求的藏品库房、陈列展览区的空调用电负荷的可靠性要求也较高，一旦断电将给藏品库房、陈列展览区等的藏品造成不利影响，故此类区域用电负荷不应低于二级负荷，应采用0.4kV双重电源供电。总之，双重电源的供电方式在博物馆中被大量采用，但在实际的运行管理中，其运行方式的合理性、安全性经常被忽视，存在一定安全隐患。

高压进线部分加装机械联锁装置

目前，高压进线开关加装机械联锁装置存在的问题是：两路电源采用全供全备方式，主备供进线开关加装机械联锁装置，在运行中，其弊端为一路电源停电或故障后，另一路电源投入运行需要人工现场进行倒闸操作。操作人员按供电运行操作规程进行规范操作，一般需要15分钟左右，此时间段势必会造成全博物馆停电，影响范围大，除了会给观众带来不必要的恐慌之外，也会给文物安全造成一定威胁。

为了提高供电的安全性和可靠性，应充分利用现有电力网的先进性，对机械互锁方式供电进行相应改造，即取消两路电源的机械联锁，加装备用电源自投装置，实现两路进线自动备投。这样一来，工作电源线路停电时就能跳开工作电源自动投入备用电源，投入时间可调（1—60秒），延长投入时间即可避开系统闪络现象；另外，还需要注意，不同生产厂家的产品工作原理存在差异，在改造选型时要根据自身供电系统的特性选用更符合实际需求的备自投产品，以免造成接线复杂或需再新增其他设备才能完成改造的情况。

变压器运行方式中停用一台变压器

在实际使用过程中，一些运行管理人员未能深入了解双重电源的作用，或是施工设计图中未具体说明投运后的运行方式，认为只要一台变压器就能带动所有使用负荷，能满足使用需求，不超载运行就能长期停用另一台变压器并将其作为备用；这一过程通过操作低压侧母联开关合闸就能实现，还能节省运行成本。然而，采用这种运行方式会违背设计初衷，使双电源变成单电源，使供电的可靠性降低，一旦断电，将会给藏品等造成不利影响。另外，博物馆的防火要求较高，现在一般会使用干式变压器。而干式变压器不宜长期停运，应定期充电和启动风冷装置，以防其绝缘受潮，影响变压器的运行寿命。

变压器运行方式中变压器并列运行

变压器并列运行是指将两台或两台以上变压器的高压侧及低压侧极性相同的接线端子间分别进行连接的一种运行方式。

变压器并列运行的条件：一是接线组别相同；二是变比相同（允许有不超过±0.5%的差值）；三是短路电压相等（允许有不超过±10%的差值）。并列运行要符合上述三个条件，同时，变压器的容量之比一般不宜超过3∶1。

变比相同是为了确保变压器空载时绕组内不会有环流产生；短路电压相等是为了确保负荷分配与变压器容量成正比。同时，考虑到容量不同的变压器短路电压值不相同，容量小的变压器短路电压小，因此对容量之比有一定的要求。

变压器并列运行的目的有二。第一，经济节能。当一台变压器的容量不能满足负荷增加的需求时，可以并列投入另一台；当用电负荷减少到只需一台变压器供电时，可以将另一台退出运行。这种方式减少了变压器自身的运行损耗，能达到经济节能的目的。第二，使供电可靠性提升。当两台变压器并列运行时其中一台出现故障，快速将其解除运行，剩下的变压器即可正常工作；或者维护检修一台变压器，其他变压器可以不受影响，正常运行，这能使停电范围变小。

双重电源的两路进线采用单母线分段供电运行方式时，从电气连锁中保证了变压器不能采用并列运行。但双重电源的两路电源也可一用一备，采用单母线并列运行方式；当变压器满足上述并列运行条件时，可采用并列运行方式。一般合理的运行是一大一小，平时用大变压器，功率不够时，小变压器投入运行；负荷小时只投入小变压器。对于明显的季节性用电负荷，可以依据负荷大小投切并列运行的变压器数量，通过减少变压器自身的损耗，达到节约用电、经济运行的目的。虽然满足了并列运行的各个条件，但是由于变压器制造中总是存在差异，变压器的各项参数无法完全一致，因此会在并列变压器之间存在环流，而环流也将占用变压器的容量，使得并列后变压器总出力小于变压器铭牌容量之和；如果并列运行的变压器参数匹配不够严格，就会造成系统损耗较大，在极端情况下甚至可能提高故障概率。鉴于博物馆的特殊性，当冷水机组（包括其附属设备）等季节性负荷为二级负荷时，可由一台专用变压器供电。总之，博物馆高低压配电室的变压器不建议并列运行，最好采用低压母线解列运行方式。

0.4kV双重电源转换开关选用三极开关，上下级开关不匹配

目前，博物馆的供电系统大多采用TN-S系统，按《民用建筑电气设计标准》（GB 51348-2019）执行：三相四线制系统中使用四极开关时，具有转换功能的开关必须控制所有带电导体，并且所连接电源不能有并联情况发生；TN-C-S、TN-S系统中的电源转换开关，必须使用四级开关且能切断连接的所有导体；当使用隔离开关型自动转换开关时，其额定电流必须大于回路计算电流的125%，并且必须要能耐受回路的预期短路电流。

但是在实际应用中常采用三极和四极两种形式的0.4kV双电源转换开关，与其配套使用的上级开关也有三极和四极两种形式。同时还存在双电源转换开关的极数与上级断路器极数不匹配的问题，如选用四极双电源转换开关但上级断路器却是三极；选用三极双电源转换开关但上级断路器是四极。另外，断路器的整定值与双电源转换开关的额定电流不匹配，如断路器的整定值为100A、50A，双电源转换开关的额定电流值为20A。同时，要注意与断路器连接的电缆，看电缆的实际载流量与断路器的整定值是否相匹配，如截面积为16m2的电缆所配断路器的整定值可能有80A、50A、40A等。另外，还有一些不符合规范或要求的问题存在，如末端双电源转换开关的自动转换二次控制回路中的运行指示灯等二次回路设备零线共用；当配电室等上级各出线回路上装有电气火灾监控装置或出线断路器上装有漏电报警装置时，漏电报警会影响正常供电。

针对以上问题的改进措施：把末端三极双电源转换开关全部改为四极开关，同时为了后期维护管理，在满足其额定电流大于回路计算电流的125%的基础上能统一选用同一规格的均要统一；对断路器的整定值大于电缆载流量的进行调整，使之与实际敷设电缆的载流量（按敷设环境因素修正）及实际负荷大小相匹配；按规范要求，有双电源切换要求的系统必须选用四极断路器，以满足系统的维护、测试和检修时的隔离需要，把上级配电室出线断路器由三极改为四极；末端双电源转换开关的二次回路设备零线按不同回路分别接线，以避免零线共用，同时加大末端双电源转换箱体尺寸，避免后期运行时因检修空间过小而无法检修。

■恒温恒湿设备配电运行方式中易被忽视的问题

随着文物保护意识的增强、技术的进步和馆藏文物保存环境质量检测技术规范及其他相关标准规范的实施，在展厅、库区安装使用恒温恒湿机逐渐常态化，其有效性、安全性应引起重视。

展柜恒温恒湿设备电源与照明电源共回路

在博物馆基建时期，一般按舒适型标准来完成博物馆展厅的环境设计施工，但是这种环境的温湿度控制往往达不到文物对保存环境的要求，因此在展厅或展柜中使用恒温恒湿机成为最常见的微环境控制手段。

后期在展柜中单独加装恒温恒湿机会受到各种条件的限制，对于设计时就有恒温恒湿电源的展柜需考虑原展柜电源的承载能力；对于旧博物馆中的一般展柜而言，其电源一般是按照明负荷设计的，一条电源回路为多个展柜提供照明，恒温恒湿机功率虽然不大却是动力负荷，照明与动力负荷采用同一回路供电容易在设备启动时相互影响，严重时还会因超载引起跳闸，存在线路过载的安全隐患。另外鉴于文物保护及节能需求，展示照明回路会在闭馆时统一关闭，而保证展柜微环境稳定的恒温恒湿机需要全天24小时连续运转，闭馆后展柜的恒温恒湿机断电停止工作，会使展柜内的温湿度出现波动，长此以往会对藏品造成严重的损坏。

藏品库房内恒温恒湿设备电源与照明电源共回路

随着藏品保护意识的提升，库房的现代化水平也不断提高，因此要从改善博物馆文物藏品的保存环境入手，提升文物藏品保存环境监测、微环境控制、分析检测等能力，完善库房设施设备，在藏品库房中加装恒温恒湿机。按《博物馆建筑设计规范》（JGJ 66-2015）中10.4.6，藏品库房的电源开关应统一安装在藏品库区的藏品库房总门之外，并设置防剩余电流的安全保护装置。只有这样，才能方便藏品库电源的有效管理，并且能从库房外切断电源，保障用电安全。因此，一般库房内无动力电源，如加装的恒温恒湿机供电电源采用藏品库房原有照明电源同样存在电源不能满足使用需求的情况，故需要按规范对供电线路进行改造。

有恒温恒湿要求的博物馆藏品库房、陈列展区空调用电负荷应该按不低于二级负荷的要求供电，二级负荷的供电系统宜由两回线路供电，因此无恒温恒湿电源的展厅和藏品库房需要按照规范要求对供电线路进行改造。

从配电室单独敷设两路电源通过双电源转换箱为展厅展柜或藏品库房提供单独的恒温恒湿供电回路时，应该对供电回路设置防剩余电流的安全保护装置。一是供电回路可以选用合适的漏电断路器进行保护，当漏电电流超过预定值时，自动切断电源；二是在供电回路上加装电气火灾监控装置，对监测部位的电流、电压、温度、剩余电流、故障电弧等进行实时在线监测和超前预警预报，用以预判线路绝缘老化问题，做到防患于未然，尽早发现电气安全隐患，并将隐患消灭在萌芽状态。

综上所述，文物安全，防胜于救。从近年来的文物消防安全统计数据可以看出，文物博物馆发生火灾的原因以电气故障为主。文物不同于一般物资，一旦发生火灾，即使及时扑灭，也会给文物带来不可逆的损坏，同时还会伴随着巨大的生命财产损失以及巨大的社会负面影响。因此，要对博物馆基础保障系统运行方式进行认真的研究和分析，明确哪种运行方式是正常的，目前还存在哪些异常，以便对存在的安全隐患提前做出科学预判，真正做到防患于未然。