驻外机构建筑配电系统设计要点

张 力

(北京市建筑设计研究院有限公司，北京 100045)

0 引言

随着我国对外交往的增加，我国驻海外机构越来越多，不同于国内建筑，驻外机构建筑的电气设计有其自身特点。本文通过总结驻外机构建筑配电系统设计要点，为行业人员提供一些同类型建筑的设计参考。

1 驻外机构建筑特点

驻外机构一般指我国国家机关、企事业单位、国内企业在国外建立的分支机构，驻外机构建筑种类很多，在本文中指由驻外机构在国外购置土地或拥有土地长期使用权后新建或改建的建筑，建筑的产权(或长期使用权)归驻外机构所有，建筑的服务对象是驻外机构的工作人员及家属。此类驻外机构建筑通常是一个院区，院内有业务用房、办公用房、宿舍、厨房、餐厅、后勤用房、设备机房、值班室、休闲健身场地等。在这样一个相对独立的院区，可以满足驻外机构办公、业务、生活的需要，提供安全、便利的工作和生活条件。

此类驻外机构建筑的特点是：建筑设计采用国内标准、施工全部或部分由国内单位完成；工程所需材料和设备全部或部分由国内提供；院区内一般分为生活区和工作区两部分，物业管理由驻外机构自行管理或部分物业管理由当地服务公司承包；建筑的使用人员和管理人员流动性大，不定期变化。

2 驻外机构建筑电气设计特点

2.1 因地制宜

自然环境条件是在境外建筑工程设计的重要设计条件，主要包括地理及气象、生物资料等，掌握这些资料有助于设计人员确定防雷等级、太阳能光伏发电系统、电气设备选型、电气装置抗震设计、卫星天线定位、变电所定位等内容。

2.2 为客户定制

驻外机构的主营业务不同、需求各异，需要设计人根据不同需求体现不同的建筑功能。针对物业管理形式，应事先要求外方提出详细设备样本及设计要求。针对设备选型，应符合当地要求，在业主允许时，需要后期维护的设备优先选用当地市场的主流产品。

2.3 配电系统与当地电力系统的对接

不同配电系统的对接是驻外机构建筑电气设计的重要内容。在设计前期应收集当地设计规范、产品标准、安装规范，了解当地规范与IEC规范的关系，以及与我国规范的异同点。与所在国当地供电公司交流时，可以就当地要求和一些具体做法充分交换意见，特别是要确认电源电能质量是否满足用电设备要求，如果不满足可以向供电公司提出用户需求，当供电公司无法满足我方需求时，电气设计需采用相应的措施提高电能质量。

2.4 设计文件

设计文件需满足当地的工程管理规定，一般要求翻译成英文或所在国文字。由于是境外工程，参与方有业主、施工方、厂家、当地政府、市政公司等，涉及中、外大量协作单位，各类工程文档的管理尤为重要。应建立完善的收发文制度，对文件的格式、签收、签发、抄送、存档等分门别类地规定，做到工程的各阶段都要有完整的记录，所有问题都可追溯。

3 配电系统设计要点

3.1 负荷分级及负荷计算

负荷分级和负荷计算是确定外电源的设计依据。驻外机构建筑的用电负荷分级按国内规范执行，部分驻外机构(如国家驻外使领馆、国家驻外文化机构、驻外企业地区中心总部)规范中没有明确分级，应根据驻外机构建筑性质参照规范，结合业主使用要求及当地设计规范，确定负荷分级，并提交业主确认。

负荷计算是确定变压器容量的依据，主要分三部分内容，一是平时的平均负荷计算，二是平时的最大负荷计算，三是二类及以上重要负荷计算。在负荷计算时，需要系数、同时系数应根据当地气候条件、设备使用习惯确定，不可完全照搬国内设计习惯。例如，国外某些炎热地区，当地空调均满载运行，空调机组需要系数0.8(按国内经验)就不满足当地使用要求，有可能会造成开关跳闸、变压器过负荷等问题。

3.2 变压器负荷率

选择变压器容量时要考虑的因素：一是单台变压器容量在事故情况下要满足全部二级及以上负荷的需要；二是满足平时最大负荷的需要；三是要节能运行；四是变压器容量留有一定发展裕量。

JGJ 16-2008《民用建筑电气设计规范》规定“配电变压器的长期工作负载率不宜大于85%”，DB 11 687-2015 《公共建筑节能设计标准》规定“变压器负荷率设计值宜在60%～80%”，文献[5]规定“变压器的经常性负载应以在变压器额定容量的60%为宜。”IEC 60364-8-1规定变压器在铁损和铜损相等时，相当于变压器容量的40%～65%效率最高。

综合上述规范要求，平时的变压器平均负载率宜为50%～75%，由于国外变压器报装的费用及电费一般比国内高很多，往往当地的变压器负荷率比国内高，因此变压器的发展裕量应征求业主意见，综合考虑。

3.3 高低压配电系统

3.3.1 电源条件

电源条件是电气设计的基础性条件，设计初期由设计方根据工程的负荷分级及负荷容量向供电公司提出供电电源申请，供电公司批复的电源电压等级和电源数量又是电气设计人员的设计依据，决定高低压系统主接线方式。

按JGJ 16-2008《民用建筑电气设计规范》规定，“当用电设备总容量在250kW及以上或变压器容量在160kVA及以上时，宜以10(6)kV供电；当用电设备总容量在250kW以下或变压器容量在160kVA以下时，可由低压供电。”变压器的规格标准不同，各国供电公司对供电电压的规定也不同，部分国家的电网电压如表1所示。

部分国家的电网电压列表 表1

这种情况下，选择驻外机构的供电电压和变压器时，应参考国内规范规定，按当地供电公司要求申报电源电压及变压器规格。如当地电源条件不满足国内规范规定的一、二级负荷电源要求时，须设自备电源。自备电源采用柴油发电机组或蓄电池组。

3.3.2 高低压系统形式

驻外机构建筑的高低压配电系统类型主要是单母线分段系统，根据电源数量、是否设自备电源、是否设联络开关几种情况又分为：单电源单母线系统、单电源+发电机、双电源单母线分段系统(联络或不联络)、双电源单母线分段系统+发电机。由于驻外机构建筑的建筑规模一般都不大，多电源、多台发电机组的情况比较少见，发电机组一般是低压发电机组。

3.3.3 柴油发电机组容量选择

由于驻外机构建筑所在地电网的供电可靠性大多不高，采用柴油发电机组作为自备电源，成为大多数海外工程的标配，笔者认为，即使在工程报建时供电公司承诺提供双电源，为防止日后实际提供的电源不符合要求，最好在地块内预留发电机房位置及安装条件。柴油发电机组对于供电的可靠性十分重要，除根据规范、手册进行负荷计算、电动机启动校验、电压降校验外，还应注意以下问题。

(1)选用时应特别注意容量修正系数，这一点容易被忽略。应根据驻外机构建筑所在地的海拔高度和环境温湿度修正柴油发电机组容量。

(2)柴油发电机组的功率一般分为持续功率(COP)(恒定负荷持续运行)、基本功率(PRP)(变负荷持续运行)、限时运行功率(LTP)、应急备用功率(ESP)(变负荷限时运行)。同一发电机组以上功率大小顺序通常是持续功率(COP)<基本功率(PRP)<限时运行功率(LTP)<应急备用功率(ESP)。

通常驻外机构设置柴油发电机组既为应急电源，又为备用电源。应按应急负荷和备用负荷容量的较大值确定发电机组容量。

一般柴油发电机组产品样本或铭牌上只标注常载/常用功率(CONT. RATING)和备载/备用功率(STANDBY RATING)，相同型号机组的常载/常用功率一般为备载/备用功率的1.1倍。通常所说的常用功率并不是与持续功率(COP)或基本功率(PRP)完全对应的，而是不同厂商会根据柴油机调校情况，结合发电机及辅助设施的配置情况，按照GB/T 2820.1-2009规定的工况及测定方法而标定的机组输出功率。为减少采购柴油发电机组时出现争议，设计图纸及设计文件中应明确发电机组功率类型。

(3)需要注意的是，应急备用功率(ESP)的定义是：在商定的运行条件下并按制造商的规定进行维护保养，在市电一旦中断或在试验条件下，机组可变负载运行且每年运行时间可达200h(按100%ESP运行，每次运行一般不超过1h)的最大功率。24h运行周期内允许的平均功率输出(Ppp)应不超出70%ESP。

这意味着按应急备用功率(ESP)选机组容量时，每年机组运行时间宜≤200h，每次运行时间≤1h，机组可以输出最大输出功率，每次运行时间和年运行时间大于上述规定时，机组应降容使用。如果每次运行时间较长，24h运行周期内机组负载率应≤70%。同样，基本功率(PRP)也有相应规定，按基本功率(PRP)选机组容量时，负载率也宜≤70%。由于柴油机的最佳运行状态是在标定功率的70%～90%，负载率≤70%的规定主要是为了保证柴油发电机组可以长期使用。根据工程经验，电力短缺地区的发电机组选型时可适当选大些，以增加保障供电的范围。

3.3.4 电能质量

在驻外机构建筑工程中，经常面对电能质量问题的困扰，特别是当地电网的电压偏差和电压暂降更是常见问题。

(1)供电电压偏差

供电电压偏差包括过电压和欠电压两种情况，都是由于电网和电气装置运行条件的变化引起的工频电源电压变化。JGJ 16-2008《民用建筑电气设计规范》规定，电动机及照明设备端子处电压偏差允许值宜为±5%。

对于一般电气设备(如荧光灯、电动机变压器等)，电压偏差超出其设计范围时，会影响设备运行性能，造成缩短设备使用寿命及其他更严重影响。

因此，对于电源电压偏差问题，为保证用电设备正常使用应采用稳压措施。主要有以下三种做法。

1)如果电源电压偏差不大，可以通过调整变压器电压分接头来调整电压，调整幅度为±5%。

2)如果电源电压偏差比较大，则需要采用稳压设备，如载调压变压器、稳压器、UPS等。稳压方案可采用集中稳压和分散稳压两种方式，集中稳压即采用有载调压变压器全面稳定低压系统电压，分散稳压即采用小功率稳压器或UPS对部分重要设备稳压。

3)对于欠电压问题可采取无功功率补偿措施减小电压损失，采用集中补偿和分散补偿两种方案。

(2)电压暂降

电压暂降是指供电电压有效值在短时间内突然下降又回升恢复的现象，会造成民用建筑电源的短时断电、用电设备异常运行。从驻外机构建筑配电系统的特点看，电压暂降往往是由市政供电系统的短路故障引起的。降低电源电压暂降对建筑配电系统可靠性的影响主要可以采用以下四种措施。

1)提高配电系统对电源电压暂降的耐受能力。

对于电压暂降引起建筑内配电系统欠压保护动作造成停电的问题，应正确设计欠电压保护，正确使用欠压脱扣器、电压继电器、励磁脱扣器、交流接触器等电气元件。针对建筑内配电系统失电监测元件由于电源电压暂降误动，造成电源自动投入装置误动引起短时停电的问题，应正确选择失压监测元件的动作电压和延时整定值，提高配电系统对电源电压暂降的耐受能力。

2)对敏感设备采用稳压措施，减小电压暂降的影响。

对一般敏感设备可采用造价较低的稳压变压器。对于对电能质量要求高的用电负荷，采用造价较高的UPS、SSTS(固态切换开关)或DVR(动态电压恢复器)等装置。对于不允许短时断电的重要场所的应急照明电源应配置EPS。

3)电能质量的综合治理。

近年来随着电力电子技术的发展，出现了新一代产品——电能质量综合优化装置(MEC)，该产品集成了SVG(静止型动态无功发生器)、NVR(动态电压恢复器)等先进技术，能显著改善系统电能质量，其功能是快速补偿无功率、滤除谐波、有效解决三相不平衡、抑制电压波动和闪变。

4)针对当地电源电能质量选用设备，如当电源电压偏差和电压波动时选用额定电压允许幅值大的产品；当电源频率偏差时，选用额定频率允许幅值大的产品。

3.5 计量与电力监控

由于驻外机构人员变动频繁，物业管理人员和办公、住宿人员大多经常调动。电能计量和设备管理容易出问题，主要表现在能源使用多少不清楚、哪里浪费不清楚、设备维护不及时、人员管理不到位。根据GB 50189-2015《公共建筑节能设计标准》要求，公共建筑应按功能区域设置监测与计量系统，应按插座、空调、动力、特殊用电分项进行电能监测与计量。因此，对于驻外机构来说，设置能源管理系统很有必要，有利于节能并提高设备管理水平。新一代的能源管理系统采用云平台和大数据技术，可以通过云服务解决用户物业人员欠缺专业技术的问题，并且对机电设备提供全生命周期的管理，是理想的解决方案。

5 结束语