變配電站在甲乙類廠房設置探討

陳 學 明

(國藥集團重慶醫藥設計院有限公司, 重慶 400042)

0 引 言

GB 50016—2014《建筑設計防火規范》(2018年版)[1](簡稱《建規》后加版本號)第3.3.8條規定:“變、配電站不應設置在甲、乙類廠房內或貼鄰,且不應設置在爆炸性氣體、粉塵環境的危險區域內。供甲、乙類廠房專用的10 kV及以下的變、配電站,當采用無門、窗、洞口的防火墻分隔時,可一面貼鄰,并應符合現行國家標準GB 50058《爆炸危險環境電力裝置設計規范》等標準的規定”。該條為強制性條文。

根據此條文,部分地方安評機構或安全監管部門對變、配電站甚至低壓配電室位置設置提出嚴苛要求,給甲乙類廠房的配電設計和業主運行使用等造成諸多不便,設計人員和業主對此卻又無可奈何[2-3]。本文認為存在兩個問題,條文編制的遲滯和理解條文的偏差。為此,本文探討了《建規》中此條文及條文說明的演變情況,以及醫藥設計行業在涉及該條文時所發現的問題探討。

1 變、配電站與配電室概念

變電站是指電力系統中對電壓和電流進行變換、接受電能及分配電能的場所。變電就是把一個電壓等級變成另外一個電壓等級,即必經變壓器進行變壓;配電是指電能分配,即經過配電柜將電分成多個回路送出。配電與變電的區別在于配電無變壓器,而變電有變壓器。

根據輸送電能容量及房間實際占地面積,從大到小排,分別是變電站(配電站)、變電所(配電所)、配電室、配電間。即:一般大區域變電的地方稱為站,終端總變電的地方稱為所,最末端為室或者間。嚴格來說,變電站大于變電所,但從本文規范中的演變來看,各版《建規》中變、配電站與變、配電所含義相同。

文獻[4]對變、配電站定義為:變(配)電站,向低壓電氣裝置供電的變(配)電站,如車間變(配)電站;配電站(開關站),匯集與補償電能,連接電力系統幾個部分,多為提高系統穩定性而設,必要時可設置串聯補償裝置,以提高供電能力和送電質量。電壓等級有35 kV、20 kV、10 kV等。

根據GB 50053—1994《10 kV及以下變電所設計規范》,變、配電所定義如下:變電所,10 kV及以下交流電源經電力變壓器變壓后對用電設備供電;配電所,所內只有起開閉和分配電能作用的高壓配電裝置,母線上無變壓器。配電所內只有高壓配電裝置,實際就是開閉所。

因此,變電站(所)、高壓配電室(開閉所)不能設于甲乙類廠房內或貼鄰,專用可一面貼鄰。低壓配電室不受此規范條文限制。

2 各版《建規》中條文溯源及邏輯分析

《建規》最早的版本為TJ 16—1974,該版本根據更早的規定和資料進行修訂,并多次征求各有關部門意見再開會審查定稿,于1975年3月1日試行。因未查到該版本條文,故無法在該版本中追溯。

GBJ 16—1987《建規》第3.2.6條規定“可燃油油浸電力變壓器室、高壓配電裝置室的耐火等級不應低于二級”;第3.2.6條條文說明“油浸變壓器是一種多油電器設備。當它長期過負荷或發生故障產生電弧時,油溫過高會起火或電弧使油劇烈氣化,可能使變壓器外殼爆裂釀成火災,因此運行中的變壓器存在有燃燒或爆裂的可能”;第3.2.7條“變電所、配電所不應設在有爆炸危險的甲、乙類廠房內或貼鄰建造,但供上述甲、乙類專用的10 kV及以下的變電所、配電所,當采用無門窗洞口的防火墻隔開時,可一面貼鄰建造”;第3.2.7條條文說明“甲、乙類生產廠房屬易燃易爆場所,運行中的變壓器又存燃燒或爆裂的可能性,不應將變電所、配電所設在有爆炸危險的甲、乙類廠房內或貼鄰建造,以提高廠房的安全程度。如果生產上確有需要,可以放寬,允許專為一個甲類或乙類廠房服務的10 kV及以下的變電所、配電所在廠房的一面外墻貼鄰建造,并用無門窗洞口的防火墻隔開”。需要注意的是,根據第3.2.6條條文說明“運行中的變壓器存在有燃燒或爆裂的可能”,說明第3.2.7條條文說明中“運行中的變壓器又存燃燒或爆裂的可能性”是針對油浸變壓器。

GBJ 16—1987《建規》(2001年版)中上述條文及條文說明內容與GBJ 16—1987一致。

GB 50016—2006《建規》第3.3.13條規定“油浸變壓器室、高壓配電裝置室的耐火等級不應低于二級”;第3.3.13條條文說明“油浸變壓器是一種多油電器設備。當它長期過負荷或發生故障產生電弧時,易使油溫過高而起火或產生電弧使油劇烈氣化,可能使變壓器外殼爆裂釀成火災,因此,運行中的變壓器存在有燃燒或爆裂的可能”;第3.3.14條規定“變、配電所不應設置在甲、乙類廠房內或貼鄰建造,且不應設置在爆炸性氣體、粉塵環境的危險區域內。供甲、乙類廠房專用的10 kV及以下的變、配電所,當采用無門窗洞口的防火墻隔開時,可一面貼鄰建造”;第3.3.14條條文說明“甲、乙類生產廠房屬易燃易爆場所,運行中的變壓器存在燃燒或爆裂的可能,不應將變電所、配電所設在有爆炸危險的甲、乙類廠房內或貼鄰建造,以提高廠房的安全程度。如果生產上確有需要,可以設一個專為甲類或乙類廠房服務的10 kV及以下的變電所、配電所,在廠房的一面外墻貼鄰建造,并用無門窗洞口的防火墻隔開”。同樣,根據第3.3.13條條文說明可以推理出,第3.3.14條條文說明中“運行中的變壓器存在燃燒或爆裂的可能”是針對油浸變壓器。

GB 50016—2014《建規》第3.2.6條規定“油浸變壓器室、高壓配電裝置室的耐火等級不應低于二級”;第3.2.6條條文說明“油浸變壓器是一種多油電器設備。油浸變壓器易因油溫過高而著火或產生電弧使油劇烈氣化,使變壓器外殼爆裂釀成火災事故。實際運行中的變壓器存在燃燒或爆裂的可能,需提高其建筑的防火要求。對于干式或非燃液體的變壓器,因其火災危險性小,不易發生爆炸,故未作限制”;第3.3.8條規定“變、配電站不應設置在甲、乙類廠房內或貼鄰,且不應設置在爆炸性氣體、粉塵環境的危險區域內。供甲、乙類廠房專用的10 kV及以下的變、配電站,當采用無門、窗、洞口的防火墻分隔時,可一面貼鄰”;第3.3.8條條文說明“運行中的變壓器存在燃燒或爆裂的可能,易導致相鄰的甲、乙類廠房發生更大的次生災害,故需考慮采用獨立的建筑并在相互間保持足夠的防火間距。如果生產上確有需要,可以設一個專為甲類或乙類廠房服務的10 kV及10 kV以下的變電站、配電站,在廠房的一面外墻貼鄰建造,并用無門窗洞口的防火墻隔開”。與前述推理一致,第3.3.8條條文說明中“運行中的變壓器存在燃燒或爆裂的可能”是針對油浸變壓器,且可以根據第3.2.6條條文說明中“對于干式或非燃液體的變壓器,因其火災危險性小,不易發生爆炸”得到佐證。

GB 50016—2014(2018年版)《建規》中上述條文及條文說明與GB 50016—2014《建規》一致。

以上各版《建規》對此條文除個別字詞修飾變化、變配電所逐步改為變配電站、由普通條文改為強制性條文外,內容并無實質性改變。

根據我國干式變壓器(簡稱干變)發展情況,從20世紀80年代后期我國干變還處于起步階段,到2000年前后干變才逐漸普及,這從《建規》各版本條文說明的變化(GB 50016—2014《建規》條文說明中首次出現“干式或非燃液體的變壓器”)中可以得到佐證。從前述各版《建規》條文說明可知,油變壓器是限制變電站設于甲乙類廠房內的主要原因。

另外,查詢我國10 kV高壓斷路器的發展歷程,斷路器經歷了從多油、少油再到真空等發展階段,到20世紀90年代初才逐漸淘汰多油及少油斷路器,而高壓真空斷路器在我國供電系統中的應用始于1978年,到20世紀90年代中后期才開始廣泛應用。可以據此推斷出,早期規范限制配電站設于甲乙類廠房內的原因極可能是因為油斷路器的危險性較高。

通過對各版本《建規》追溯分析,可以推斷出以下方面:① 《建規》中該相關條文中的變、配電站是指的含有變壓器的變配電裝置和高壓配電室,而非低壓配電室;② 變、配電站中的變壓器是指危險程度較高的油浸變壓器,而非危險程度較低的干式變壓器;③ 《建規》中此條對變、配電站位置的限制主要原因是因油浸變壓器和油斷路器的危險性較高。

3 低壓配電室位置實際危險性分析

根據設計的醫藥行業甲乙類廠房情況,按對《建規》此條文的正確理解(即變配電站不是低壓配電室),低壓配電室可設置于甲乙類廠房的非防爆區內,且位置適中,走線方便。布置位置一如圖1所示,未標注防爆區字樣的區域為非防爆區。

圖1 布置位置一

如根據部分地方安評機構或安監部門對《建規》此條文的理解(即變配電站是低壓配電室),有2個常用方案。其中一個方案是在甲乙類廠房的端頭,低壓配電室一面貼鄰,而貼鄰的另一側常常為爆炸危險區域(簡稱防爆區),布置位置二如圖2所示。另一個方案是距甲乙類廠房一定距離,單獨設置低壓配電室,布置位置三如圖3所示。

圖2 布置位置二

圖3 布置位置三

低壓配電室的實際危險性分析如表1所示。

表1 低壓配電室的實際危險性分析

4 低壓配電室供電與就地配電箱供電危險性分析

在低壓配電室位置設置的3種情況中,位置一因低壓配電室設置于單體內,供電方便,可直接由低壓配電室向各設備負荷供電,減少就地配電箱數量;位置三因低壓配電室在另一個單體內,如果所有設備均直接由低壓配電室供電,管線太多,距離又遠,故多在就地設配電箱;位置二的情況介于兩者之間,就地配電箱設置數量也介于兩者之間。因就地配電箱安裝環境局限,操作空間狹小,安裝位置更靠近防爆區,存在的事故隱患和危險點較低壓配電室多。

5 技術經濟實用性分析及比較結果

針對低壓配電室位置二和位置三,相對于位置一比較:技術方面,電氣管線加長,壓降增大,能源損耗增加;經濟方面,設備材料增加,投資加大,運行費增加;占地方面,相對較多;整體外觀及管理影響方面,增加設備管線,配電箱分散數量相對較多,增加運行維護工作量和難度,低壓配電室位置不合理,一面貼鄰難看,管線走向別扭,影響整體觀瞻。

綜上所述,從技術、經濟及實用性比較,低壓配電室位置一均是最優的,且安全可靠。因局限于上述原因,故只以低壓配電室進行比較,變配電站也同此理。

6 側面分析

根據GB 50058—2014《爆炸危險環境電力裝置設計規范》第5.3.5條“變電所、配電所(包括配電室,下同)和控制室應布置在爆炸性環境以外、當為正壓時,可布置在1區、2區內”,變配電站可以設在甲乙類廠房內,甚至可以設在防爆區內(有限制性條件作為前提)。

根據GB 50053—2013《20 kV及以下變電所設計規范》第2.0.1條“當與有爆炸或火災危險的建筑物毗連時,變電所的所址應符合現行國家標準《爆炸和火災危險環境電力裝置設計規范》GB 50058的有關規定”,此規范也未反對變配電站設于甲乙類廠房內。

因此,供甲乙類廠房專用的、危險性較低的、采用干變及無油斷路器的變配電站可以設于該甲乙類廠房的非防爆區內。

對于非專用變配電站,考慮到其重要性及發生事故后的影響范圍,不能設于甲乙類廠房內或貼鄰。

7 結 語

探討了變配電站在甲乙類廠房設置,可以得出以下結論:

(1)變、配電站指的是含有變壓器的變配電裝置和高壓配電室,而非低壓配電室。

(2)變、配電站中的變壓器是危險程度較高的油浸變壓器,而非危險程度較低的干式變壓器。

(3)《建規》中對變、配電站位置的限制主要原因是因油浸變壓器和油斷路器的危險性較高。

(4)供甲乙類廠房專用的、危險性較低的、采用干變及無油斷路器的變配電站可以設于該甲乙類廠房的非防爆區內。

GB 51283—2020《精細化工企業工程設計防火標準》[5]第8.3.1條規定:供甲、乙類廠房專用的20 kV及以下的變配電所,無含油設備的變配電所可一面或二面貼鄰建造。該條條文說明為“一面貼鄰布置浪費較多土地,為節約用地,同時考慮到無含油設備的變配電所火災可能性較有含油設備的變配電所大幅降低,故規定無含油設備的變配電所可一面或二面貼鄰建造”。此標準已將一面貼鄰改為二面貼鄰。