高層商務(wù)型公寓樓樹狀電氣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

司圣生

0 引言

在經(jīng)濟(jì)環(huán)境不斷發(fā)展的背景下，人們對居住場所的舒適度與安全度需求逐漸增大。在我國各個地區(qū)的住宅小區(qū)中，電氣結(jié)構(gòu)建設(shè)以及相應(yīng)的節(jié)能措施與安全措施研究越來越重要。電氣設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)電氣結(jié)構(gòu)過程中，首先要考慮的是電氣結(jié)構(gòu)的安全性與可靠性。其次，根據(jù)實(shí)際的住宅環(huán)境以及樓體結(jié)構(gòu)，對電氣結(jié)構(gòu)的美觀性進(jìn)行設(shè)計(jì)與優(yōu)化。隨著住宅用電量與高層商務(wù)型公寓樓用電量的大幅度增加，用電負(fù)荷增長速度隨之增快，與住宅及商務(wù)型公寓樓的建設(shè)面積增長速度不成正比。

傳統(tǒng)的電氣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法在運(yùn)作模式方面存在一定的缺陷，對于多功能住宅小區(qū)以及高層商務(wù)型公寓樓的電氣負(fù)荷計(jì)算存在一定的偏差，導(dǎo)致電氣結(jié)構(gòu)在使用過程中電源損耗較大，尤其是高層建筑中，用電負(fù)荷與電源損耗更加嚴(yán)重。因此，為了改善傳統(tǒng)電氣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的不足，本文以高層商務(wù)型公寓樓為研究對象，提出了一種新的樹狀電氣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。

1 高層商務(wù)型公寓樓樹狀電氣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

1.1 用電負(fù)荷的分級處理與計(jì)算

本文設(shè)計(jì)高層商務(wù)型公寓樓樹狀電氣結(jié)構(gòu)前，首先針對公寓樓的具體結(jié)構(gòu)，對用電負(fù)荷進(jìn)行分級處理，并以分級處理結(jié)果為基礎(chǔ)，計(jì)算用電負(fù)荷。

根據(jù)我國電氣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)要求與規(guī)范，本文將高層商務(wù)型公寓樓劃分為三個等級的負(fù)荷。其中，一級負(fù)荷指的是電力中斷會對民眾安全以及社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生嚴(yán)重影響，使部分單位的工作中斷，損壞單位重要生產(chǎn)設(shè)備，需要大量的人力物力進(jìn)行維修后才能恢復(fù)工作秩序，屬于重要的負(fù)荷。二級負(fù)荷指的是電力中斷降低了民眾的生活質(zhì)量，使部分企業(yè)出現(xiàn)減產(chǎn)的情況，公共場合發(fā)生秩序混亂。三級負(fù)荷指的是除了上述兩個級別負(fù)荷以外的其他情況，對民眾、單位、公共場所的影響較小。

對用電負(fù)荷進(jìn)行分級處理，保證樹狀電氣結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)能夠滿足相應(yīng)等級的標(biāo)準(zhǔn)要求。樹狀電氣結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與用電負(fù)荷的計(jì)算結(jié)果存在較大關(guān)聯(lián)，用電負(fù)荷計(jì)算結(jié)果的誤差較大時，導(dǎo)致出現(xiàn)頻繁跳閘的現(xiàn)象，且電氣設(shè)備在使用一段時間后會出現(xiàn)負(fù)載運(yùn)行，降低公寓樓供電的安全性。因此，本文采用系數(shù)計(jì)算的方法，計(jì)算高層商務(wù)型公寓樓的用電負(fù)荷，計(jì)算公式如下：

其中，K表示公寓樓設(shè)備組的運(yùn)行系數(shù)；P表示公寓樓設(shè)備組e 的功率；e 表示公寓樓設(shè)備組組數(shù)。篩選公寓樓建筑中的相同相電源用戶數(shù)，并根據(jù)建筑電氣的負(fù)載變化情況，進(jìn)行相應(yīng)的負(fù)載計(jì)算。

1.2 設(shè)計(jì)變壓器的結(jié)構(gòu)與參數(shù)

基于上述高層商務(wù)型公寓樓的用電負(fù)荷分級處理與計(jì)算結(jié)果，獲得了電氣設(shè)備的運(yùn)行系數(shù)、功率以及用電負(fù)荷，接下來對電氣結(jié)構(gòu)中的變壓器進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)。電氣結(jié)構(gòu)中變壓器的損耗通常情況下指的是由于負(fù)荷電流過高，導(dǎo)致功率因數(shù)增加，從而提高了變壓器的負(fù)荷與功率損耗。

設(shè)置高層商務(wù)型公寓樓用電設(shè)備保持一定的距離，根據(jù)自然功率因數(shù)的變化，計(jì)算電力設(shè)備的無功補(bǔ)償容量。設(shè)置電纜線路的接入方式，根據(jù)敷設(shè)環(huán)境條件，采用電纜與變配電室的連接方式。根據(jù)高層商務(wù)型公寓樓供電區(qū)域的最大負(fù)荷，配置相應(yīng)的變壓器容量，減少變壓器長期運(yùn)行狀況的出現(xiàn)。調(diào)整變壓器的負(fù)荷率，根據(jù)變壓器的電容補(bǔ)償數(shù)值，調(diào)整電力設(shè)備負(fù)荷的平均有功功率。設(shè)置電氣結(jié)構(gòu)中電纜的電壓等級，增加電纜接頭部位的保護(hù)盒，控制電纜線路接地線的截面面積。采用架空線路的電纜，設(shè)置電纜終端的保護(hù)范圍。

在高層商務(wù)型公寓樓中，電氣設(shè)備使用的數(shù)量較多，公寓樓整體的負(fù)載容量較高，對于變壓裝置的損耗相應(yīng)較多。因此，在樹狀電氣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，變壓器的結(jié)構(gòu)與參數(shù)設(shè)計(jì)至關(guān)重要。首先，分析高層商務(wù)型公寓樓的電氣狀況，確定電氣設(shè)備的額定容量、型號、使用數(shù)量與運(yùn)行模式，減少電氣負(fù)載增加的情況。根據(jù)分析結(jié)果，對變壓器的結(jié)構(gòu)與參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，公式為：

其中，表示公寓樓變壓器所需的容量參數(shù)；P表示變壓器的有功功率參數(shù)；K表示公寓樓電氣設(shè)備的用電負(fù)載系數(shù)；表示變壓器負(fù)載率系數(shù)，通常情況下取值0.85。

確定了變壓器的各項(xiàng)參數(shù)后，設(shè)計(jì)變壓器的結(jié)構(gòu)。綜合考慮變壓器冷卻介質(zhì)的不同，干式變壓器的繞組與鐵芯的冷卻介質(zhì)都是空氣，不需要與絕緣油體接觸，安全性更好，因此，本文選擇冷卻介質(zhì)為空氣的干式變壓器。鑒于高層商務(wù)型公寓樓的建筑結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，諧波含量較高，變壓器內(nèi)部會產(chǎn)生一定的磁動勢，降低電氣結(jié)構(gòu)中的零序阻抗，減少電氣設(shè)備接地短路的情況。

1.3 設(shè)置供電電源與變配電室

在樹狀電氣結(jié)構(gòu)的變壓器結(jié)構(gòu)與參數(shù)設(shè)計(jì)完畢后，對高層商務(wù)型公寓樓的供電電源與變配電室進(jìn)行設(shè)置。根據(jù)實(shí)際的高層公寓樓具體情況，設(shè)置相應(yīng)的用電容量與供電需求，根據(jù)實(shí)際的需求，判斷公寓樓內(nèi)是否需要設(shè)置高壓開閉場所。基于公寓樓供電設(shè)施的實(shí)際耗電量與容量，選擇電源傳輸中消耗較少的節(jié)能設(shè)計(jì)方式。

為了提高樹狀電氣結(jié)構(gòu)的安全性與可靠性，設(shè)置變壓器的臺數(shù)與變壓器容量。綜合考慮高層商務(wù)型公寓樓的地理位置，設(shè)置相應(yīng)的變配電室。在強(qiáng)弱電線進(jìn)戶的設(shè)計(jì)中，選取合適的開閉站位置，結(jié)合公寓樓其他建筑物，設(shè)置開閉站的進(jìn)出口結(jié)構(gòu)。在樹狀電氣結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，采用母線槽配電的方式，進(jìn)行放射式供電。設(shè)置用電設(shè)備的集中管理，對分散的電氣設(shè)備與電氣結(jié)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)一分配。在供電電源結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，采用鋁芯塑料線作為導(dǎo)線，具有較高的機(jī)械強(qiáng)度與電阻，老化速度較慢，能夠滿足高層商務(wù)型公寓樓的用電需求。

2 實(shí)驗(yàn)分析

為了檢驗(yàn)本文設(shè)計(jì)的高層商務(wù)型公寓樓樹狀電氣結(jié)構(gòu)方法的實(shí)際應(yīng)用效果，進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)測試。

實(shí)驗(yàn)環(huán)境選取江蘇省某園區(qū)內(nèi)的高層商務(wù)型公寓樓，充分考慮公寓樓的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與抗環(huán)境突變能力，采用并網(wǎng)發(fā)電的系統(tǒng)，接入光伏并網(wǎng)逆變器，為公寓樓建筑的負(fù)載提供電量。當(dāng)電氣設(shè)備的發(fā)電量較低時，使用公共電網(wǎng)提供電力。將電氣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)看作一種電源儲能裝置，在處理應(yīng)急狀況時，配備蓄電池儲能。

本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)串聯(lián)組件的個數(shù)不同，設(shè)置串聯(lián)組件的個數(shù)為每組15 個，將智能監(jiān)控元件接入電氣結(jié)構(gòu)的匯流箱中，調(diào)整發(fā)電總裝機(jī)的容量與供電半徑，跟蹤并記錄電氣設(shè)備的輸出電壓與電流變化?？刂齐姎庠O(shè)備的最大功率，使輸出功率小于最大功率，調(diào)整電氣設(shè)備的接線方式，減小功率對配電網(wǎng)的影響。設(shè)置電氣設(shè)備直流母線的額定電壓，在電氣結(jié)構(gòu)安裝光伏組件，將并網(wǎng)控制器安裝在逆變裝置內(nèi)，控制電氣結(jié)構(gòu)的電流與電壓變化。為了防止電氣結(jié)構(gòu)發(fā)生突變，控制電網(wǎng)的頻率與核心部件運(yùn)行的穩(wěn)定性。基于高層商務(wù)型公寓樓供電電壓偏差，計(jì)算出本文設(shè)計(jì)的電氣結(jié)構(gòu)方法的電能指標(biāo)，計(jì)算公式為：

其中，表示實(shí)際測量得到的電氣設(shè)備電壓值；U表示電氣設(shè)備的額定電壓。根據(jù)串聯(lián)組件個數(shù)的不同，將電氣結(jié)構(gòu)劃分為5 組不同的結(jié)構(gòu)，用序號進(jìn)行標(biāo)記處理。通過公式（3）計(jì)算每一組電氣結(jié)構(gòu)的電能指標(biāo)，判斷電能指標(biāo)是否符合電氣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求與規(guī)范，結(jié)果如表1 所示。

根據(jù)表1 可知，本文設(shè)計(jì)的高層商務(wù)型公寓樓樹狀電氣結(jié)構(gòu)方法的有功功率與電能指標(biāo)結(jié)果均符合相關(guān)的要求與規(guī)范，能夠保障電氣裝置的安全性與可靠性。

表1 電氣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的電能指標(biāo)結(jié)果

3 結(jié)語

針對傳統(tǒng)公寓樓電氣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不足，本文進(jìn)行了相應(yīng)的改善與優(yōu)化，設(shè)置了有效的電氣設(shè)備，嚴(yán)格按照相關(guān)的消防安全規(guī)范進(jìn)行樹狀電氣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。通過實(shí)驗(yàn)證明，本文設(shè)計(jì)的高層商務(wù)型公寓樓樹狀電氣結(jié)構(gòu)各項(xiàng)電能指標(biāo)均符合要求與規(guī)范，實(shí)現(xiàn)了公寓樓的變電配電，降低了電源的損耗，為人們提供了更加安全、更加便捷的生活環(huán)境。