關(guān)于電纜在新建居住區(qū)供配電工程中規(guī)劃設(shè)計(jì)應(yīng)用

付向偉

（國網(wǎng)湖北省電力有限公司棗陽市供電公司）

0 引言

建筑供配電工程對于建筑需求實(shí)現(xiàn)和建筑品質(zhì)提高而言，有著重要的作用，新建居住區(qū)的供配電工程設(shè)計(jì)規(guī)劃工作具有工程難度大、參考依據(jù)少的明顯特點(diǎn)，這也導(dǎo)致當(dāng)前相關(guān)工作開展過程中存在諸多問題，最終使建筑使用階段的品質(zhì)下滑，甚至出現(xiàn)用電安全問題。在此背景下，本文展開關(guān)于電纜在新建居住區(qū)供配電工程中規(guī)劃設(shè)計(jì)應(yīng)用的相關(guān)研究，從規(guī)劃設(shè)計(jì)的角度，明確供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)與設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

1 供電決策設(shè)計(jì)

供電決策設(shè)計(jì)就是整個供應(yīng)配電系統(tǒng)在開展之前進(jìn)行的總體統(tǒng)籌規(guī)劃工作。在該內(nèi)容中，首先要確定設(shè)計(jì)的整體思路與設(shè)計(jì)理念，其次對于設(shè)計(jì)要求也需一一明確。從設(shè)計(jì)的角度來看，其需求的提出主要由三個方面共同決定，一是由行業(yè)法規(guī)及國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)帶來的合規(guī)性需求，這是在設(shè)計(jì)過程中的底線需求；二是根據(jù)新建居民區(qū)的實(shí)際應(yīng)用情況與具體應(yīng)用內(nèi)容帶來的實(shí)用需求，能夠保障供電配電方案在設(shè)計(jì)落地后的可行性與應(yīng)用價值；三是由于環(huán)境因素或其他特殊因素的影響所帶來的額外需求，這是一個設(shè)計(jì)方案對目標(biāo)設(shè)計(jì)場景是否匹配的重要內(nèi)涵內(nèi)容［1］。

故在進(jìn)行供電決策設(shè)計(jì)的過程中，需要明確的技術(shù)指標(biāo)主要有以下幾點(diǎn)：一是該新建居民區(qū)的所處地理位置，根據(jù)其所處位置可能會面對不同的底線需求；二是需要全面了解該新建居民區(qū)的具體居民數(shù)量及用電需求，對于工業(yè)用電和公共場所用電的額外需求等內(nèi)容，基于此開展后續(xù)的復(fù)合設(shè)計(jì)和安全措施設(shè)計(jì)工作；三是該居民區(qū)是否有特殊景觀，以及環(huán)境要求是否特殊，如環(huán)境溫度較低或所屬園區(qū)內(nèi)具有涉水景觀等內(nèi)容，則可能會影響后續(xù)的材料選擇與平面規(guī)劃設(shè)計(jì)。

此外在供電決策階段所要確定的設(shè)計(jì)方案的整體約束還應(yīng)考慮工期與成本的相關(guān)要求。在整個居住區(qū)建設(shè)過程中，供配電工程幾乎是居住區(qū)建設(shè)的最后一環(huán)，在該過程中所預(yù)留的工期較少，同時工程成本較為緊張，其他工程形式所耽擱的工期也可能被壓縮到此過程當(dāng)中。這也是在決策過程中需要考慮后續(xù)設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容。

2 負(fù)荷設(shè)計(jì)

關(guān)于公共居民區(qū)的用電負(fù)荷，我國有相關(guān)明確規(guī)定，各個省市也有自身的設(shè)計(jì)規(guī)范性文件。在《配電設(shè)施規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則》中，將用電負(fù)荷與斷電影響大致分為三個等級，一級供電負(fù)荷指的是在發(fā)生超負(fù)荷問題或其他情況導(dǎo)致的中斷供電，會引起經(jīng)濟(jì)或政治方面的極大損失，抑或可能導(dǎo)致人身傷亡等嚴(yán)重事故；二級供電負(fù)荷是指在相關(guān)情況下引起的損失較大，但仍可挽回，從人身安全方面不發(fā)生人員重傷或死亡；三級供電負(fù)荷及一般民用電的供電負(fù)荷，產(chǎn)生斷電情況或超負(fù)荷問題后，不會發(fā)生重大安全事故，也不會造成明顯的經(jīng)濟(jì)損失。

在進(jìn)行新建居民區(qū)設(shè)計(jì)過程中，就可參照設(shè)計(jì)導(dǎo)則的相關(guān)內(nèi)容對負(fù)荷進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先需要明確新建居民區(qū)除了住宅區(qū)之外還具有諸多公共區(qū)域，同時居民區(qū)中的消防設(shè)施、應(yīng)急用電的內(nèi)容也是在進(jìn)行供配電設(shè)計(jì)過程中需要考慮的重點(diǎn)問題［2］。按照上述等級進(jìn)行分類，可得出以下設(shè)計(jì)思路：對于高層建筑而言，電梯的負(fù)荷等級一般認(rèn)定為一級或二級，因其在發(fā)生突然斷電或失去控制之后，可能造成經(jīng)濟(jì)損失和人員安全后果；建筑內(nèi)的人防工程屬一級供電負(fù)荷，主要是為了保障特殊情況下，在人防工程使用過程中避免出現(xiàn)電力斷電問題造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失與社會影響；使用電能保障安全的地下車庫，也可被認(rèn)定為二級負(fù)荷；建筑中的應(yīng)急照明和消防設(shè)施，根據(jù)社區(qū)等級與人員密度認(rèn)定為一級或二級負(fù)荷。此外，大部分居民用電負(fù)荷均可按照三級供電負(fù)荷進(jìn)行設(shè)計(jì)。

明確負(fù)荷等級所開展的設(shè)計(jì)工作，其主要影響是材料選擇與安全保障措施方面，更高等級更高性能的材料，其能夠承擔(dān)的可變因素更多，也不會在外界影響下出現(xiàn)直接斷電的情況，安全保障措施同樣如此。此外用電負(fù)荷的認(rèn)定雖并沒有強(qiáng)制性部門介入，但在設(shè)計(jì)過程中，只有遵循該原則開展相關(guān)設(shè)計(jì)工作，才能夠保障未來的用電質(zhì)量與用電安全。

3 供電平均功率與單線最大功率的確定

對于新建居住區(qū)中，其用電的重點(diǎn)區(qū)域就是建筑區(qū)域，非建筑區(qū)域?qū)τ谟秒姷男枨笈c用電強(qiáng)度并不大。根據(jù)居住區(qū)的不同也會影響在配電設(shè)計(jì)過程中方案輸出。以高層住宅類居住區(qū)和普通別墅居住區(qū)為例，其最為顯著的特點(diǎn)就是建筑密度不同，在土地使用面積上來看，高層建筑的土地利用率是同等規(guī)模的別墅型建筑數(shù)十倍以上，這也就表示其用電量與用電穩(wěn)定性需求也會成倍增加，同時會使供電線路大大增長。這一系列數(shù)值增加所帶來的直接影響就是質(zhì)量隱患加劇，同時所蘊(yùn)含的技術(shù)要點(diǎn)與質(zhì)量要求也更加復(fù)雜［3］。

為了保障用電安全與用電的穩(wěn)定性，在設(shè)計(jì)過程中必須考慮供電系統(tǒng)的平均功率與單線最大功率。在進(jìn)行供電功率計(jì)算的過程中，可參照下表，來對居民區(qū)位置的供電進(jìn)行計(jì)算。下表中設(shè)計(jì)功率指的是平均功率，人員加權(quán)指的是當(dāng)單位面積內(nèi)建筑使用者超過三人時，每超過一人需要增加的百分比。

表

在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，除了明確居民區(qū)的供電功率之外，還需考慮其他公共設(shè)施的用電，對于所包含的給排水站點(diǎn)、垃圾處理區(qū)域、河流景觀裝飾等位置可按照其使用的設(shè)備類型與自身規(guī)模來確定用電功率。

必須明確在進(jìn)行新建居民區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)過程中，整體的設(shè)計(jì)功率越大，則成本越高，但整體功率越小，則用電安全隱患會增加。根據(jù)上表所計(jì)算出的數(shù)值是該建筑的整體平均用電量，一般根據(jù)計(jì)算結(jié)果，按0.8～1.2倍合理設(shè)計(jì)即可。

4 安全措施設(shè)計(jì)

安全措施的設(shè)計(jì)工作主要是指基于用電安全的一系列措施保障。對于新建居民區(qū)的用電，通常是采取獨(dú)立變壓器分流的形式，最常用的安全措施為空氣開關(guān)或保險絲，當(dāng)功率超過一定值時，對應(yīng)保險絲熔斷，空氣開關(guān)跳閘，從而暫停整個園區(qū)的供電工作。這種安全措施最顯著的優(yōu)勢就是安裝和設(shè)計(jì)比較簡單，同時安全保障性較好，一般情況下不會出現(xiàn)用電安全問題。但應(yīng)用該方式，一旦出現(xiàn)用電超荷載的情況，會使整個區(qū)域內(nèi)一定范圍的正常用電受到明顯影響。在安全措施設(shè)計(jì)的過程中也可考慮分層級管理和分流管理的形式，整體設(shè)計(jì)線路在電網(wǎng)接入居民區(qū)的用電后，再進(jìn)行多次分流，每個分流位置設(shè)置相關(guān)安全保障措施，這樣就能夠減少當(dāng)發(fā)生用電熔斷問題時產(chǎn)生的影響［4］。

在進(jìn)行安全性校驗(yàn)的過程中可參考以下公式：

該校驗(yàn)公式所提供的思路為：所有用電位置的總功率需小于等于設(shè)計(jì)功率，其中包括供配電系統(tǒng)的自身用電功率以及線損。此外還需考慮到在特殊用電情況下，即系統(tǒng)老化產(chǎn)生的功耗提升，或因其他原因?qū)е碌慕y(tǒng)計(jì)不準(zhǔn)確問題，該安全系數(shù)被記為K。對于小型供電區(qū)的供配電設(shè)計(jì)工作，K可以為0。

5 材料選擇

對于居住區(qū)的供配電工程規(guī)劃設(shè)計(jì)工作，其占地面積較大、應(yīng)用范圍較廣的材料，尤其電纜，而電纜的材料選擇與工藝確定也是影響整個供配電工程規(guī)劃設(shè)計(jì)質(zhì)量的重要因素之一。首先需要明確，電纜材料在居住區(qū)供配電工程中起到疏通電能的重要作用，而電纜材料的鋪設(shè)位置也是能夠保證供電順暢的先決條件。

在進(jìn)行供配電工程設(shè)計(jì)規(guī)劃過程中需要確定電纜的材料以及電纜的鋪設(shè)方式與施工工藝，在開展上述工作的過程中，必須明確實(shí)際使用環(huán)境和使用情況對設(shè)計(jì)指標(biāo)的影響。作為輸電材料電纜的自身規(guī)格，對于輸電效率、電路能耗、最大功率保障等均有一定的要求，若在設(shè)計(jì)過程中盲目開展相關(guān)指標(biāo)的設(shè)計(jì)工作，可能會出現(xiàn)使用階段電路超負(fù)荷嚴(yán)重，造成電纜線發(fā)熱損壞甚至出現(xiàn)火災(zāi)問題；電路的整體能耗較高，致使整個供配電系統(tǒng)中的能源損耗過大，不利于節(jié)能減排理念的實(shí)施。此外對于居住區(qū)的電纜材料一般有著耐久度要求，且在后續(xù)維修更換過程中也會大大影響生活，故在設(shè)計(jì)時也需考慮材料自身的耐久性。有部分居住區(qū)的電纜鋪設(shè)位置為地下，可能受到地下水侵蝕及土力學(xué)可變荷載的影響，這也是在進(jìn)行電纜材料確定過程中所要考慮的問題。此外在使用環(huán)境方面，電纜材料的使用質(zhì)量與外部環(huán)境和溫度因素有著明顯關(guān)聯(lián)，如在我國北方寒冷地區(qū)部分暴露在室外的電纜，冬季可能出現(xiàn)脆裂的問題，不僅影響正常使用，還可能造成安全隱患。這就要求在進(jìn)行配電工程電纜材料選擇過程中，考慮實(shí)際使用情況與使用環(huán)境。

6 用電平面規(guī)劃設(shè)計(jì)

在進(jìn)行用電平面規(guī)劃設(shè)計(jì)過程中，可從用電質(zhì)量保障和工程成本約束兩個方面來進(jìn)行考慮。為了便于此部分的說明，將電網(wǎng)供電源頭看作一個固定點(diǎn)，該點(diǎn)位的設(shè)置位置將會影響電網(wǎng)的輻射形狀以及鋪設(shè)長度等內(nèi)容，從理論上來看，當(dāng)電網(wǎng)供電源頭位于新建居民區(qū)正中央位置時，其到達(dá)各個供電區(qū)域的電纜長度總和最短，同時也更有助于供電節(jié)能和供電安全保障，但實(shí)際上在整個居民區(qū)中的用電需求并不是均勻分布的，在進(jìn)行平面布置過程中也需考慮避開部分景觀的問題，對于居民園區(qū)中涉及的工業(yè)用電也需與民用電進(jìn)行完全分離。

基于此提出了以下用電平面設(shè)計(jì)原則：一是需要確保電纜線總長度合理，避免園區(qū)內(nèi)不必要的長距離輸電；二是采取分級供電的形式，避免 “魚刺狀”供電網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)；三是對于民用電和工業(yè)用電需要完全分離，以確保整個過程中的用電安全；四是要注意成本適宜性，對于電纜供電設(shè)備配電系統(tǒng)等在設(shè)計(jì)過程中均會使成本增加。

以下圖為例，本案例為一小型居民小區(qū)，主道路左側(cè)為公共設(shè)施和公寓，主道路右側(cè)為高層建筑。A代表一級配電點(diǎn)，B代表二級配電點(diǎn)，C代表三級配電點(diǎn)，在進(jìn)行配件設(shè)計(jì)過程中，采取此種分級設(shè)計(jì)的形式是更加合理的，也能兼顧到左側(cè)區(qū)域與右側(cè)區(qū)域用電需求的不同。各個配電站之間的距離合理，所承擔(dān)的功能也不同，同時貫徹了分級配電的思想理念。

圖

7 用戶端設(shè)計(jì)

供配電系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中，用戶端需要進(jìn)行專項(xiàng)設(shè)計(jì)。對于用戶端所實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)需求，主要有未來使用的便捷性與安全性。從當(dāng)前來看用戶端所實(shí)現(xiàn)的功能，其一是統(tǒng)計(jì)用電量，以便于供電方的費(fèi)用收取，對于電表的設(shè)計(jì)工作以智能電表為主，除了起到傳統(tǒng)的用電量統(tǒng)計(jì)之外，還可遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)信息收集與交互；對于用電的安全而言，通常采取電子控制系統(tǒng)來代替機(jī)械控制系統(tǒng)，主要是考慮到機(jī)械控制系統(tǒng)，在未來用電出現(xiàn)相關(guān)異常時，需要手動修復(fù)或更換配件才能恢復(fù)供電。

8 電力調(diào)配系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

對于大型居民區(qū)而言，為了保證用電安全與用電質(zhì)量，需要進(jìn)行調(diào)配系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作，主要是監(jiān)控各個用電區(qū)域的實(shí)際電能使用情況與當(dāng)前安全問題是否存在隱患，并根據(jù)監(jiān)控錄像的內(nèi)容做出相應(yīng)判斷。設(shè)計(jì)過程中，首先是對設(shè)計(jì)技術(shù)的選取，當(dāng)前電能傳感器和電力載波技術(shù)相對成熟，各個供配電設(shè)備也具有相關(guān)能力，可將所有供配電設(shè)置整合到中控位置，并進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)分析與處理。也可利用信息化手段介入整個設(shè)計(jì)過程，確保設(shè)計(jì)成果能夠在數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度和安全保障層面符合規(guī)劃要求。

9 電力系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)

在當(dāng)下能源背景下，新建居民區(qū)供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，節(jié)能設(shè)計(jì)是需要考量的問題。對于新建居民區(qū)的供電系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)可從以下方面開展：一是利用新型電纜材料減少線損造成的影響，需考慮設(shè)計(jì)方案的電纜鋪設(shè)，對于電能運(yùn)輸功耗的影響，選取新型材料，在平面規(guī)劃不改變的前提下，就能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能優(yōu)化；二是在配電設(shè)計(jì)過程中，通過自動變頻設(shè)備來降低供配電系統(tǒng)的自身功耗，或?qū)τ谡{(diào)配控制工作整體邏輯進(jìn)行優(yōu)化；三是在居民區(qū)供配電網(wǎng)絡(luò)中可引入分散式能源并網(wǎng)的形式來降低能源的使用，在非必需公共用電位置也可通過新能源發(fā)電的形式供電。在供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)劃過程中，節(jié)能思路主要圍繞著減少利用量和提高利用率兩個方面進(jìn)行。

10 結(jié)束語

在進(jìn)行新建居住區(qū)供電規(guī)劃設(shè)計(jì)過程中，需重視前期勘察工作，以明確建筑居住區(qū)的實(shí)際用電需求；要明確電纜材料的選擇與環(huán)境因素之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，從而確保材料與工藝的應(yīng)用正確性；規(guī)劃設(shè)計(jì)過程中也要注重施工可行性與成本約束；結(jié)合居住區(qū)不同的情況開展供配電的設(shè)計(jì)工作；在設(shè)計(jì)過程中明確服務(wù)性質(zhì)，貫徹以人為本的理念來保障需求實(shí)現(xiàn)。供配電工程與建筑使用品質(zhì)和建筑需求有著明確的關(guān)聯(lián)，通過多角度全方位的設(shè)計(jì)優(yōu)化工作，能夠保障設(shè)計(jì)需求的全面性，進(jìn)而促進(jìn)居住區(qū)品質(zhì)提高。