城市居住區(qū)供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王琚瑋

國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司揚(yáng)州市江都區(qū)供電分公司 江蘇 揚(yáng)州 225200

引言

供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)是建筑電氣設(shè)計(jì)工作中的主要內(nèi)容，供配電系統(tǒng)的正確搭建是整個(gè)項(xiàng)目能夠正常運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，在國(guó)家大力倡導(dǎo)2030“碳達(dá)峰”和2060“碳中和”的“雙碳”目標(biāo)的背景下，廣大電氣設(shè)計(jì)工作者在進(jìn)行供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將低碳設(shè)計(jì)理念融入整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，在合理搭建供配電系統(tǒng)的同時(shí)，結(jié)合正確的負(fù)荷計(jì)算與滿足節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備選型，來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)供配電系統(tǒng)的節(jié)能減碳目標(biāo)。

1 配電系統(tǒng)分類

配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要綜合考慮建筑用電負(fù)荷分類、供電可靠性、經(jīng)濟(jì)性等多樣化的因素，確保所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)適用該建筑。配電系統(tǒng)常見的形式有樹干式、放射式兩類布線形式，樹干式接線方式，出線電纜少，降低了對(duì)開關(guān)、電纜的需求數(shù)量，但也增加了上級(jí)開關(guān)故障后的影響范圍；放射式接線，電纜由配電柜直接一對(duì)一至用電設(shè)備，提高了供電可靠性，但同時(shí)也增加了開關(guān)、電纜的用量，經(jīng)濟(jì)性不高[1]。故一般情況下，可將兩種配電形式相結(jié)合，大容量的和重要用電設(shè)備采用放射式供電，一般負(fù)荷、小容量負(fù)荷采用樹干式供電，經(jīng)濟(jì)性和供電可靠性兼顧，以保證配電系統(tǒng)的合理性。根據(jù)接地方式不同，配電系統(tǒng)可分為TN系統(tǒng)、TT系統(tǒng)、IT系統(tǒng)，其中TN又可細(xì)分為TN-C系統(tǒng)、TN-C-S系統(tǒng)、TN-S系統(tǒng)3種。其中TN系統(tǒng)用電設(shè)備金屬外殼通過(guò)PE線與電源中性點(diǎn)連接，放生接地故障時(shí)，電流通過(guò)PE線流回，TN系統(tǒng)常用于建筑物內(nèi)的配電，在我國(guó)當(dāng)前的設(shè)計(jì)行業(yè)中，是主流的配電系統(tǒng)接地形式。TT系統(tǒng)電源端一點(diǎn)接地，用電設(shè)備金屬外殼直接接地，常用于室外場(chǎng)所用電設(shè)備的供電；IT系統(tǒng)電源端不接地或經(jīng)高阻抗接地，多用于對(duì)供電可靠性要求高的場(chǎng)所，如手術(shù)室、搶救室等。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中需要結(jié)合建筑及用電設(shè)備的實(shí)際情況對(duì)接地系統(tǒng)進(jìn)行選擇。

2 電氣系統(tǒng)方案

①電壓選擇。電源引入端供電電壓的確定一般需要考慮多種因素，主要包括用電設(shè)備特性、用電容量、供電距離、供電回路數(shù)量、用電單位遠(yuǎn)景規(guī)劃、當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)情況、引入電源的經(jīng)濟(jì)合理性等。一般情況下，當(dāng)設(shè)備安裝容量在250kW及以上時(shí)應(yīng)考慮采用10kV或20kV系統(tǒng)供電。在經(jīng)濟(jì)技術(shù)合理的情況下，提高電壓等級(jí)可以提高電網(wǎng)輸送能力，增大供電半徑，降低系統(tǒng)損耗，實(shí)現(xiàn)減碳目標(biāo)。設(shè)計(jì)中如果出現(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)電壓等級(jí)可選的情況時(shí)，在滿足技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的情況下，應(yīng)優(yōu)先選用高電壓等級(jí)電源。如暖通專業(yè)在選用制冷機(jī)組時(shí)，電氣專業(yè)應(yīng)提出合理建議，對(duì)容量較大的制冷機(jī)組，建議直接采用10kV機(jī)組，以降低變壓過(guò)程中產(chǎn)生的損耗。②負(fù)荷中心與供電半徑。變電所宜設(shè)在負(fù)荷中心或靠近大功率的用電設(shè)備處，以縮短供電半徑。當(dāng)建筑物內(nèi)有多個(gè)負(fù)荷中心時(shí)，應(yīng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，合理設(shè)置變電所。民用建筑低壓供電半徑一般不宜超過(guò)300m。供電半徑過(guò)大可能造成電壓損失過(guò)大或保護(hù)開關(guān)不能保護(hù)線路末端短路。對(duì)于建筑高度超過(guò)100m的超高層建筑，可以通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選合理確定變電所的位置，超高層建筑的變電所可分散設(shè)置在地下室、避難層等場(chǎng)所。

3 城市居住區(qū)供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 配電系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)低壓斷路器在結(jié)構(gòu)方面分為兩類：一類是框架式結(jié)構(gòu)，另一類是封閉式結(jié)構(gòu)。民用建筑與其他建筑具有一定的差異性，通常情況下選擇直流封閉式低壓斷路器。民用建筑電氣工程配電系統(tǒng)的變壓器能夠有效降低能源消耗，采用負(fù)荷率在65%～80%范圍內(nèi)的變壓器[2]。根據(jù)電氣工程配電系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用情況，調(diào)節(jié)變壓器的容量。配電系統(tǒng)中的電力監(jiān)控儀表作為采集電力數(shù)據(jù)的重要儀器，對(duì)配電系統(tǒng)的運(yùn)行具有一定的影響。選用開關(guān)電源控制電力監(jiān)控儀表，實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換民用建筑電氣工程所用的交流電，擴(kuò)大電壓的輸入范圍，使配電系統(tǒng)能夠應(yīng)用于各項(xiàng)民用建筑電氣工程。采用FSTN液晶顯示，提高電表控制的精確度，結(jié)合溫度補(bǔ)償芯片，獲取配電系統(tǒng)運(yùn)行的溫度變化。配電系統(tǒng)電表的核心控制器采用MCU型號(hào)，具有16位指令芯片，外接擴(kuò)展接口種類豐富，在家用電器中應(yīng)用廣泛，具有運(yùn)算速度快、內(nèi)存存儲(chǔ)量大的優(yōu)勢(shì)。

3.2 導(dǎo)線截面的選擇

整個(gè)配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，導(dǎo)線截面積的選擇也至關(guān)重要，選擇過(guò)大，會(huì)增大一次投資，選擇過(guò)小，容易發(fā)生線路故障，增大安全隱患，因此，它的選擇問(wèn)題不容忽視。選擇合適的導(dǎo)線截面積，需要考慮導(dǎo)線的發(fā)熱條件、滿足一定的機(jī)械強(qiáng)度、降低電壓損失并且要經(jīng)濟(jì)合理。低壓動(dòng)力線路，由于其通過(guò)的負(fù)荷電流大，線路的線徑小，加之同個(gè)槽盒內(nèi)敷設(shè)的電纜較多，散熱條件差，因此，導(dǎo)線發(fā)熱量大成為該線路的不可忽視的問(wèn)題。針對(duì)這一特點(diǎn)，在選擇導(dǎo)線合適的載流量的同時(shí)，需考慮導(dǎo)線的散熱，按不同的敷設(shè)形式、導(dǎo)線根數(shù)等情況選擇導(dǎo)線的安全系數(shù)，適當(dāng)提高導(dǎo)線截面。低壓照明線路，由于其通過(guò)的負(fù)荷電流小，線路總長(zhǎng)度長(zhǎng)，末端燈具的電壓降比較大，光源照明質(zhì)量可能會(huì)偏低。

3.3 供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在實(shí)際進(jìn)行配電設(shè)計(jì)時(shí)，供電系統(tǒng)始終都處在重要地位當(dāng)中，消防配電的實(shí)際應(yīng)用質(zhì)量直接與供電系統(tǒng)有著密切穩(wěn)定的關(guān)聯(lián)性，在優(yōu)化設(shè)計(jì)供電系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)增強(qiáng)對(duì)消防系統(tǒng)供電的支持，使消防系統(tǒng)安全地使用。此階段在對(duì)高壓電路進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)不科學(xué)的現(xiàn)象，為了增強(qiáng)電氣系統(tǒng)的安全性，需要首先設(shè)計(jì)一級(jí)負(fù)荷供電系統(tǒng)，由于二級(jí)回路主要設(shè)計(jì)的是高壓電路，所以應(yīng)使電力資源具有獨(dú)立性，嚴(yán)禁與任何供電系統(tǒng)進(jìn)行混合使用。此類設(shè)計(jì)還會(huì)經(jīng)常性使用到電池，所以需要把高壓母線當(dāng)作連鎖輸入電氣系統(tǒng)來(lái)予以支持。使用此供電方法進(jìn)行供電，也會(huì)產(chǎn)生一定的安全隱患，所以必須設(shè)計(jì)出獨(dú)立的供電線路系統(tǒng)。并且還要使所設(shè)計(jì)的供電系統(tǒng)布設(shè)雙向電源，但是很多設(shè)計(jì)會(huì)選用單向電源來(lái)予以供電支持，這樣很容易出現(xiàn)不夠穩(wěn)定的供電現(xiàn)象。在針對(duì)電纜負(fù)荷應(yīng)用方面，則需要針對(duì)二級(jí)負(fù)荷采取有效的承載措施，要使其耐壓值超過(guò)450V。明敷管線時(shí)需要選用密封式的金屬線槽，增加管套來(lái)進(jìn)行防護(hù)；在采取暗敷管線時(shí)，需要對(duì)管線的選材進(jìn)行嚴(yán)格把控。為了增強(qiáng)建筑內(nèi)部的防燃效果，需要夾套管予以保護(hù)，采取暗敷時(shí)可以適當(dāng)縮減投入成本，增強(qiáng)防護(hù)性能，這樣才能夠達(dá)到建筑工程中的消防管理規(guī)定。

3.4 弱電系統(tǒng)的優(yōu)化

弱電系統(tǒng)主要包括地下一層預(yù)留電信機(jī)房、有線電視機(jī)房及各棟樓內(nèi)弱電管井。具體優(yōu)化方式如下[3]：①對(duì)于電話及信息系統(tǒng)，將垂直電纜設(shè)置內(nèi)弱電井通信線槽內(nèi)；住戶內(nèi)設(shè)計(jì)信息配線箱并將線路沿地面及墻暗敷；在住戶內(nèi)根據(jù)不同功能需求，從信息配線箱引出，合理布設(shè)信息終端。②對(duì)于綜合布線系統(tǒng)，在小區(qū)內(nèi)布設(shè)整套綜合布線系統(tǒng)，支持?jǐn)?shù)據(jù)和電話系統(tǒng)，根據(jù)每棟樓具體功能需求，合理設(shè)置數(shù)據(jù)接口和電話系統(tǒng)端口數(shù)量；建筑物每層設(shè)置配線區(qū)，將語(yǔ)音和數(shù)據(jù)主干纜線分別設(shè)置；將設(shè)備布置于總電信機(jī)房?jī)?nèi)，與所有樓層配線間相連，能夠滿足通訊、數(shù)據(jù)和圖像業(yè)務(wù)傳輸需求。③訪客智能對(duì)講系統(tǒng)，作為小區(qū)物業(yè)和居住戶安全管理需要，當(dāng)前多數(shù)智能建筑都是采用視頻訪客對(duì)講系統(tǒng)，并與物業(yè)和報(bào)警系統(tǒng)連接，滿足用戶多種場(chǎng)景下訪客管理需要。

3.5 變配電室高壓柜和低壓柜安裝

例如某新建住宅小區(qū)供配電工程變配電室，其高壓柜共有18面，分別為1面提升柜、2面PT柜、13面出線柜以及2面進(jìn)線柜。同時(shí)還包括兩臺(tái)變壓器，其可以互為備用。低壓柜共有21面，具體為4面出線柜、2面直流屏柜、1面聯(lián)絡(luò)柜以及14面開關(guān)柜。在安裝這些高低壓柜時(shí)需要做好前期檢驗(yàn)工作，具體需要在變配電室擺放高壓柜前開展相關(guān)檢驗(yàn)，這樣可以有效檢查變配電室的相關(guān)項(xiàng)目。在具體落實(shí)檢查工作時(shí)，需要明確變配電室作業(yè)情況以及室內(nèi)門窗尺寸，這樣可以確保在完成施工操作后的高低壓柜安裝工作質(zhì)量，避免有阻滯或返工問(wèn)題產(chǎn)生。在具體安裝時(shí)，首先需要檢查變壓器、高低壓柜柜體是否有損壞，確保設(shè)備質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)藍(lán)圖要求，然后開展現(xiàn)場(chǎng)安裝工作，結(jié)合高壓柜的18個(gè)面對(duì)各個(gè)面的位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)還需要結(jié)合高壓柜柜體圖紙，對(duì)基礎(chǔ)型鋼進(jìn)行擺放。相關(guān)施工人員主要采用液壓小車或滾筒來(lái)輔助相關(guān)施工操作，對(duì)于高壓柜18個(gè)面間需要保留一定縫隙，如果在安裝過(guò)程中有空間問(wèn)題產(chǎn)生，則需要將這些柜面在型鋼上放置，并從第1個(gè)面開始進(jìn)行定位，并依次靠攏各個(gè)柜面，確保偏差處于施工和電力驗(yàn)收范圍內(nèi)，使各個(gè)柜面能夠與盤面有效連接，從而有效固定基礎(chǔ)盤。

圖1 變配電室高壓柜和低壓柜示意圖

3.6 系統(tǒng)預(yù)警功能設(shè)計(jì)

電氣工程配電系統(tǒng)預(yù)警功能主要包括兩個(gè)部分：配電系統(tǒng)的預(yù)警顯示部分與顯示控制部分。其中，預(yù)警顯示部分主要以供電網(wǎng)絡(luò)報(bào)警功能為主，包括過(guò)壓報(bào)警、過(guò)流報(bào)警及故障報(bào)警，當(dāng)配電系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)異常，系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)異常狀況及相關(guān)信息，并發(fā)出對(duì)應(yīng)的報(bào)警提示，方便工作人員及時(shí)解決問(wèn)題。配電系統(tǒng)的顯示控制部分主要由A、B兩個(gè)供電區(qū)組成，兩個(gè)供電區(qū)提供的支路電流不同，根據(jù)具體的應(yīng)用情況，供電區(qū)自動(dòng)調(diào)節(jié)電流的變化。設(shè)置調(diào)節(jié)按鈕，實(shí)時(shí)控制供電區(qū)各個(gè)支路的接通與關(guān)斷狀態(tài)。在顯示界面中，設(shè)計(jì)3個(gè)不同的模塊，第一個(gè)模塊主要顯示配電系統(tǒng)的總電流變化狀況；第二個(gè)模塊顯示各個(gè)供電區(qū)的電流變化狀況；第三個(gè)模塊顯示供電區(qū)內(nèi)各個(gè)支路的電流變化狀況。3個(gè)顯示模塊能夠?yàn)橛脩籼峁┣逦碾娏髯兓畔?，提高了用戶查找信息的效率?/p>

3.7 加強(qiáng)柴油發(fā)電機(jī)供配電的設(shè)想

現(xiàn)如今很多高層建筑都會(huì)在雙電源的基礎(chǔ)之上增設(shè)柴油發(fā)電機(jī)來(lái)當(dāng)作應(yīng)急電源，需要符合一級(jí)負(fù)荷供電的要求，由于選用柴油機(jī)供電會(huì)在我國(guó)北方地區(qū)受到氣候條件的制約，所以低溫條件下很難啟用柴油發(fā)電機(jī)來(lái)進(jìn)行供電，有時(shí)延遲很長(zhǎng)時(shí)間也很難達(dá)到供電要求，所以可以用雙電源來(lái)安裝柴油發(fā)電機(jī)組另外再加設(shè)一個(gè)季節(jié)電源，這樣可以達(dá)到獨(dú)立供電的效果，可以在冬季氣溫較低時(shí)來(lái)進(jìn)行試用。當(dāng)氣溫升高之后，再向供電部門報(bào)告停用季節(jié)電源，這樣可以節(jié)省不少電費(fèi)。氣溫升高之后可把變電站中一路具有10kV的高壓電源當(dāng)作季節(jié)電源，或者在附近高層建筑變壓器高壓的一段引出一路10kV或者低壓一段引出一路380/220V當(dāng)作季節(jié)電源，還可以從市網(wǎng)中引入380/220V當(dāng)作季節(jié)電源，這樣也能夠使建筑中的消防供配電系統(tǒng)得以長(zhǎng)久化運(yùn)行，同時(shí)在高層建筑中配置柴油發(fā)電機(jī)組，還具有投資小，符合相關(guān)規(guī)范要求的特點(diǎn)，非常值得被推廣和采納。

4 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，未來(lái)城市發(fā)展與資源供給會(huì)面臨巨大矛盾。建筑供配電線路優(yōu)化可以有效降低矛盾所帶來(lái)的負(fù)面影響，縮短矛盾所導(dǎo)致的發(fā)展停滯期。