城市居住區供配電系統設計

王琚瑋

國網江蘇省電力有限公司揚州市江都區供電分公司 江蘇 揚州 225200

引言

供配電系統設計是建筑電氣設計工作中的主要內容，供配電系統的正確搭建是整個項目能夠正常運行的重要環節，在國家大力倡導2030“碳達峰”和2060“碳中和”的“雙碳”目標的背景下，廣大電氣設計工作者在進行供配電系統設計時應將低碳設計理念融入整個設計過程當中，在合理搭建供配電系統的同時，結合正確的負荷計算與滿足節能標準的設備選型，來實現整個供配電系統的節能減碳目標。

1 配電系統分類

配電系統的設計需要綜合考慮建筑用電負荷分類、供電可靠性、經濟性等多樣化的因素，確保所設計的系統適用該建筑。配電系統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，降低了對開關、電纜的需求數量，但也增加了上級開關故障后的影響范圍；放射式接線，電纜由配電柜直接一對一至用電設備，提高了供電可靠性，但同時也增加了開關、電纜的用量，經濟性不高[1]。故一般情況下，可將兩種配電形式相結合，大容量的和重要用電設備采用放射式供電，一般負荷、小容量負荷采用樹干式供電，經濟性和供電可靠性兼顧，以保證配電系統的合理性。根據接地方式不同，配電系統可分為TN系統、TT系統、IT系統，其中TN又可細分為TN-C系統、TN-C-S系統、TN-S系統3種。其中TN系統用電設備金屬外殼通過PE線與電源中性點連接，放生接地故障時，電流通過PE線流回，TN系統常用于建筑物內的配電，在我國當前的設計行業中，是主流的配電系統接地形式。TT系統電源端一點接地，用電設備金屬外殼直接接地，常用于室外場所用電設備的供電；IT系統電源端不接地或經高阻抗接地，多用于對供電可靠性要求高的場所，如手術室、搶救室等。在實際應用過程中需要結合建筑及用電設備的實際情況對接地系統進行選擇。

2 電氣系統方案

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，主要包括用電設備特性、用電容量、供電距離、供電回路數量、用電單位遠景規劃、當地電網情況、引入電源的經濟合理性等。一般情況下，當設備安裝容量在250kW及以上時應考慮采用10kV或20kV系統供電。在經濟技術合理的情況下，提高電壓等級可以提高電網輸送能力，增大供電半徑，降低系統損耗，實現減碳目標。設計中如果出現兩個或多個電壓等級可選的情況時，在滿足技術經濟合理的情況下，應優先選用高電壓等級電源。如暖通專業在選用制冷機組時，電氣專業應提出合理建議，對容量較大的制冷機組，建議直接采用10kV機組，以降低變壓過程中產生的損耗。②負荷中心與供電半徑。變電所宜設在負荷中心或靠近大功率的用電設備處，以縮短供電半徑。當建筑物內有多個負荷中心時，應進行技術經濟比較，合理設置變電所。民用建筑低壓供電半徑一般不宜超過300m。供電半徑過大可能造成電壓損失過大或保護開關不能保護線路末端短路。對于建筑高度超過100m的超高層建筑，可以通過技術經濟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置在地下室、避難層等場所。

3 城市居住區供配電系統設計

3.1 配電系統硬件設計

系統低壓斷路器在結構方面分為兩類：一類是框架式結構，另一類是封閉式結構。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的變壓器能夠有效降低能源消耗，采用負荷率在65%～80%范圍內的變壓器[2]。根據電氣工程配電系統的實際應用情況，調節變壓器的容量。配電系統中的電力監控儀表作為采集電力數據的重要儀器，對配電系統的運行具有一定的影響。選用開關電源控制電力監控儀表，實時轉換民用建筑電氣工程所用的交流電，擴大電壓的輸入范圍，使配電系統能夠應用于各項民用建筑電氣工程。采用FSTN液晶顯示，提高電表控制的精確度，結合溫度補償芯片，獲取配電系統運行的溫度變化。配電系統電表的核心控制器采用MCU型號，具有16位指令芯片，外接擴展接口種類豐富，在家用電器中應用廣泛，具有運算速度快、內存存儲量大的優勢。

3.2 導線截面的選擇

整個配電系統的設計中，導線截面積的選擇也至關重要，選擇過大，會增大一次投資，選擇過小，容易發生線路故障，增大安全隱患，因此，它的選擇問題不容忽視。選擇合適的導線截面積，需要考慮導線的發熱條件、滿足一定的機械強度、降低電壓損失并且要經濟合理。低壓動力線路，由于其通過的負荷電流大，線路的線徑小，加之同個槽盒內敷設的電纜較多，散熱條件差，因此，導線發熱量大成為該線路的不可忽視的問題。針對這一特點，在選擇導線合適的載流量的同時，需考慮導線的散熱，按不同的敷設形式、導線根數等情況選擇導線的安全系數，適當提高導線截面。低壓照明線路，由于其通過的負荷電流小，線路總長度長，末端燈具的電壓降比較大，光源照明質量可能會偏低。

3.3 供電系統的設計

在實際進行配電設計時，供電系統始終都處在重要地位當中，消防配電的實際應用質量直接與供電系統有著密切穩定的關聯性，在優化設計供電系統時，應增強對消防系統供電的支持，使消防系統安全地使用。此階段在對高壓電路進行設計時經常會出現不科學的現象，為了增強電氣系統的安全性，需要首先設計一級負荷供電系統，由于二級回路主要設計的是高壓電路，所以應使電力資源具有獨立性，嚴禁與任何供電系統進行混合使用。此類設計還會經常性使用到電池，所以需要把高壓母線當作連鎖輸入電氣系統來予以支持。使用此供電方法進行供電，也會產生一定的安全隱患，所以必須設計出獨立的供電線路系統。并且還要使所設計的供電系統布設雙向電源，但是很多設計會選用單向電源來予以供電支持，這樣很容易出現不夠穩定的供電現象。在針對電纜負荷應用方面，則需要針對二級負荷采取有效的承載措施，要使其耐壓值超過450V。明敷管線時需要選用密封式的金屬線槽，增加管套來進行防護；在采取暗敷管線時，需要對管線的選材進行嚴格把控。為了增強建筑內部的防燃效果，需要夾套管予以保護，采取暗敷時可以適當縮減投入成本，增強防護性能，這樣才能夠達到建筑工程中的消防管理規定。

3.4 弱電系統的優化

弱電系統主要包括地下一層預留電信機房、有線電視機房及各棟樓內弱電管井。具體優化方式如下[3]：①對于電話及信息系統，將垂直電纜設置內弱電井通信線槽內；住戶內設計信息配線箱并將線路沿地面及墻暗敷；在住戶內根據不同功能需求，從信息配線箱引出，合理布設信息終端。②對于綜合布線系統，在小區內布設整套綜合布線系統，支持數據和電話系統，根據每棟樓具體功能需求，合理設置數據接口和電話系統端口數量；建筑物每層設置配線區，將語音和數據主干纜線分別設置；將設備布置于總電信機房內，與所有樓層配線間相連，能夠滿足通訊、數據和圖像業務傳輸需求。③訪客智能對講系統，作為小區物業和居住戶安全管理需要，當前多數智能建筑都是采用視頻訪客對講系統，并與物業和報警系統連接，滿足用戶多種場景下訪客管理需要。

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面進線柜。同時還包括兩臺變壓器，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面聯絡柜以及14面開關柜。在安裝這些高低壓柜時需要做好前期檢驗工作，具體需要在變配電室擺放高壓柜前開展相關檢驗，這樣可以有效檢查變配電室的相關項目。在具體落實檢查工作時，需要明確變配電室作業情況以及室內門窗尺寸，這樣可以確保在完成施工操作后的高低壓柜安裝工作質量，避免有阻滯或返工問題產生。在具體安裝時，首先需要檢查變壓器、高低壓柜柜體是否有損壞，確保設備質量滿足設計藍圖要求，然后開展現場安裝工作，結合高壓柜的18個面對各個面的位置進行調節，同時還需要結合高壓柜柜體圖紙，對基礎型鋼進行擺放。相關施工人員主要采用液壓小車或滾筒來輔助相關施工操作，對于高壓柜18個面間需要保留一定縫隙，如果在安裝過程中有空間問題產生，則需要將這些柜面在型鋼上放置，并從第1個面開始進行定位，并依次靠攏各個柜面，確保偏差處于施工和電力驗收范圍內，使各個柜面能夠與盤面有效連接，從而有效固定基礎盤。

圖1 變配電室高壓柜和低壓柜示意圖

3.6 系統預警功能設計

電氣工程配電系統預警功能主要包括兩個部分：配電系統的預警顯示部分與顯示控制部分。其中，預警顯示部分主要以供電網絡報警功能為主，包括過壓報警、過流報警及故障報警，當配電系統運行出現異常，系統自動檢測異常狀況及相關信息，并發出對應的報警提示，方便工作人員及時解決問題。配電系統的顯示控制部分主要由A、B兩個供電區組成，兩個供電區提供的支路電流不同，根據具體的應用情況，供電區自動調節電流的變化。設置調節按鈕，實時控制供電區各個支路的接通與關斷狀態。在顯示界面中，設計3個不同的模塊，第一個模塊主要顯示配電系統的總電流變化狀況；第二個模塊顯示各個供電區的電流變化狀況；第三個模塊顯示供電區內各個支路的電流變化狀況。3個顯示模塊能夠為用戶提供清晰的電流變化信息，提高了用戶查找信息的效率。

3.7 加強柴油發電機供配電的設想

現如今很多高層建筑都會在雙電源的基礎之上增設柴油發電機來當作應急電源，需要符合一級負荷供電的要求，由于選用柴油機供電會在我國北方地區受到氣候條件的制約，所以低溫條件下很難啟用柴油發電機來進行供電，有時延遲很長時間也很難達到供電要求，所以可以用雙電源來安裝柴油發電機組另外再加設一個季節電源，這樣可以達到獨立供電的效果，可以在冬季氣溫較低時來進行試用。當氣溫升高之后，再向供電部門報告停用季節電源，這樣可以節省不少電費。氣溫升高之后可把變電站中一路具有10kV的高壓電源當作季節電源，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當作季節電源，還可以從市網中引入380/220V當作季節電源，這樣也能夠使建筑中的消防供配電系統得以長久化運行，同時在高層建筑中配置柴油發電機組，還具有投資小，符合相關規范要求的特點，非常值得被推廣和采納。

4 結束語

總而言之，未來城市發展與資源供給會面臨巨大矛盾。建筑供配電線路優化可以有效降低矛盾所帶來的負面影響，縮短矛盾所導致的發展停滯期。