大型公共建筑供配電電氣設計與施工研究

李子涵

（山東天易信息技術有限公司，山東 濟南 250000）

0 引言

隨著城市化的快速推進和經濟的蓬勃發展，大型公共建筑作為現代城市的重要組成部分，集購物、餐飲、娛樂、辦公等多種功能于一體，其規模和復雜性日益增加。因此，本文對大型公共建筑供配電系統的設計與施工進行深入研究，力求在確保系統安全、可靠的基礎上，實現更高的效率和更低的能耗。具有重要的理論價值和現實意義。尹承民[1]認為電力設計系統復雜，因此采用工程實例，分別設計供電系統、配電系統，從細節入手，保證每個環節的設計都符合高層建筑用電安全、用電穩定可靠的需求。魏昕[2]根據二級降壓供電方式，提出了對區間變電所的設備選型與布置、接地裝置設計、繼電保護和電力監控數據傳輸等關鍵技術問題重點研究的觀點。吳云飛[3]在供配電網絡實際情況的基礎上，自動更新配電系統，實現與生產現場實際供配電網絡同步，使管理人員和作業人員對目前的供配電網絡一目了然，提高工作效率并控制供配電安全風險。但也發現了在實際中供配電系統仍然存在缺陷和不足，無法達到預期的效果的問題。本文在此基礎上通過引入先進的技術手段和設計理念，為大型公共建筑打造了一個穩定、高效的供配電系統，在施工方面，注重細節，嚴格把控質量與安全。為此提出大型公共建筑供配電系統設計與施工研究。

1 大型公共建筑供配電系統設計

供配電系統設計主要內容為負荷分級及供電電源、變壓器以及電氣主接線，以下將從該三個方面對大型公共建筑供配電系統設計進行詳細描述。

1.1 負荷分級及供電電源

大型公共建筑高度比較高，且建筑面積比較大，屬于一類高層商業建筑，本次根據《供配電系統設計規范》（GB 52641-2020），供配電負荷等級可分為三級，在商業建筑中，一級負荷包括電梯、應急照明、消防設備等，對于中斷供電會造成較大的損失為二級負荷，剩余電氣為三級負荷。本次設計的大型公共建筑供配電系統無二級負荷，電氣設備可分為一級負荷和三級負荷，對其供電的具體設計如下：本次將電梯、應急照明、消防電源、排煙設備、噴淋泵、排污泵、通信電源、消防控制室以及排煙設備電源設計為一級負荷；將普通照明、空調機組、鍋爐設備電源、制冷機組以及其他電力負荷設計為三級負荷。考慮到大型公共建筑負荷較大，用電量也比較大，因此供電電源采用10kV 雙路電源供電。由于兩個10kV 的電源是獨立的，因此不需要另外配置發電機或者其它集中式的緊急供電設備。供電電路中配電變壓器使用5%無勵磁調壓分接頭，通過在補償電容器上串聯協調電抗器抑制供電電源中諧波，照明電源線路采用三相供電，其他電氣設備采用三相電源平衡，將照明與其他電氣設備電源分開回路設置，保證大型公共建筑供配電電源穩定。

1.2 變壓器容量確定及選型確定

對于變壓器的設計依據大型公共建筑負荷，考慮到大型公共建筑是商用建筑物，用于出售和出租，因此供配電系統設計只能預留辦公室負荷以及消防監控負荷、網絡機房負荷等。為了保證變壓器設計合理，此次采用單位面積功率法計算負荷，單位面積功率法無須知道電氣設備的具體功率，根據建筑面積估算負荷，其計算公式為：

式中，P表示大型公共建筑供配電系統負荷；Pw表示單位面積功率；S表示大型公共建筑建筑面積。利用以上公式計算出綜合體建筑的供配電系統負荷，如果負荷比較大，超過2 000kVA，則需要使用2 臺或者2 臺以上的變壓器，如果負荷不超過2 000kVA，則只需要使用1 臺變壓器即可。根據計算到的負荷值，確定變壓器容量，計算公式為：

式中，K表示變壓器容量[4]。根據變壓器容量需求，選擇相應容量的變壓器，變壓器類型采用干式變壓器。

1.3 供配電電氣主接線設計

供配電電氣可分為高壓電氣和低壓電氣兩部分，本次對于大型公共建筑供配電電氣主接設計如圖1 所示。

圖1 大型公共建筑供配電電氣主接圖

如圖1 所示，為了保證供電穩定和靈活，大型公共建筑供配電系統高壓電氣主接線采用單母線A、B、C 分段形式，中間沒有聯絡線[5]。通常情況下大型公共建筑單臺電壓容量較大，因此高壓電氣主開關選用真空斷路器FAN，開關柜采用雙排面對面布置。大型公共建筑供配電室設有兩臺以上的變壓器，因此低壓電氣主接線也采用單母線分段形式，但是母線間設置聯絡開關，在供配電系統正常運行時，母線開關U 斷開，變壓器各自分列運行，當運行過程中發生變壓器故障，則母線開關打開，由其他變壓器帶重要負荷運行，保證供配電系統正常運行[6]。低壓電氣主接線開關采用真空式斷路器。考慮到大型公共建筑為寫字辦公樓，因此動力I 負荷需要與照明N 負荷分開，故其低壓電氣干線采用放射式接線方式。由此，完成商業綜合體供配電電氣主接線設計。

1.4 供配電室布置設計

根據《供配電系統設計規范》（GB 52641-2020）要求，大型公共建筑需要設置室內供配電室，其布置需要遵循相應的規則。本次依據規則布置設計大型公共建筑供配電室，具體如圖2 所示。

圖2 大型公共建筑供配電室布置設計圖

如圖2 所示，供配電室設備布局緊湊、布局合理，方便搬運、操作、檢修、巡視和測試，同時也要考慮擴容的可能性[7]；供配電室設置在方便線路出入的地方。35 kV 主變應設在10kV變電站旁，低壓變電所應設在主變旁。在相應的電壓水平下，將電容器安裝在變壓器房和配電室附近，值班室、控制室、副房的布置應方便操作人員的工作及管理。主變壓器要靠近低壓開關柜，低壓開關柜與高壓開關柜距離要在2m 以上，并且供配電室內要設置兩個緊急出口，方便應急。

2 大型公共建筑供配電系統施工

供配電系統施工主要包括電纜敷設和電氣設備安裝兩部分，需要根據系統設計開展現場施工，其具體設計如下：

2.1 電纜敷設

本次電纜敷設根據供配電系統電路圖，依據圖中主干線路和支線的位置使用墨線標記。為確保電纜能夠穩固地鋪設并滿足后續使用的需求，在敷設電纜之前，首要任務便是安裝電纜支架。這一步驟不僅為電纜提供了支撐，也為其后續固定奠定了堅實基礎[8]。在安裝過程中，特別選用了軸支架來支撐電纜盤，確保其穩固不晃動。同時，為確保電纜在鋪設過程中的順暢與安全，我會在固定電纜時留出100mm 的距離，以應對可能出現的各種情況。整個電纜敷設的過程都必須嚴格按照指示進行，在施工現場特別指定一名領線的人員和一名負責檢查的人員，其各自承擔著引領電纜走向和檢查鋪設質量的重任。此外，為了確保施工的順利進行，各部門之間也必須保持通訊的暢通與可靠，以便及時溝通、協調解決問題。

電纜從配電室采用吊裝引至下一層強電豎井，沿墻固定安裝，在電纜的選擇上，使用鍍塑黑綁線，這種材料不僅堅固耐用，而且能夠有效防止電纜在使用過程中出現松動或斷裂的情況。此外，注意控制電纜之間的距離，確保其之間保持在800mm 左右。當然，如果電纜的截面面積非常小，根據實際情況調整電纜與固定的距離；若其橫斷面區域很大，則將電纜的固定間隔控制在1.5m 左右，以確保電纜的安全與穩定。當一條電纜的鋪設工作圓滿完成后，立即著手整理電纜牌，確保每一根電纜都能得到準確的標識和記錄。而在鋪設電纜的過程中，對每一個細節都嚴加把控。尤其是電纜的彎度，必須嚴格符合相關標準，以確保電纜在使用過程中不會因彎度過小而受損。

2.2 電氣設備安裝

電氣設備的安裝主要為變壓器設備，本次采用柱上式安裝方式，在變電室內變壓器位置安裝槽鋼，將其離地高度控制在2.5m 左右，其平面坡度不超過1/500。為了防止變壓器基礎結構發生變形而失效，在槽鋼下方放置枕木。本次采用吊裝工藝將變壓器安裝到鋼槽內，事先對變壓器進行吊裝，并進行試吊，確保吊裝過程中無晃動、無損傷、無設備傾覆等異常情況，然后用車載吊車將變壓器吊到地基之上。測量和調整變壓器的水平位置、頂部平整度、朝向角度，調整好之后，將變壓器緩緩放下，然后將其放在地基的安裝表面上，對變壓器的位置、垂直度、安裝標高和頂部平整度進行了反復的測量和調整。確認無誤后，將螺栓旋進基座臺架預留孔，將變壓器定位，拆卸吊桿吊掛，即可完成變壓器的定位安裝，以此完成大型公共建筑供配電系統設計與施工。

3 實例分析

3.1 工程概況

此次研究以某大型公共建筑為背景，該建筑為一棟獨立商業建筑，建筑高度為36.48m，包含地上10 層和地下2 層，總建筑面積為26 546.52m2，占地面積為2 152.42m2，建筑布局為：一層大廳、辦公室、消防室、電梯機房、水房、風機房、物業用房、鍋爐房、制冷機房、車庫、供配電室等。建筑結構采用鋼筋混凝土結構，抗震等級為二級，耐火等級為一級，建筑分類為一類，該建筑是典型的高層建筑，用電量大、供配電系統結構復雜對供電可靠性要求較高。

3.2 供配電系統運行效果與討論

按照本文所述的供配電系統設計和施工開展該建筑供配電工程。利用公式（1）和公式（2）計算得到該建筑供配電總負荷為3 684kW，變壓器容量為2 395kVA，因此選擇型號為KHFG-4A8G 干式變壓器2 臺，將高壓供電進出線電纜從戶外穿過，通過電纜橋架進入分戶室，低壓配電線路采用橋架方式，在配電柜下出口引出，并通過架空層的橋架將電纜引向每一層的電氣設備。完成供配電系統施工后，為檢驗該商業綜合體供配電系統設計與施工的合理性，對供配電系統進行工頻耐壓測試，選擇8 條支路線路進行工頻耐壓試驗，試驗中絕緣電阻值區間為1 ～8MΩ，測試時間為2min，使用型號為KHFAA4F7，2 500v 兆歐表對支路遙測2min，記錄2min 內是否出現閃絡擊穿現象，測試結果如表1 所示。

表1 供配電性工頻耐壓測試結果

《供配電系統設計規范》（GB 52641-2020）要求，供配電系統支路絕緣電阻小于10MΩ時，在2min內無閃絡擊穿現象，否則視為供配電系統設計不合格。從上表中數據可以看出，該供配電系統工頻耐壓試驗中未出現閃絡擊穿現象，符合規范要求。為了進一步驗證系統設計與施工的質量，記錄運行期間內供配電系統故障情況，《供配電系統設計規范》（GB 52641-2020）要求，供配電系統故障不能超過5%，將其作為標準對系統性能評價，記錄結果如表2 所示。

表2 供配電系統故障記錄

從表2 可以看出，該供配電系統運行期間內故障率不超過0.1%，符合規范要求，以此證明了該大型公共建筑供配電系統性能良好，設計方案與施工方案科學合理。

4 結論

經過對大型公共建筑供配電系統設計與施工的深入研究，發現這一領域的復雜性和重要性遠超一般想象，其不僅是確保商業綜合體日常運營的關鍵所在，更是保障公共安全、提升服務質量的基石。通過研究，得出結論如下：

（1）在設計方面，不斷追求創新，力求在確保系統安全、可靠的基礎上，實現更高的效率和更低的能耗。通過引入先進的技術手段和設計理念，為大型公共建筑打造了一個穩定、高效的供配電系統。

（2）在施工方面，注重細節，嚴格把控質量與安全。

（3）測試結果表明，本次設計供配電系統運行期間內故障率不超過0.1%，符合規范要求，應用效果較好。