大型公共建筑供配电电气设计与施工研究

2024-05-21李子涵

中国建筑金属结构 2024年4期

李子涵

（山东天易信息技术有限公司，山东济南 250000）

0 引言

随着城市化的快速推进和经济的蓬勃发展，大型公共建筑作为现代城市的重要组成部分，集购物、餐饮、娱乐、办公等多种功能于一体，其规模和复杂性日益增加。因此，本文对大型公共建筑供配电系统的设计与施工进行深入研究，力求在确保系统安全、可靠的基础上，实现更高的效率和更低的能耗。具有重要的理论价值和现实意义。尹承民[1]认为电力设计系统复杂，因此采用工程实例，分别设计供电系统、配电系统，从细节入手，保证每个环节的设计都符合高层建筑用电安全、用电稳定可靠的需求。魏昕[2]根据二级降压供电方式，提出了对区间变电所的设备选型与布置、接地装置设计、继电保护和电力监控数据传输等关键技术问题重点研究的观点。吴云飞[3]在供配电网络实际情况的基础上，自动更新配电系统，实现与生产现场实际供配电网络同步，使管理人员和作业人员对目前的供配电网络一目了然，提高工作效率并控制供配电安全风险。但也发现了在实际中供配电系统仍然存在缺陷和不足，无法达到预期的效果的问题。本文在此基础上通过引入先进的技术手段和设计理念，为大型公共建筑打造了一个稳定、高效的供配电系统，在施工方面，注重细节，严格把控质量与安全。为此提出大型公共建筑供配电系统设计与施工研究。

1 大型公共建筑供配电系统设计

供配电系统设计主要内容为负荷分级及供电电源、变压器以及电气主接线，以下将从该三个方面对大型公共建筑供配电系统设计进行详细描述。

1.1 负荷分级及供电电源

大型公共建筑高度比较高，且建筑面积比较大，属于一类高层商业建筑，本次根据《供配电系统设计规范》（GB 52641-2020），供配电负荷等级可分为三级，在商业建筑中，一级负荷包括电梯、应急照明、消防设备等，对于中断供电会造成较大的损失为二级负荷，剩余电气为三级负荷。本次设计的大型公共建筑供配电系统无二级负荷，电气设备可分为一级负荷和三级负荷，对其供电的具体设计如下：本次将电梯、应急照明、消防电源、排烟设备、喷淋泵、排污泵、通信电源、消防控制室以及排烟设备电源设计为一级负荷；将普通照明、空调机组、锅炉设备电源、制冷机组以及其他电力负荷设计为三级负荷。考虑到大型公共建筑负荷较大，用电量也比较大，因此供电电源采用10kV 双路电源供电。由于两个10kV 的电源是独立的，因此不需要另外配置发电机或者其它集中式的紧急供电设备。供电电路中配电变压器使用5%无励磁调压分接头，通过在补偿电容器上串联协调电抗器抑制供电电源中谐波，照明电源线路采用三相供电，其他电气设备采用三相电源平衡，将照明与其他电气设备电源分开回路设置，保证大型公共建筑供配电电源稳定。

1.2 变压器容量确定及选型确定

对于变压器的设计依据大型公共建筑负荷，考虑到大型公共建筑是商用建筑物，用于出售和出租，因此供配电系统设计只能预留办公室负荷以及消防监控负荷、网络机房负荷等。为了保证变压器设计合理，此次采用单位面积功率法计算负荷，单位面积功率法无须知道电气设备的具体功率，根据建筑面积估算负荷，其计算公式为：

式中，P表示大型公共建筑供配电系统负荷；Pw表示单位面积功率；S表示大型公共建筑建筑面积。利用以上公式计算出综合体建筑的供配电系统负荷，如果负荷比较大，超过2 000kVA，则需要使用2 台或者2 台以上的变压器，如果负荷不超过2 000kVA，则只需要使用1 台变压器即可。根据计算到的负荷值，确定变压器容量，计算公式为：

式中，K表示变压器容量[4]。根据变压器容量需求，选择相应容量的变压器，变压器类型采用干式变压器。

1.3 供配电电气主接线设计

供配电电气可分为高压电气和低压电气两部分，本次对于大型公共建筑供配电电气主接设计如图1 所示。

图1 大型公共建筑供配电电气主接图

如图1 所示，为了保证供电稳定和灵活，大型公共建筑供配电系统高压电气主接线采用单母线A、B、C 分段形式，中间没有联络线[5]。通常情况下大型公共建筑单台电压容量较大，因此高压电气主开关选用真空断路器FAN，开关柜采用双排面对面布置。大型公共建筑供配电室设有两台以上的变压器，因此低压电气主接线也采用单母线分段形式，但是母线间设置联络开关，在供配电系统正常运行时，母线开关U 断开，变压器各自分列运行，当运行过程中发生变压器故障，则母线开关打开，由其他变压器带重要负荷运行，保证供配电系统正常运行[6]。低压电气主接线开关采用真空式断路器。考虑到大型公共建筑为写字办公楼，因此动力I 负荷需要与照明N 负荷分开，故其低压电气干线采用放射式接线方式。由此，完成商业综合体供配电电气主接线设计。

1.4 供配电室布置设计

根据《供配电系统设计规范》（GB 52641-2020）要求，大型公共建筑需要设置室内供配电室，其布置需要遵循相应的规则。本次依据规则布置设计大型公共建筑供配电室，具体如图2 所示。

图2 大型公共建筑供配电室布置设计图

如图2 所示，供配电室设备布局紧凑、布局合理，方便搬运、操作、检修、巡视和测试，同时也要考虑扩容的可能性[7]；供配电室设置在方便线路出入的地方。35 kV 主变应设在10kV变电站旁，低压变电所应设在主变旁。在相应的电压水平下，将电容器安装在变压器房和配电室附近，值班室、控制室、副房的布置应方便操作人员的工作及管理。主变压器要靠近低压开关柜，低压开关柜与高压开关柜距离要在2m 以上，并且供配电室内要设置两个紧急出口，方便应急。

2 大型公共建筑供配电系统施工

供配电系统施工主要包括电缆敷设和电气设备安装两部分，需要根据系统设计开展现场施工，其具体设计如下：

2.1 电缆敷设

本次电缆敷设根据供配电系统电路图，依据图中主干线路和支线的位置使用墨线标记。为确保电缆能够稳固地铺设并满足后续使用的需求，在敷设电缆之前，首要任务便是安装电缆支架。这一步骤不仅为电缆提供了支撑，也为其后续固定奠定了坚实基础[8]。在安装过程中，特别选用了轴支架来支撑电缆盘，确保其稳固不晃动。同时，为确保电缆在铺设过程中的顺畅与安全，我会在固定电缆时留出100mm 的距离，以应对可能出现的各种情况。整个电缆敷设的过程都必须严格按照指示进行，在施工现场特别指定一名领线的人员和一名负责检查的人员，其各自承担着引领电缆走向和检查铺设质量的重任。此外，为了确保施工的顺利进行，各部门之间也必须保持通讯的畅通与可靠，以便及时沟通、协调解决问题。

电缆从配电室采用吊装引至下一层强电竖井，沿墙固定安装，在电缆的选择上，使用镀塑黑绑线，这种材料不仅坚固耐用，而且能够有效防止电缆在使用过程中出现松动或断裂的情况。此外，注意控制电缆之间的距离，确保其之间保持在800mm 左右。当然，如果电缆的截面面积非常小，根据实际情况调整电缆与固定的距离；若其横断面区域很大，则将电缆的固定间隔控制在1.5m 左右，以确保电缆的安全与稳定。当一条电缆的铺设工作圆满完成后，立即着手整理电缆牌，确保每一根电缆都能得到准确的标识和记录。而在铺设电缆的过程中，对每一个细节都严加把控。尤其是电缆的弯度，必须严格符合相关标准，以确保电缆在使用过程中不会因弯度过小而受损。

2.2 电气设备安装

电气设备的安装主要为变压器设备，本次采用柱上式安装方式，在变电室内变压器位置安装槽钢，将其离地高度控制在2.5m 左右，其平面坡度不超过1/500。为了防止变压器基础结构发生变形而失效，在槽钢下方放置枕木。本次采用吊装工艺将变压器安装到钢槽内，事先对变压器进行吊装，并进行试吊，确保吊装过程中无晃动、无损伤、无设备倾覆等异常情况，然后用车载吊车将变压器吊到地基之上。测量和调整变压器的水平位置、顶部平整度、朝向角度，调整好之后，将变压器缓缓放下，然后将其放在地基的安装表面上，对变压器的位置、垂直度、安装标高和顶部平整度进行了反复的测量和调整。确认无误后，将螺栓旋进基座台架预留孔，将变压器定位，拆卸吊杆吊挂，即可完成变压器的定位安装，以此完成大型公共建筑供配电系统设计与施工。

3 实例分析

3.1 工程概况

此次研究以某大型公共建筑为背景，该建筑为一栋独立商业建筑，建筑高度为36.48m，包含地上10 层和地下2 层，总建筑面积为26 546.52m2，占地面积为2 152.42m2，建筑布局为：一层大厅、办公室、消防室、电梯机房、水房、风机房、物业用房、锅炉房、制冷机房、车库、供配电室等。建筑结构采用钢筋混凝土结构，抗震等级为二级，耐火等级为一级，建筑分类为一类，该建筑是典型的高层建筑，用电量大、供配电系统结构复杂对供电可靠性要求较高。

3.2 供配电系统运行效果与讨论

按照本文所述的供配电系统设计和施工开展该建筑供配电工程。利用公式（1）和公式（2）计算得到该建筑供配电总负荷为3 684kW，变压器容量为2 395kVA，因此选择型号为KHFG-4A8G 干式变压器2 台，将高压供电进出线电缆从户外穿过，通过电缆桥架进入分户室，低压配电线路采用桥架方式，在配电柜下出口引出，并通过架空层的桥架将电缆引向每一层的电气设备。完成供配电系统施工后，为检验该商业综合体供配电系统设计与施工的合理性，对供配电系统进行工频耐压测试，选择8 条支路线路进行工频耐压试验，试验中绝缘电阻值区间为1 ～8MΩ，测试时间为2min，使用型号为KHFAA4F7，2 500v 兆欧表对支路遥测2min，记录2min 内是否出现闪络击穿现象，测试结果如表1 所示。

表1 供配电性工频耐压测试结果

《供配电系统设计规范》（GB 52641-2020）要求，供配电系统支路绝缘电阻小于10MΩ时，在2min内无闪络击穿现象，否则视为供配电系统设计不合格。从上表中数据可以看出，该供配电系统工频耐压试验中未出现闪络击穿现象，符合规范要求。为了进一步验证系统设计与施工的质量，记录运行期间内供配电系统故障情况，《供配电系统设计规范》（GB 52641-2020）要求，供配电系统故障不能超过5%，将其作为标准对系统性能评价，记录结果如表2 所示。