余黎忠

摘要：社會經(jīng)濟的發(fā)展，隨著人們生活水平的逐漸提高，對于建筑工程質(zhì)量提出了更高的要求。電氣設(shè)備在人們?nèi)粘Ｉ钪械氖褂寐逝c日遞增，給建筑電氣供配電系統(tǒng)提出了挑戰(zhàn)。計算機數(shù)字化信息技術(shù)的普及，使建筑電氣供配電系統(tǒng)設(shè)計上更多地投入使用了信息技術(shù)的自動化電氣設(shè)備，以提高供電系統(tǒng)在運營中的可靠性。本論文從電氣設(shè)計實踐出發(fā)，針對建筑電氣供配電系統(tǒng)的可靠性進行分析。

關(guān)鍵詞：建筑電氣；供配電系統(tǒng)；可靠性

建筑供配電系統(tǒng)的可靠性對于建筑物中所安裝的各種電氣設(shè)備的安全運行具有直接的影響力。作為電力系統(tǒng)為建筑物用戶提供電能的重要環(huán)節(jié)，其是與用戶的電氣設(shè)備直接連接的，主要處于電力系統(tǒng)的末端，其運行的可靠性除了來自于供配電系統(tǒng)本身之外，還與外接電源存在著直接的關(guān)聯(lián)。因此，要確保建筑電氣供電系統(tǒng)的安全運行，對于相關(guān)的特征量要多重角度考慮，實現(xiàn)電氣供配電系統(tǒng)的優(yōu)化運營。

一、建筑電氣供配電系統(tǒng)的可靠性

在電氣設(shè)計中，供配電系統(tǒng)的可靠性是確保系統(tǒng)安全運行的重要環(huán)節(jié)。其是對于建筑物中的配電模式進行評估，根據(jù)評估指數(shù)以及運行中的常用供電模式來檢測運行中所存在的問題，并按照供電運行的需求提出新的設(shè)計方案。對于供電可靠性的要求，可以根據(jù)建筑供電需要將電力負荷分別為三個級別，即一級負荷、二級負荷和三級負荷。建筑消防設(shè)備一般會采用一級負荷，比如建筑物中的消防控制室、自動報警裝置以及應(yīng)急照明系統(tǒng)，包括消防電梯和消防水泵等等，都要采用一級負荷。在建筑電氣供配電系統(tǒng)中所采用的一級負荷是非常重要的負荷，其主要用于建筑物中的各種安全設(shè)施。比如送風(fēng)機和排風(fēng)機以及污水泵等等，都要采用一級負荷，在電源的設(shè)置上，還要增設(shè)應(yīng)急電源。通常情況下，應(yīng)急供電系統(tǒng)屬于是重要的負荷供電，在設(shè)計中往往會采用柴油發(fā)電機組供電或者使用緊急電力供給（Emergency Power Supply，簡稱“EPS”）

二、建筑電氣供配電系統(tǒng)設(shè)計方案

（一）供電電源

在一些建筑物中，有大量的一級負荷、二級負荷存在，其作用都是為了提高建筑物的安全使用率。以高層建筑物為例，為了能夠維持建筑物持續(xù)用電，往往會安裝兩臺以上的變壓器，還有一臺柴油發(fā)電機組。在發(fā)電啟動要求上，當兩臺發(fā)電機的進線回路都無法供電的時候，就要啟動柴油發(fā)電機以為建筑物提供應(yīng)急電源。當兩臺變壓器和一臺應(yīng)急柴油發(fā)電機處于不并列運行狀態(tài)的時候，為了提高用電設(shè)備的使用率，兩個電源采用統(tǒng)同級電壓供電，相互備用。但是，由于各地區(qū)的用電需求不同，所以適當?shù)卣{(diào)整電壓供電。這兩種電源可以是各自獨立供電，但是多數(shù)情況下都是搭配供電的。這就決定了電網(wǎng)的電源進線也都是非獨立的。當二級負荷容量較大的時候，就需要由兩回線路持續(xù)供電。這種發(fā)電機組合也存在著運行上的弊端。為了提高建筑供配電系統(tǒng)的供電可靠率，可以在建筑施工中，就對于該系統(tǒng)的設(shè)計加以完善，以實現(xiàn)供配電優(yōu)化。

（二）供配電系統(tǒng)設(shè)計

按照民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范，為了使供電系統(tǒng)能夠滿足一級負荷供電要求或者二級負荷供電要求，通常情況下要求采用兩路同時供電的方式，即當其中的一路供電因故障終端之后，就需要其他的線路滿足繼續(xù)供電要求。如果是10千伏供配電系統(tǒng)，最好是選取放射式接線方式，配電的級數(shù)不可以超過兩級當然根據(jù)地理環(huán)境以及特殊需要，也可以選擇使用環(huán)式或者是樹干式的配電系統(tǒng)接線設(shè)計?；芈贩派涫街鹘泳€見圖1。

回路放射式供配電系統(tǒng)由專用的三級負荷設(shè)備配電，當由于故障而中斷供電的時候，會很長之間以內(nèi)都無法供電。如果此時備用電源也無法正常工作，可以選擇采用二級負荷供電，其優(yōu)點在于，斷電時間由備用電源的切換時間來確定。如果電源是獨立使用的，最宜采用一級負荷供電方式，供電的中斷時間由獨立備用電源的切換時間來確定。

三、電氣供配電系統(tǒng)的可靠性計算方法

確定供配電負荷等級，用電負荷的可靠性是非常重要的因素。根據(jù)設(shè)計規(guī)范針對不同的用電負荷需要采用不同的設(shè)計方案，并進行可靠性計算。

在可靠性計算中，年平均故障時間為年故障率與年平均修復(fù)時間的乘積，用公式表示為：

成功運行概率與每年的平均故障時間相對應(yīng)，因此，固有可用度可以通過以下的公式直接反應(yīng)出來，即：

供配電系統(tǒng)元件組合包括串聯(lián)和并聯(lián)兩種，在對供配電系統(tǒng)的可靠性指標進行計算的時候，元件的故障率被設(shè)定為常數(shù)，即其不可以隨著時間的變化而有所改變。故障發(fā)生后，并不會影響到其他的元件正常工作，所修復(fù)的時間呈現(xiàn)出指數(shù)分布的趨勢，而且元件的運行時間要長于因故障而停止工作的時間。

元件的串聯(lián)見圖2。

元件選擇使用串聯(lián)接的方式，會提高供配電系統(tǒng)的故障率，年平均故障時間也會相對延長，從而使系統(tǒng)的可靠性降低。

元件的并聯(lián)見圖3。

相比較于元件的串聯(lián)而言，并聯(lián)元件的供配電系統(tǒng)可靠性相對較高，其不但可以降低故障率，而且縮短了每年所發(fā)生故障的時間，

計算使用的可靠性數(shù)據(jù)見下表。

四、建筑供配電系統(tǒng)可靠性分析實例

（一）備用發(fā)電機低壓母線處切換的供配電系統(tǒng)

圖 5 低壓母線處切換計算模型

變壓器器供電并聯(lián)于發(fā)電機供電，在單回路電源的進線供電以及備用發(fā)電機的運行可靠性并不是很穩(wěn)定，但是實施兩個電源的切換，大大地提高了可靠性，使年平均故障率下降了0.00356小時。大于600安培的低壓雙電源切換為0.051123小時，低壓母線雙電源切換為0.037954小時，包括電纜和接頭在內(nèi)的配電線路電源切換為0.006232小時。

（二）在用電負荷末端切換的變壓器和備用發(fā)電機構(gòu)成的供配電系統(tǒng)

通常而言，處于供配電系統(tǒng)末端的雙電源切換電流小于600安培。本實例為變壓器供電與發(fā)電機供電并聯(lián)，實現(xiàn)了年平均故障率下降，故障時間也相應(yīng)地縮短很多，從原有的2.668854小時下降到0.004544小時。所縮短的故障時間已經(jīng)大大地低于雙電源切換的年平均故障時間。供配電系系統(tǒng)的年平均故障時間也有所下降，從2.669673小時下降到0.497023小時。可見，建筑電氣供配電系統(tǒng)末端的可靠性有所提高。

對于電力系統(tǒng)的某個線路連接采用并聯(lián)冗余的方式，可以使用低壓雙電源切換開關(guān)，冗余后即便年平均故障為0，在計入低壓雙電源切換開關(guān)的同時，也要將低壓雙電源切換開關(guān)的年平均故障時間降到低于冗余前的時間，以提高系統(tǒng)的可用度。

值得一提的是，在國外的一些建筑電氣供配電系統(tǒng)設(shè)計上，一般不會選擇使用對電纜以及斷路器的并聯(lián)冗余以實現(xiàn)供配電系統(tǒng)的末端切換，因為按照有關(guān)參考數(shù)據(jù)，并實施技術(shù)評估方法進行計算，實施這種末端切換的方式并無法有效地提高供配電系統(tǒng)的可靠性。

結(jié)語：

綜上所述，電氣設(shè)計的目的是要滿足供配電系統(tǒng)的安全可靠性。為了使建筑電氣符合滿足建筑用電需求，就要根據(jù)實際需求開展供配電電路設(shè)計工作，以提高電氣設(shè)備的技術(shù)可靠性。

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