随着社会的不断发展，人们对美好生活的向往越来越强烈，现有的用电方式已经无法满足人们的需求。尤其是在高层住宅建筑中，传统的供电系统出现供电可靠性较低、电能损耗较大以及处理电力故障时间较长等问题，为解决这些问题，本文针对高层智能化住宅供配电系统总体设计进行分析，探究智能化楼宇设计时对供配电系统要求及解决措施。
社会经济的发展离不开水，一个国家、一个城市的崛起也必然伴随着水资源的大量消耗，因此在建筑行业中给排水技术就必须被给予足够的重视，才能保证建筑工程的施工质量，并提高竣工后人们的使用体验。为满足人们日益增长的物质文化需要就必须加大对建筑工程给排水系统的建设，并以先进的给排水技术作支撑、以现代的给排水设备做后盾，提高给排水系统施工质量。随着科技的发展，我国越来越多的先进设备被用于给排水工程中，比如增压设备，其已成为建筑给排水技术中发展最迅猛、使用最广泛的给排水技术。
01楼宇供电系统如何构成？
楼宇是由电力系统供电的，由于发电厂距负荷中心较远，需要通过输电线路和变电所等中间环节，才能把电力输送给用户。同时，为了提高供电的可靠性和实现经济运行，常将许多的发电厂和电力网连接在一起并联运行，由发电厂、电力网（输电、变电、配电）和用户组成统一体，并称为电力系统、输配电系统或供电系统。
02什么是电力网？
输配电线路和变电所等连接发电厂和用户的中间环节是电力系统的一部分，称为电力网。电力网常分为输电网和配电网两大部分。由35kV及以上的输电线路和与其相连接的变电所组成的网络称为输电网。输电网的作用是将电力输送到各个地区或直接送给大型用户。35kV以下的直接供电给用户的线路称为配电网或配电线路。用户电压等级如果是V/V，则称为低压配电线路。把电压降为V/V的用户变压器称为用户配电变压器。如果用户是高压电气设备，这时的供电线路称为高压配电线路。连接用户配电变压器及其前级变电所的线路也称为高压配电线路。
以上所指的低压，是指IkV以下的电压。1kV及以上的电压称为高压。一般还把3kV、6kV、10kV等级的电压称为配电电压，把高压降为这些等级电压的降压变压器称为配电变压器；接在35kV及以上电压等级的变压器称为主变压器。因此，配电网是由10kV及以下的配电线路和配电变压器所组成的，其作用是将电力分配到各类用户。
03什么是电压等级？
电力网的电压等级较多，不同电压等级有不同的作用。从输电的角度看，电压越高则输送的距离就越远，传输的容量越大，电能的损耗就越小，但要求绝缘水平也越高，因而造价也越高。目前，我国电力网的电压等级主要有0.22kV、0.38kV、3kV、6kV、10kV、35kV、kV、kV共8级。
04什么是负荷等级？
在电力网上，用电设备所消耗的功率称为用户的用电负荷或电力负荷。用户供电的可靠性程度用负荷等级来区分，它是由用电负荷的性质决定的。用电负荷等级划分为3类：一级负荷、二级负荷、三级负荷（见表1）。
05负荷设备有哪些？
在楼宇用电设备中，属于一级负荷的设备有：消防控制室，消防水泵，消防电梯，防排烟设施，火灾自动报警，自动灭火装置，火灾事故照明，疏散指示标志和电动防火门窗、卷帘、阀门等消防用电设备，保安设备，主要业务用的计算机及外设，管理用的计算机及外设，通信设备，重要场所的应急照明。属于二级负荷的设备有：客梯、生活供水泵房等。空调、照明等属于三级负荷。
06典型楼宇供配电系统如何构成？
中大型楼宇的供电电压一般采用10kV，有时可采用35kV，变压器装机容量大于kVA。为了保证供电可靠性，应至少有两个独立电源，具体数量应由负荷大小及当地电网条件而定。两路独立电源运行方式，原则上是两路同时供电，互为备用。此外，必要时还需装设应急备用发电机组。
07负荷分布及变压器的配置如何构成？
高层建筑的用电负荷一般可分为空调、动力、电热、照明等。全空调的各种商业性楼宇的空调负荷属于大宗用电，占40%~50%。冷热源设备一般放在大楼的地下室、首层或下部。动力负荷主要指电梯、水泵、排烟风机、洗衣机等设备。普通建筑的动力负荷都比较小，随着建筑高度的增加，在超高层建筑中，由于电梯负荷和水泵容量的增大，动力负荷的比重将会明显增加。动力负荷中的水泵、洗衣机等亦大部分放在下部，就负荷的竖向分布来说，负荷大部分集中在下部，因此将变压器设置在建筑物的底部是有利的。40层以上的高层建筑电梯设备较多，此类负荷大部分集中于大楼的顶部，竖向中段层数较多，通常设有分区电梯和中间泵站。在这种情况下，应将变压器按上、下层配置，或者按上、中、下层分别配置，供电变压器的供电范围为15~20层。为了减少变压器台数，单台变压器的容量一般都大于kVA。由于变压器深入负荷中心而进入楼内，从防火要求考虑不应采用一般的油浸式变压器和油断路器等在事故情况下能引起火灾的电气设备，而应采用干式变压器和真空断路器。负荷中心是供配电设计中的一个重要概念，它实际上是一种最佳配电点，需要按所要达到的优化目标的目标函数，以及不同的计算条件来确定。变电所应尽量设在负荷中心，以便于配电，节省导线，也有利于施工。事实上，负荷的大小不是恒定不变的，因此负荷中心常会变动。在设计时也往往由于各种实际因素而不能将配电点布置在通过计算而得到的负荷中心上。只有在负荷比较平稳的部门，才可将变电所设在负荷中心或大负荷的近旁。
08供电系统的主接线是如何工作的？
电力的输送与分配，必须由母线、开关、配电线路、变压器等组成一定的供电电路，这个电路就是供电系统的一次接线，即主接线。现代智能楼宇由于功能上的需要，一般都采用双电源进线，即要求有两个独立电源，常用的供电方案如图1所示。
图1常用高压供电方案
图1(a)所示为两路高压电源，正常时一用一备，即当正常工作电源发生事故停电时，另一路备用电源自动投入。此方案可以减少中间母线联络柜和一个电压互感器柜，对节省投资和减小高压配电室建筑面积均有利。这种接线要求两种都能保证%的负荷用电。当清扫母线或母线故障时，将会造成全部停电。因此，这种接线方式常用在大楼负荷较小，供电可靠性要求相对较低的建筑中。图1(b)所示为两种电源同时工作，当其中一路出现故障时，由母线联络开关对故障回路供电。该方案由于增加了母线联络柜和电压互感器柜，变电所的面积也相应增大。这种接线方式是商用性楼宇、高级宾馆、大型办公楼宇常用的供电方案。当大楼的安装容量大，变压器台数多时，尤其适宜采用这种方案，因为它能保证较高的供电可靠性。当变压器台数较少时，还可以从邻近楼宇高压配电室以放射式向该楼宇变压器供电。目前最常用的双电源主接线方案如图2所示。
图2双电源主接线方案
采用两路10kV独立电源，变压器低压采取单母线分段的方案。对于规模较小的建筑，由于用电量不大，当地获得两个电源又较困难，附近又有V的备用电源时，可采用一路10kV电源作为主电源，V电源作为备用电源的高供低设备主接线方案，如图3所示。智能楼宇供电以低压为主。
图3高供低设备主接线方案
09什么是低压配电方式？是如何工作的？
低压配电方式是指低压干线的配线方式。低压配电干线一般是指从变电所低压配电屏分路开关至各大型用电设备或楼层配电盘的线路。用电负荷分组配电系统是指负荷的分组组合系统。智能楼宇由于负荷的种类较多，低压配电系统的组织是否得当，将直接影响大楼用电的安全运行和经济管理。低压配电的接线方式可分为放射式和树干式两大类。放射式配电是一独立负荷，或一集中负荷，均由一单独的配电线路供电，它一般用在供电可靠性高、单台设备容量较大和容量比较集中的低压配电场所。大型消防系统、生活水泵和中央空调的冷冻机组对供电可靠性要求高，而且单台机组容量较大，因此考虑放射式专线供电。对于楼层用电量较大的大厦，可采用一回路供一层楼的放射式供电方案。树干式配电是一独立负荷或一集中负荷按它所处的位置依次连接到某一条配电干线上。树干式配电所需配电设备及有色金属消耗量较少，系统灵活性好，但干线发生故障时影响范围大，一般适用于用电设备比较均匀，容量不大，又无特殊要求的场合。
图4低压配电方案
图4(a)和(b)所示分别为放射式和树干式接线图。国内外智能楼宇低压配电方案基本上都采用放射式，楼层配电则为混合式。混合式即放射一树干的组合方式，如图4(c)所示。有时也称混合式为分区树干式，在高层住宅中，住户配电箱多采用单极塑料小型开关，是一种自动开关组装的组合配电箱。对一般照明及小容量插座采用树干式接线，即住户配电箱中每一岔路开关带几盏灯或几个小容量插座；而对电热水器、窗式空调器等大宗用电量的家电设备，则采用放射式。
10什么是后备供电与应急供电？
智能楼宇中的用电负荷种类繁多，但并非所有的民用负荷在任何情况下都必须保证供电，可以将电负荷分成保证负荷和非保证负荷。保证负荷包括一级负荷和在非消防停电时仍要求保证的负荷，其余则为非保证负荷或一般负荷。目前智能楼宇大部分为高层建设，对于高层建筑中的消防设备，如消防水泵、消防电梯、应急照明等，国家高层民用建筑设计防火规范中规定，一类建筑为一级负荷，二类建筑为二级负荷。高层建筑中许多部位的负荷为一级负荷，如银行证券大楼业务用的大型计算机、主机及大量工作站、微机、保安用的一些监控设备、大楼设备管理用的一些智能型设备及一些重要部分的照明等设备的供电负荷均为一级负荷。根据变电所设计规范，一级负荷要求有两路电源供电，二级负荷当条件许可时也可由两路电源供电，特别是属于消防用的二级负荷，按规定也应两路电源供电。因此，智能楼宇对供电的可靠性要求较高，一般都要求两路电源供电。
11自备发电机的容量有几类？
实际运行中，当一路电源故障时往往另一路也会出现故障，因为再上一级电源往往是同一电源。因此，为了确保智能化大楼供电的可靠，安全，设置自备发电机是十分必要的。国外有些大楼城市电网供应了三路、四路电源，但仍然设置自备发电机组。自备发电机组容量的选择目前尚无统一的计算公式，因此在实际工作中所采用的方法也各不相同。有的简单地按照变压器容量的百分比确定，例如用变压器容量的10%~20%确定，有的根据消防容量相加，也有的根据业主的意愿确定。自备发电机的容量选得太大，会造成一次投资的消费过高，选得太小，事故时一则满足不了使用的要求，二则大功率电动机启动困难。因此，应按自备发电机的计算负荷选择，并按大功率电动机的启动来检验。在计算自备发电机容量时，可将智能建筑用电负荷分为以下三类。
（1）第一类负荷
即保安型负荷，保证大楼人身安全及大楼内智能化设备安全、可靠运行的负荷，有消防水泵、消防电梯、防排烟设备、应急照明及大楼设备的管理计算机监控系统设备、通信系统设备、从事业务用的计算机及相关设备等。
（2）第二类负荷
即保障型负荷，保障大楼运行的基本设备负荷，也是大楼运行的基本条件，主要有工作区域的照明、部分电梯、通道照明等。
（3）一般负荷
除上述负荷外的负荷，例如舒适用的空调、水泵及其他一般照明、电力设备等。
计算自备发电机容量时，第一类负荷必须考虑在内，第二类负荷是否考虑应视城市电网情况及大楼的功能而定，若城市电网很稳定，能保证两路独立的电源供电，且大楼的功能要求不太高，则第二类负荷可以不计算在内。虽然城市电网稳定，能保证两路独立的电源供电，但大楼的功能要求很高或级别相当高，那么应将第二类负荷计算在内，或部分计算在内。例如银行、证券大楼的营业大厅的照明，主要职能部门房间的照明等。若将保安型负荷和部分保障型负荷相叠加，并依此来选择发电机容量，则其数据往往偏大。因为在城市电网停电，大楼并未发生火灾时，消防负荷设备不启动，自备发电机启动只需提供给保障型负荷供电即可。而发生火灾时，保安型负荷中只有计算机及相关设备仍供电，工作区域照明不需供电，而只需保证消防设备的用电。因此要考虑两者不同时使用，择其大者作为发电机组的设备容量。在初步设计时自备发电机容量可以取变压器总装机容量的10%~20%。
12自备发电机组的特点有哪些？
自备发电机组的工作型式有以下特点。
（1）启动装置
由于自备发电机组为应急所用，因此首先要选有启动装置的机组，一旦城市电网中断，应在15s内启动且供电，机组在市电停后延时3s后开始启动发电机，启动时间约10s（总计不大于15s，若第一次启动失败，第二次再启动，共有三次自启动功能，总计不大于30s），发电机输出，主开关合闸供电。当市电恢复后，机组延时13~15min（可调）不卸载运行，5min后，主开关自动跳闸，机组再空载冷却运行约10min后自动停车。图5所示为机组运行流程图。
图5发电机运行流程图
（2）外形尺寸
机组的外形尺寸要小，结构要紧凑，重量要轻，辅助设备也要尽量减小，以缩小机房的面积和层高。
（3）自启动方式
自启动方式尽量采用电启动，启动电压为直流24V，若用压缩空气启动，则需要一套压缩空气装置，应尽量避免采用。
（4）冷却方式
在有足够的进风、排风通道情况下，尽量采用闭式水循环及风冷的整体机组，耗水量少，每年只更换几次水并加少量防锈剂即可。在没有足够进、排风通道的情况下，可将排风机、散热管与柴油机主体分开，单独放在室外，用水管将室外的散热管与室内地下层的柴油主机相连接。
（5）发电机形式
发电机宜选用无刷型自动励磁的方式。
——END——
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