建筑电气供配电可靠性分析

建筑电气供配电可靠性分析

陈拓

北京霍普设计有限责任公司武汉分公司

摘要：随着我国经济的快速增长，电力已成为经济发展主要依靠能源之一。由于当前社会对电力的需求不断上升，因此对供配电系统的供电可靠性有了更高的要求。不但电能质量、频率等要满足更小波动的要求，少停电甚至不停电更是大势所趋。在这样的经济环境背景下，如何采取措施提高供配电系统的供电可靠性、减少停电损失、提高客户满意率就成为设计人员和各级供电企业工作的重点。基于此，本文主要阐述了规范中相关建筑电气供配电系统的可靠性条文、影响供配电系统可靠性的因素，以供参考。

关键词：建筑电气；低压供配电；系统可靠性

0 引言

建筑物的供电系统的可靠性是影响社会群众日常生活水平的直接因素，也是保障有关设备运行的基础。对于当前建筑物出现火灾风险的现象日益增加，诸多建筑物中都有属于自己的消防灭火设备以及安全通道，来保障人们的生命安全。而在建筑中的消防灭火设施大部分是依附供电电源才能顺利开展。这就表明若是供系统出现问题，发生火灾之后是无法发挥出消防灭火设备的应用价值的，比如当供电电源出现故障，消防照明、喷淋系统等设备都是无法进行有效应用的。除此之外，当前我国建筑中普通/消防电梯，若是供电系统不可靠，电梯就容易出现故障，这对于建筑中生活的居民带来极大影响，严重阻碍了社会群众开展生活活动的效率。因此，建筑电气的供配电可靠性对于社会群众生活至关重要。

1.可靠性基本知识

可靠性是指在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力称为可靠性。产品或系统可靠性可分为基本可靠性和任务可靠性。基本可靠性是产品在规定条件下无故障的持续时间或概率，它反映产品对维修人力的要求。任务可靠性是产品在规定的任务剖面内完成规定功能的能力。评定产品任务可靠性时仅考虑在任务期间发生的影响完成任务的故障。因此要明确任务故障的判据。提高任务可靠性可采用冗余或代替工作模式，不过这将增加产品的复杂性，从而降低基本可靠性。因此设计时要在两者之间进行权衡。

2.任务可靠性模型与供配电系统关系

与供配电相关的任务可靠性模型主要有三种：

（1）串联模型

串联模型如下:

其中R可以看成一个小模块或者是一个系统。对于个体可靠性较高，并且经济要求低的模块，比如灯具，我们可以利用一个开关控制多盏灯具，这样可以节省材料，节省安装费用，相对成本也较低；同时也可以将R看成一个系统，对于建筑电气供配电来说串联模型可以看成树干式供电，即直线供电，多个负荷由一条干线供电。其优点是开关设备及有色金属消耗少，采用的高压开关数少，比较经济。缺点是干线故障时，停电范围大，供电可靠性低；实现自动化方面适应性较差。因此一般很少单用树干式配电，往往采用混合式配电以减少停电范围。

（2）并联模型

并联模型如下:

其中R可以也看成一个小模块或者是一个系统。对于建筑电气供配电来说并联模型可以看成放射式供电，即供电设置在中间，而负载遍布在周围的方式。 这种方式下电力是在中心部位的，向四外放射的形式。配电系统（配电箱）采用放射式则供电可靠性高，便于管理，但线路和高压开关柜数量多，经济成本较高，因此在保证供电可靠性高的情况下，可以简化配电箱个数，将相同类型的负荷合并在一个配电箱供电，简化供电线路；同时双回路并联系统可以理解为一级、二级负荷的双电源/双回路供电，既保证了较高的供电的可靠性，同时双回路的经济需求也不会太高，也保证了最高的供电性价比。

（3）储备模型

储备模型如下:

最常用的供电储备为：对于一级负荷中特别重要负荷的供电，将R1、R2看成10KV双电源供电，然后R3看成应急电源/柴油发电机，平时开关在R1,R2处由双电源供电，当R1和R2同时故障后，将开关切换到R3处，由柴油发电机供电。这种供电方式虽然对经济需求更高，但是能对更高供电等级的负荷提供很高的可靠性。

3规范中相关条文的可靠性说明

以新版民规GB51348-2019《民用建筑电气设计标准》相关条文来解析。

强条3.2.1：用电负荷分级是根据电力负荷因事故中断供电造成的损失和影响程度来区分其对供电可靠性的要求，损失或影响越大，对供电可靠性的要求越高。负荷分级主要是从安全和经济损失两个方面确定。根据建筑电气的特点，分为一级负荷中的特别重要负荷及一级、二级、三级共四个等级。

3.2.8~3.2.12条：说明了上述四个等级的负荷分别对应的供电方式，一级负荷中的特别重要负荷—双电源+应急电源；一级负荷—双电源；二级负荷—双回路；三级负荷—单回路；

3.2.7条：新规中专门加入此条对大面积场所需要跳接的照明供电方式给出明确定义。以前我们自己的做法是采用双电源控制箱集中供电，新规要求采用双重电源的两个低压回路交叉供电，此种做法是将双电源箱分成两个单电源箱，两个单电源箱同时故障的概率肯定比一个双电源箱故障的概率低很多，从而提高了供电可靠性。

强条3.3.4：应急电源与正常电源之间必须采取可靠措施防止并列运行，目的在于保证应急系统的专用性和可靠性，防止正常电源系统故障时应急电源向正常电源系统负荷送电而失去作用。也就是上述储备模型中，R1和R2回路严禁与R3回路同时运行。

3.3.7条：如果供电系统结线复杂，配电层次过多，不仅管理不便，操作频繁，而且由于串联元件过多，因元件故障和操作错误而产生事故的可能性增加，复杂的供配电系统可靠性不一定高，因此规定低压系统的配电级数不宜多于三级。

3.3.8条：配电系统采用放射式供电则供电可靠性高，便于管理。负荷较大的高层民用建筑，多含二级和一级负荷，可采用分区树干式或环式，以减少配电电缆线路和开关柜数量。

3.4.3~3.4.6条：这几条规范分别规定了电压偏差、电能质量、电压冲击和三相平衡，这些都是为了提高供电系统的基本可靠性。试想，如果电压偏差超过允许值，将导致电动机达不到额定功率，增加运行费用，甚至性能恶化，降低寿命。冲击性负荷引起的电压波动对其他用电设备影响甚大，例如照明闪烁、电动机转速不均匀等，因此应采取具体措施加以限制，使其在合理的范围内。

7.2.1~7.2.2条：新规将旧规中的“多层/高层公共建筑”修改成了“多层/高层民用建筑”，首先这样修改的目的就是主要就是要提高高层住宅的供电可靠性。照明、电力、消防及其他防灾用电负荷应自成系统，此条的做法实质上就是减少配电级数，如高层住宅和公建的电梯负荷，应直接从建筑物的低压配电室（间）自成系统，提高电梯的供电可靠性；7.2.2-2条基于提高重要一级负荷的供电任务可靠性来提出的要求，比如业主要求的数据机房负荷，应从配电房低压柜直接引来。

强条7.2.4：超高层建筑消防救援难度大，避难层作为人员暂时躲避火灾及其烟气危害的楼层，是人员疏散的重要场所。用电设备是否正常工作直接关系到人员生命安全。因此要从变电所采用放射式专用回路供电，这种供电方式可靠性最高。

4 结束语

本文简单介绍了可靠性的基本知识、供配电相关的任务可靠性模型、并在新民规正式实行后抛转引玉给出了与可靠性相关的一些条文。在实际设计过程中，在满足规范的条件下，供配电系统要以安全、可靠、经济的原则，来达到高效、节能、环保、廉价的效果。

参考文献：

[1] 中国建筑东北设计研究院.GB51348-2019 民用建筑电气设计标准[S].北京：中国建筑出版社，2019.