付向偉

（國網(wǎng)湖北省電力有限公司棗陽市供電公司）

0 引言

建筑供配電工程對于建筑需求實現(xiàn)和建筑品質(zhì)提高而言，有著重要的作用，新建居住區(qū)的供配電工程設計規(guī)劃工作具有工程難度大、參考依據(jù)少的明顯特點，這也導致當前相關(guān)工作開展過程中存在諸多問題，最終使建筑使用階段的品質(zhì)下滑，甚至出現(xiàn)用電安全問題。在此背景下，本文展開關(guān)于電纜在新建居住區(qū)供配電工程中規(guī)劃設計應用的相關(guān)研究，從規(guī)劃設計的角度，明確供配電系統(tǒng)的設計技術(shù)與設計要點。

1 供電決策設計

供電決策設計就是整個供應配電系統(tǒng)在開展之前進行的總體統(tǒng)籌規(guī)劃工作。在該內(nèi)容中，首先要確定設計的整體思路與設計理念，其次對于設計要求也需一一明確。從設計的角度來看，其需求的提出主要由三個方面共同決定，一是由行業(yè)法規(guī)及國家強制性標準帶來的合規(guī)性需求，這是在設計過程中的底線需求；二是根據(jù)新建居民區(qū)的實際應用情況與具體應用內(nèi)容帶來的實用需求，能夠保障供電配電方案在設計落地后的可行性與應用價值；三是由于環(huán)境因素或其他特殊因素的影響所帶來的額外需求，這是一個設計方案對目標設計場景是否匹配的重要內(nèi)涵內(nèi)容［1］。

故在進行供電決策設計的過程中，需要明確的技術(shù)指標主要有以下幾點：一是該新建居民區(qū)的所處地理位置，根據(jù)其所處位置可能會面對不同的底線需求；二是需要全面了解該新建居民區(qū)的具體居民數(shù)量及用電需求，對于工業(yè)用電和公共場所用電的額外需求等內(nèi)容，基于此開展后續(xù)的復合設計和安全措施設計工作；三是該居民區(qū)是否有特殊景觀，以及環(huán)境要求是否特殊，如環(huán)境溫度較低或所屬園區(qū)內(nèi)具有涉水景觀等內(nèi)容，則可能會影響后續(xù)的材料選擇與平面規(guī)劃設計。

此外在供電決策階段所要確定的設計方案的整體約束還應考慮工期與成本的相關(guān)要求。在整個居住區(qū)建設過程中，供配電工程幾乎是居住區(qū)建設的最后一環(huán)，在該過程中所預留的工期較少，同時工程成本較為緊張，其他工程形式所耽擱的工期也可能被壓縮到此過程當中。這也是在決策過程中需要考慮后續(xù)設計的相關(guān)內(nèi)容。

2 負荷設計

關(guān)于公共居民區(qū)的用電負荷，我國有相關(guān)明確規(guī)定，各個省市也有自身的設計規(guī)范性文件。在《配電設施規(guī)劃設計導則》中，將用電負荷與斷電影響大致分為三個等級，一級供電負荷指的是在發(fā)生超負荷問題或其他情況導致的中斷供電，會引起經(jīng)濟或政治方面的極大損失，抑或可能導致人身傷亡等嚴重事故；二級供電負荷是指在相關(guān)情況下引起的損失較大，但仍可挽回，從人身安全方面不發(fā)生人員重傷或死亡；三級供電負荷及一般民用電的供電負荷，產(chǎn)生斷電情況或超負荷問題后，不會發(fā)生重大安全事故，也不會造成明顯的經(jīng)濟損失。

在進行新建居民區(qū)設計過程中，就可參照設計導則的相關(guān)內(nèi)容對負荷進行設計。首先需要明確新建居民區(qū)除了住宅區(qū)之外還具有諸多公共區(qū)域，同時居民區(qū)中的消防設施、應急用電的內(nèi)容也是在進行供配電設計過程中需要考慮的重點問題［2］。按照上述等級進行分類，可得出以下設計思路：對于高層建筑而言，電梯的負荷等級一般認定為一級或二級，因其在發(fā)生突然斷電或失去控制之后，可能造成經(jīng)濟損失和人員安全后果；建筑內(nèi)的人防工程屬一級供電負荷，主要是為了保障特殊情況下，在人防工程使用過程中避免出現(xiàn)電力斷電問題造成巨大的經(jīng)濟損失與社會影響；使用電能保障安全的地下車庫，也可被認定為二級負荷；建筑中的應急照明和消防設施，根據(jù)社區(qū)等級與人員密度認定為一級或二級負荷。此外，大部分居民用電負荷均可按照三級供電負荷進行設計。

明確負荷等級所開展的設計工作，其主要影響是材料選擇與安全保障措施方面，更高等級更高性能的材料，其能夠承擔的可變因素更多，也不會在外界影響下出現(xiàn)直接斷電的情況，安全保障措施同樣如此。此外用電負荷的認定雖并沒有強制性部門介入，但在設計過程中，只有遵循該原則開展相關(guān)設計工作，才能夠保障未來的用電質(zhì)量與用電安全。

3 供電平均功率與單線最大功率的確定

對于新建居住區(qū)中，其用電的重點區(qū)域就是建筑區(qū)域，非建筑區(qū)域?qū)τ谟秒姷男枨笈c用電強度并不大。根據(jù)居住區(qū)的不同也會影響在配電設計過程中方案輸出。以高層住宅類居住區(qū)和普通別墅居住區(qū)為例，其最為顯著的特點就是建筑密度不同，在土地使用面積上來看，高層建筑的土地利用率是同等規(guī)模的別墅型建筑數(shù)十倍以上，這也就表示其用電量與用電穩(wěn)定性需求也會成倍增加，同時會使供電線路大大增長。這一系列數(shù)值增加所帶來的直接影響就是質(zhì)量隱患加劇，同時所蘊含的技術(shù)要點與質(zhì)量要求也更加復雜［3］。

為了保障用電安全與用電的穩(wěn)定性，在設計過程中必須考慮供電系統(tǒng)的平均功率與單線最大功率。在進行供電功率計算的過程中，可參照下表，來對居民區(qū)位置的供電進行計算。下表中設計功率指的是平均功率，人員加權(quán)指的是當單位面積內(nèi)建筑使用者超過三人時，每超過一人需要增加的百分比。

表

在實際設計過程中，除了明確居民區(qū)的供電功率之外，還需考慮其他公共設施的用電，對于所包含的給排水站點、垃圾處理區(qū)域、河流景觀裝飾等位置可按照其使用的設備類型與自身規(guī)模來確定用電功率。

必須明確在進行新建居民區(qū)規(guī)劃設計過程中，整體的設計功率越大，則成本越高，但整體功率越小，則用電安全隱患會增加。根據(jù)上表所計算出的數(shù)值是該建筑的整體平均用電量，一般根據(jù)計算結(jié)果，按0.8～1.2倍合理設計即可。

4 安全措施設計

安全措施的設計工作主要是指基于用電安全的一系列措施保障。對于新建居民區(qū)的用電，通常是采取獨立變壓器分流的形式，最常用的安全措施為空氣開關(guān)或保險絲，當功率超過一定值時，對應保險絲熔斷，空氣開關(guān)跳閘，從而暫停整個園區(qū)的供電工作。這種安全措施最顯著的優(yōu)勢就是安裝和設計比較簡單，同時安全保障性較好，一般情況下不會出現(xiàn)用電安全問題。但應用該方式，一旦出現(xiàn)用電超荷載的情況，會使整個區(qū)域內(nèi)一定范圍的正常用電受到明顯影響。在安全措施設計的過程中也可考慮分層級管理和分流管理的形式，整體設計線路在電網(wǎng)接入居民區(qū)的用電后，再進行多次分流，每個分流位置設置相關(guān)安全保障措施，這樣就能夠減少當發(fā)生用電熔斷問題時產(chǎn)生的影響［4］。

在進行安全性校驗的過程中可參考以下公式：

該校驗公式所提供的思路為：所有用電位置的總功率需小于等于設計功率，其中包括供配電系統(tǒng)的自身用電功率以及線損。此外還需考慮到在特殊用電情況下，即系統(tǒng)老化產(chǎn)生的功耗提升，或因其他原因?qū)е碌慕y(tǒng)計不準確問題，該安全系數(shù)被記為K。對于小型供電區(qū)的供配電設計工作，K可以為0。

5 材料選擇

對于居住區(qū)的供配電工程規(guī)劃設計工作，其占地面積較大、應用范圍較廣的材料，尤其電纜，而電纜的材料選擇與工藝確定也是影響整個供配電工程規(guī)劃設計質(zhì)量的重要因素之一。首先需要明確，電纜材料在居住區(qū)供配電工程中起到疏通電能的重要作用，而電纜材料的鋪設位置也是能夠保證供電順暢的先決條件。

在進行供配電工程設計規(guī)劃過程中需要確定電纜的材料以及電纜的鋪設方式與施工工藝，在開展上述工作的過程中，必須明確實際使用環(huán)境和使用情況對設計指標的影響。作為輸電材料電纜的自身規(guī)格，對于輸電效率、電路能耗、最大功率保障等均有一定的要求，若在設計過程中盲目開展相關(guān)指標的設計工作，可能會出現(xiàn)使用階段電路超負荷嚴重，造成電纜線發(fā)熱損壞甚至出現(xiàn)火災問題；電路的整體能耗較高，致使整個供配電系統(tǒng)中的能源損耗過大，不利于節(jié)能減排理念的實施。此外對于居住區(qū)的電纜材料一般有著耐久度要求，且在后續(xù)維修更換過程中也會大大影響生活，故在設計時也需考慮材料自身的耐久性。有部分居住區(qū)的電纜鋪設位置為地下，可能受到地下水侵蝕及土力學可變荷載的影響，這也是在進行電纜材料確定過程中所要考慮的問題。此外在使用環(huán)境方面，電纜材料的使用質(zhì)量與外部環(huán)境和溫度因素有著明顯關(guān)聯(lián)，如在我國北方寒冷地區(qū)部分暴露在室外的電纜，冬季可能出現(xiàn)脆裂的問題，不僅影響正常使用，還可能造成安全隱患。這就要求在進行配電工程電纜材料選擇過程中，考慮實際使用情況與使用環(huán)境。

6 用電平面規(guī)劃設計

在進行用電平面規(guī)劃設計過程中，可從用電質(zhì)量保障和工程成本約束兩個方面來進行考慮。為了便于此部分的說明，將電網(wǎng)供電源頭看作一個固定點，該點位的設置位置將會影響電網(wǎng)的輻射形狀以及鋪設長度等內(nèi)容，從理論上來看，當電網(wǎng)供電源頭位于新建居民區(qū)正中央位置時，其到達各個供電區(qū)域的電纜長度總和最短，同時也更有助于供電節(jié)能和供電安全保障，但實際上在整個居民區(qū)中的用電需求并不是均勻分布的，在進行平面布置過程中也需考慮避開部分景觀的問題，對于居民園區(qū)中涉及的工業(yè)用電也需與民用電進行完全分離。

基于此提出了以下用電平面設計原則：一是需要確保電纜線總長度合理，避免園區(qū)內(nèi)不必要的長距離輸電；二是采取分級供電的形式，避免 “魚刺狀”供電網(wǎng)絡的建設；三是對于民用電和工業(yè)用電需要完全分離，以確保整個過程中的用電安全；四是要注意成本適宜性，對于電纜供電設備配電系統(tǒng)等在設計過程中均會使成本增加。

以下圖為例，本案例為一小型居民小區(qū)，主道路左側(cè)為公共設施和公寓，主道路右側(cè)為高層建筑。A代表一級配電點，B代表二級配電點，C代表三級配電點，在進行配件設計過程中，采取此種分級設計的形式是更加合理的，也能兼顧到左側(cè)區(qū)域與右側(cè)區(qū)域用電需求的不同。各個配電站之間的距離合理，所承擔的功能也不同，同時貫徹了分級配電的思想理念。

圖

7 用戶端設計

供配電系統(tǒng)在設計過程中，用戶端需要進行專項設計。對于用戶端所實現(xiàn)的設計需求，主要有未來使用的便捷性與安全性。從當前來看用戶端所實現(xiàn)的功能，其一是統(tǒng)計用電量，以便于供電方的費用收取，對于電表的設計工作以智能電表為主，除了起到傳統(tǒng)的用電量統(tǒng)計之外，還可遠程實現(xiàn)信息收集與交互；對于用電的安全而言，通常采取電子控制系統(tǒng)來代替機械控制系統(tǒng)，主要是考慮到機械控制系統(tǒng)，在未來用電出現(xiàn)相關(guān)異常時，需要手動修復或更換配件才能恢復供電。

8 電力調(diào)配系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)設計

對于大型居民區(qū)而言，為了保證用電安全與用電質(zhì)量，需要進行調(diào)配系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)設計工作，主要是監(jiān)控各個用電區(qū)域的實際電能使用情況與當前安全問題是否存在隱患，并根據(jù)監(jiān)控錄像的內(nèi)容做出相應判斷。設計過程中，首先是對設計技術(shù)的選取，當前電能傳感器和電力載波技術(shù)相對成熟，各個供配電設備也具有相關(guān)能力，可將所有供配電設置整合到中控位置，并進行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)分析與處理。也可利用信息化手段介入整個設計過程，確保設計成果能夠在數(shù)據(jù)準確度和安全保障層面符合規(guī)劃要求。

9 電力系統(tǒng)節(jié)能設計

在當下能源背景下，新建居民區(qū)供配電系統(tǒng)設計過程中，節(jié)能設計是需要考量的問題。對于新建居民區(qū)的供電系統(tǒng)節(jié)能設計可從以下方面開展：一是利用新型電纜材料減少線損造成的影響，需考慮設計方案的電纜鋪設，對于電能運輸功耗的影響，選取新型材料，在平面規(guī)劃不改變的前提下，就能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能優(yōu)化；二是在配電設計過程中，通過自動變頻設備來降低供配電系統(tǒng)的自身功耗，或?qū)τ谡{(diào)配控制工作整體邏輯進行優(yōu)化；三是在居民區(qū)供配電網(wǎng)絡中可引入分散式能源并網(wǎng)的形式來降低能源的使用，在非必需公共用電位置也可通過新能源發(fā)電的形式供電。在供配電系統(tǒng)設計規(guī)劃過程中，節(jié)能思路主要圍繞著減少利用量和提高利用率兩個方面進行。

10 結(jié)束語

在進行新建居住區(qū)供電規(guī)劃設計過程中，需重視前期勘察工作，以明確建筑居住區(qū)的實際用電需求；要明確電纜材料的選擇與環(huán)境因素之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，從而確保材料與工藝的應用正確性；規(guī)劃設計過程中也要注重施工可行性與成本約束；結(jié)合居住區(qū)不同的情況開展供配電的設計工作；在設計過程中明確服務性質(zhì)，貫徹以人為本的理念來保障需求實現(xiàn)。供配電工程與建筑使用品質(zhì)和建筑需求有著明確的關(guān)聯(lián)，通過多角度全方位的設計優(yōu)化工作，能夠保障設計需求的全面性，進而促進居住區(qū)品質(zhì)提高。