低碳背景下建筑电气供配电系统设计要点简析

低碳背景下建筑电气供配电系统设计要点简析

孔达

武汉市给排水工程设计院有限公司

摘要：供配电系统设计是建筑电气设计工作中的主要内容，供配电系统的正确搭建是整个项目能够正常运行的重要环节，在国家大力倡导2030碳达峰和2060碳中和的“双碳”目标的背景下，广大电气设计工作者在进行供配电系统设计时应将低碳设计理念融入到整个设计过程当中，在合理搭建供配电系统的同时，结合正确的负荷计算与满足节能标准的设备选型，来实现整个供配电系统的节能减碳目标。

关键词：低碳背景；建筑电气；供配电系统设计；要点

1配电系统硬件设计

文章设计的民用建筑电气工程配电系统硬件采用B/S结构，在变配电室中分别布设2台性能较高的电力变压器。系统选用树干式供电方式，将封闭母线槽连接到建筑中各层用户的配电箱上。设置变压器在备用时的切换方式，当配电系统出现故障时，变压器能够自由切换。系统的低压断路器作为控制与保护民用建筑主体电器的重要硬件，其安全性至关重要。系统低压断路器在结构方面分为两类：一类是框架式结构，另一类是封闭式结构。民用建筑与其他建筑具有一定的差异性，通常情况下选择直流封闭式低压断路器。民用建筑电气工程配电系统的变压器能够有效降低能源消耗，文章采用负荷率在65%～80%范围内的变压器。根据电气工程配电系统的实际应用情况，调节变压器的容量。配电系统中的电力监控仪表作为采集电力数据的重要仪器，对配电系统的运行具有一定的影响。文章选用开关电源控制电力监控仪表，实时转换民用建筑电气工程所用的交流电，扩大电压的输入范围，使配电系统能够应用于各项民用建筑电气工程。采用FSTN液晶显示，提高电表控制的精确度，结合温度补偿芯片，获取配电系统运行的温度变化。配电系统电表的核心控制器采用MCU型号，具有16位指令芯片，外接扩展接口种类丰富，在家用电器中应用广泛，具有运算速度快、内存存储量大的优势。

2电气设备选型

2.1电力变压器的选择

1)电力变压器的能效水平应高于能效限定值或能效等级3级的要求。2)合理选择变压器容量，不应使变压器长期过载或过低负载状态下运行。根据GB/T13462—2008《电力变压器经济运行》规定，对双绕组变压器而言，变压器最佳经济运行区间为1.33β2～0.75,其中β为变压器综合功率经济负载系数。考虑到根据此式计算出的经济运行下限值较小，建议将经济运行区间修订为β～75%范围内。3)对于有一二级负荷，且设置两台及以上变压器的供电系统，当其中一台变压器故障时，其余变压器容量应能够满足全部一级及二级负荷的供电要求。4)对于不同时使用的负荷，在计算变压器容量的计算时，应选择其中较大者计算，且宜合用变压器，以平衡变压器的负载率，降低变压器的损耗率，以减少碳排放量。5)一般情况下，动力和照明负荷宜共用变压器。如对于照明质量要求较高或有较大冲击负荷的场所，应考虑设置专用变压器。6)一般情况下应选用D,yn11型接线的变压器，使变压器容量在三相不平衡负荷情况下得到充分利用，并有利于抑制三次谐波电流。

2.2系统预警功能设计

上述配电系统的负荷量计算结束后，对系统的预警功能进行相应设计。文章设计的电气工程配电系统预警功能主要包括两个部分：配电系统的预警显示部分与显示控制部分。其中，预警显示部分主要以供电网络报警功能为主，包括过压报警、过流报警及故障报警，当配电系统运行出现异常，系统自动检测异常状况及相关信息，并发出对应的报警提示，方便工作人员及时解决问题。配电系统的显示控制部分主要由A、B两个供电区组成，两个供电区提供的支路电流不同，根据具体的应用情况，供电区自动调节电流的变化。设置调节按钮，实时控制供电区各个支路的接通与关断状态。在显示界面中，设计三个不同的模块，第一个模块主要显示配电系统的总电流变化状况；第二个模块显示各个供电区的电流变化状况；第三个模块显示供电区内各个支路的电流变化状况。三个显示模块能够为用户提供清晰的电流变化信息，提高了用户查找信息的效率。

2.3供电系统的设计

在实际进行配电设计时，供电系统始终都处在重要地位当中，消防配电的实际应用质量直接与供电系统有着密切稳定的关联性，在优化设计供电系统时，应增强对消防系统供电的支持，应使消防系统安全地使用。此阶段在对高压电路进行设计时经常会出现不科学的现象，为了增强电气系统的安全性，需要首先设计一级负荷供电系统，由于二级回路主要设计的是高压电路，所以应使电力资源具有独立性，严禁与任何供电系统进行混合使用。此类设计还会经常性使用到电池，所以需要把高压母线当作连锁输入电气系统来予以支持。使用此供电方法进行供电，也会产生一定的安全隐患，所以必须设计出独立的供电线路系统。并且还要使所设计的供电系统布设双向电源，但是很多设计会选用单向电源来予以供电支持，这样很容易出现不够稳定的供电现象。所以在实际规划配电线路时，必须优化整体的配电线路，选用优质的线路材料，使其结构具有不燃性特征，还要加强材料内部保护层的厚度，争取使线路材料内部保护层的厚度达到3cm以上。在针对电缆负荷应用方面，则需要针对二级负荷采取有效的承载措施，要使其耐压值超过450V。明敷管线时需要选用密封式的金属线槽，增加管套来进行防护；在采取暗敷管线时，需要对管线的选材进行严格把控。为了增强建筑内部的防燃效果，需要夹套管予以保护，采取暗敷时可以适当缩减投入成本，增强防护性能，这样才能够达到建筑工程中的消防管理规定。同时还应该对电源监控设备，自动报警装置进行科学控制，自动报警设施的供电大于10min，自动喷水供电超过1h，火灾疏散标志供电大于0.5h，这样才能够使供电系统得以稳定正常地运行。

3系统测试

为了对文章设计的民用建筑电气工程配电系统的可行性做进一步分析，进行如下测试分析。采用固态功率控制器和负载控制盒，根据具体的电气设备接线图，检查电气接线的正确性。此次测试选用压力传感器作为测试传感器，检测系统运行过程中各项性能的状态。结合电阻负载，检查电气工程配电系统在不带负载时的工作状态。接通电源开关，检查系统的触摸屏、散热风扇及灯泡运行状态是否良好。控制系统显示终端的实时电流，根据实际建筑环境，调节系统负载电流的通断状态。在配电系统终端接入可调负载，保证电流在0～3V间可以实时调节。安装滑动变阻器可调负载，将变阻器的阻值调节到最大，接通系统的机载电源，实时记录系统各项性能的运行状况。

4结论

综上所述，虽然传统民用建筑电气工程配电系统已经被广泛应用，但在数据计算方面存在一定的缺陷，容易出现三相电流不平衡的现象。文章在传统电气工程配电系统的基础上，对配电系统的硬件与软件进行了优化改进，并在此基础上增设了系统预警功能，并通过系统测试对其进行监测，据测试结果显示，在超过保护值的情况下，配电系统能及时进行断电保护，最大限度地确保了民用建筑电气工程配电系统的安全性，有效减少了能源消耗，降低了经济损失，增强了民用建筑电气的安全性，提高了电力系统的运行效率，适用于民用建筑电气设备较多的环境。

参考文献：

[1]李海波,赵宇明,刘国伟,等.基于时序仿真的商业楼宇交流与直流配电系统能效对比[J].电工技术学报,2020,35(19):4194-4206.

[2]孙岩.建筑电气低压配电系统智能计算的探索[J].建筑电气,2020,39(5):90-94.

[3]季昉.阜阳北编组站扩能改造工程供配电系统设计研究[J].铁道标准设计,2021,62(2):148-154.

[4]赵宇明,郭佩乾,刘国伟,等.建筑直流配电系统的能量管理系统及其应用[J].南方电网技术,2021,15(5):20-28.