關(guān)于民用建筑中低壓配電級數(shù)的探討

朱 瑩

（湖南省建筑設(shè)計院有限公司，長沙410012）

0 引言

配電級數(shù)對供配電系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性至關(guān)重要，配電層級越多，管理難度越大，且增加故障隱患點，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 民用建筑類型種類繁多，不同類型、體量的建筑復(fù)雜多樣，對系統(tǒng)的安全性、靈活性提出了更高的要求，配電級數(shù)關(guān)乎著整個配電系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟性以及靈活性。而如果要在民用建筑中滿足所有負荷不多于三級配電的需求，在實際工作中難以實現(xiàn)，即便有時能實現(xiàn)也會造成配電系統(tǒng)的浪費，甚至可能會違反其他相關(guān)規(guī)范條款。 因此，如何準(zhǔn)確確定配電級數(shù)，在民用建筑配電系統(tǒng)中顯得尤其重要。

筆者在設(shè)計工作中曾遇到如何計算配電級數(shù)、應(yīng)該從哪里開始計算且應(yīng)算至哪里終止等類似問題，問題的關(guān)鍵點集中在對配電級數(shù)中第一級配電位置的確定、配電級數(shù)應(yīng)算至哪里截止以及對終端設(shè)備的定義這三點上。 這些問題對配電級數(shù)的確定起著關(guān)鍵作用，筆者結(jié)合實際經(jīng)驗，并結(jié)合一些常見負荷的配電系統(tǒng)組成以及行業(yè)內(nèi)通用做法，得出相關(guān)結(jié)論，供各位同行參考。

1 配電級數(shù)計算的前提條件

《供配電規(guī)范》第4.0.6 條規(guī)定：同一電壓等級的配電級數(shù)高壓不宜多于兩級，低壓不宜多于三級。 條文給出限制配電級數(shù)計算的前提條件為同一電壓等級，故計算配電級數(shù)時應(yīng)劃定一個范圍，而不是無邊界的進行計算。

圖1 為某住宅消防配電豎向干線系統(tǒng)圖，其中1ALE、3ALE、16ALE 均代表集中控制型集中電源型疏散照明及指示系統(tǒng)的集中電源。 在施工圖審查過程中，審圖專家提出集中電源至疏散照明燈具這一段應(yīng)算為一級配電，并強調(diào)應(yīng)與前端配電級數(shù)進行累計，從而導(dǎo)致應(yīng)急照明系統(tǒng)的配電級數(shù)大于三級。 從圖1 可知，假設(shè)忽略同一電壓等級這個前提條件，第一級配電為變配電所內(nèi)的低壓配電屏，第二級配電為1APZ3 和1APZ4，第三級配電為2ATE，1ALE、3ALE、16ALE 至燈具則為第四級配電，故可以得出應(yīng)急照明系統(tǒng)配電級數(shù)超過三級的結(jié)論；而如果注意到集中電源的輸出電壓是DC36V，不符合同一電壓等級的這個前提條件，則可以認為配電級數(shù)沒有大于三級。 可以看出在不同的前置條件下，可得出完全相反的兩個結(jié)論。

圖1 某住宅消防配電豎向干線系統(tǒng)圖

圖2 為制造商按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB 51309－2018《消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》提供的疏散照明系統(tǒng)集中電源的內(nèi)部框圖。 從圖2 可知，其內(nèi)部設(shè)置有變壓、整流電路，輸入電壓為AC220V，輸出電源為DC24V／36V。 由于在集中電源內(nèi)部進行了整流和變壓，可以將集中電源的輸出側(cè)看做是一套獨立的特低壓配電系統(tǒng)，集中電源內(nèi)部的開關(guān)電源可以被認為是這個特低壓配電系統(tǒng)的電源起始點，類似于在民建中常見的10／0.4kV 變壓器。 集中電源至末端的燈具應(yīng)看成是另一電壓等級下的配電系統(tǒng)，此電壓等級下的配電級數(shù)應(yīng)另外計算，不應(yīng)與集中電源前端的AC220V 下的配電級數(shù)進行累加。

圖2 集中電源內(nèi)部框圖

2 第一級配電位置的確定

配電級數(shù)是電能經(jīng)過分配的次數(shù)，有幾次分配就有幾級配電。 對于配電裝置，其進線開關(guān)與配出開關(guān)（數(shù)量≥2）合起來算一級配電。 由此可見，低壓配電級數(shù)的確定可以簡單理解為：在配電路徑上，由變壓器低壓端子開始至終端用電設(shè)備之間含有幾個配電裝置，即為幾級配電。

《民規(guī)》第7.1.4 條規(guī)定：變壓器二次側(cè)至用電設(shè)備之間的低壓配電級數(shù)不宜超過三級。 條文明確了配電級數(shù)是從變壓器的二次側(cè)開始計算，由于變壓器的二次側(cè)輸出電能在低壓配電屏內(nèi)進行了一次分配，可認為低壓配電屏即為第一級配電。

《供配電規(guī)范》第4.0.6 條規(guī)定：同一電壓等級的配電級數(shù)高壓不宜多于兩級，低壓不宜多于三級。 盡管條文并未直接給出計算配電級數(shù)的起始點，但條文解釋卻給出了配電級數(shù)算法的示例：“從380V 變配電所低壓配電屏至配電室分配電屏為第一級；分配電屏至動力配電箱為第二級；動力配電箱至終端用電設(shè)備為第三級”。 從條文解釋的文字描述來看，假設(shè)380V 變配電所低壓配電屏為A 點，配電室分配電屏為B 點，“380V 變配電所低壓配電屏至配電室分配電屏為第一級”可簡化為“A 點至B點為第一級”配電。 但從A 點到B 點只有一條電流路徑，這條路徑上沒有電能分配，不能將這條電流路徑看作是一級配電，故只能認為條文的原意是在A 點已經(jīng)進行了一次電能分配，分配后的部分電能沿著這條路徑到達了B 點，故第一級配電還是在A點，即380V 變配電所低壓配電屏內(nèi)發(fā)生的。

綜上，盡管這兩本規(guī)范對配電級數(shù)起始位置的表達上存在差異，但通過對相關(guān)條文及其條文解釋的分析可知，上述兩本規(guī)范對第一級配電位置的界定是一致的，即民用建筑中變配電所內(nèi)低壓配電屏為低壓配電系統(tǒng)中第一級配電位置所在。

3 終端用電設(shè)備的界定

影響配電級數(shù)計算的另一個關(guān)鍵點是終端設(shè)備。 民用建筑中存在諸如卷簾門、潛污泵、穩(wěn)壓泵、電動擋煙垂壁、變頻泵、空調(diào)主機、新風(fēng)機等這類自帶控制箱的負載，但規(guī)范并未對終端設(shè)備作出定義，故有些同行認為設(shè)備自帶控制箱至設(shè)備電機之間也應(yīng)算為一級配電，也有些同行認為由于其控制箱一般都由設(shè)備供應(yīng)商隨設(shè)備整體提供，靠近設(shè)備安裝，甚至有些控制箱和設(shè)備一體安裝、無法分開，故也可將末端電機與控制箱當(dāng)成一個整體，認為末端控制箱即為終端設(shè)備。 因此在這類設(shè)備的配電級數(shù)計算方法上仍存在爭議。

圖3 為民用建筑內(nèi)消防風(fēng)機及卷簾配電系統(tǒng)框圖。 由于民用建筑中的消防風(fēng)機比較分散，容量也都較小，設(shè)計中一般都會采取將負載分區(qū)集中配電的措施，如圖3 中1AP1 及2AP1 就承載著相對集中分配負荷的功能。 1AP1 及2AP1 配電箱的存在可以避免變配電所低壓配電屏內(nèi)出線回路過多，導(dǎo)致低壓配電屏數(shù)量增加、配電房面積需增大等諸多問題。 由于這種方法可以避免上述問題，且可大大增加配電靈活性，因此在民用建筑的配電系統(tǒng)中被大量采用。

圖3 民用建筑內(nèi)消防風(fēng)機及卷簾配電系統(tǒng)框圖

根據(jù)GB 50016－2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（2018 年版）第10.1.8 條規(guī)定，消防風(fēng)機其配電應(yīng)在線路的最末一級配電箱處設(shè)置自動切換裝置，結(jié)合對應(yīng)條文解釋可知需在風(fēng)機房內(nèi)設(shè)置雙電源切換箱。 圖3 中APE 為消防風(fēng)機配電及控制箱，APE配電箱為第三級配電，而如果AC 箱（消防卷簾控制箱）至卷簾電機也算做一級配電的話，則應(yīng)該是第四級配電。 那么如需滿足卷簾門電機不超過三級配電的要求，則勢必要取消1AP1、1AP2 配電箱或從低壓配電屏直接為卷簾門單獨配電。 假設(shè)以一個含有8 個防火分區(qū)的地下室采取取消1AP1、1AP2配電箱配電設(shè)計為例，一個防火分區(qū)含兩排一送的消防風(fēng)機，直接從變配電所低壓配電屏放射式供電至APE 雙電源切換箱，需從變配電所內(nèi)低壓配電屏引出48 條回路。 而以一個防火分區(qū)設(shè)置一組1AP1／2AP1 箱為例，則僅需從變配電所內(nèi)低壓配電屏引出16 條回路。 實際工作中根據(jù)負荷容量和負荷分布特點，采取2～3 個防火分區(qū)設(shè)置一個1AP1／2AP1 箱的情況更是普遍，如此可大大減少低壓配電屏出線數(shù)量。 假設(shè)采取從低壓配電屏直接為卷簾配電，消防風(fēng)機仍保留1AP1／2AP1 這級配電的方案，即圖3 中APE 變成由低壓配電屏直接放射式供給消防卷簾專用的雙電源切換箱，為此低壓配電屏需為每個防火分區(qū)多引出兩條回路。 一個含有8 個防火分區(qū)的地下室為滿足消防卷簾不超過三級配電的要求就需從低壓配電屏多引出16 條回路。

民用建筑中內(nèi)附變配電所的情況如圖3 所示，實際還有許多建筑物內(nèi)并無變配電所，只能依靠室外箱式變電站或者市政公用電網(wǎng)提供電源，根據(jù)《供配電規(guī)范》第7.1.10 條規(guī)定“由建筑物外引入的配電線路，應(yīng)在室內(nèi)分界點便于操作維護的地方裝設(shè)隔離電器”，假設(shè)圖3 中變配電所改為室外箱式變電站，則1AP1 及2AP1 在此類建筑中是必然存在的，如認定消防卷簾控制箱至電動機算一級配電，則在此類建筑中消防卷簾的配電為第四級，始終無法滿足不大于三級配電的要求。

經(jīng)以上分析可知，只有在計算配電級數(shù)時把設(shè)備自帶控制箱與設(shè)備電機看成一體化設(shè)備，即將設(shè)備自帶控制箱當(dāng)成終端用電設(shè)備進行配電級數(shù)的計算，才能滿足民用建筑配電設(shè)計的特點。 否則為滿足不超過三級配電的要求，將導(dǎo)致變配電所低壓配電屏出線大大增加，造成配電系統(tǒng)浪費。

4 結(jié)束語

通過以上分析可知，只有明確計算配電級數(shù)時的起點和終點，才能得出準(zhǔn)確的配電級數(shù)。 如果對于起點和終點的判斷原則不一致，則可能在配電級數(shù)是否大于三級的問題上得出完全相反的結(jié)論。此時有可能為了滿足配電級數(shù)的需要采用從變配電所低壓配電屏放射式供電至末端雙電源箱的做法，導(dǎo)致低壓配電屏出線回路增多，使配電系統(tǒng)設(shè)計受限、缺乏靈活性，由此可見正確計算配電級數(shù)的重要性。

民用建筑低壓配電系統(tǒng)中，低壓配電級數(shù)不宜超過三級，但很多情況難以做到這一點，尤其是建筑物不含變配電所這種情況。 因此并不是所有負荷均需滿足不超過三級配電的要求，故文中的示例均為重要負荷，這也與《民規(guī)》條文解釋中強調(diào)重要負荷應(yīng)不超過三級配電、非重要負荷可適當(dāng)增加配電級數(shù)的宗旨是相符的。

本文旨在提出民用建筑內(nèi)低壓配電系統(tǒng)配電級數(shù)計算的三條原則。

（1）將變壓器低壓側(cè)配電屏作為低壓配電系統(tǒng)中的第一級配電。

（2）在同一電壓等級下進行配電級數(shù)的累計。

（3）根據(jù)民用建筑特點，建議將設(shè)備自帶控制箱當(dāng)成終端用電設(shè)備進行配電級數(shù)的計算。

筆者通過對條文的解釋以及對民用建筑中典型配電系統(tǒng)的案例進行分析，分享關(guān)于配電級數(shù)計算的一些建議，以供行業(yè)工作參考。