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摘要：社会经济的发展，随着人们生活水平的逐渐提高，对于建筑工程质量提出了更高的要求。电气设备在人们日常生活中的使用率与日递增，给建筑电气供配电系统提出了挑战。计算机数字化信息技术的普及，使建筑电气供配电系统设计上更多地投入使用了信息技术的自动化电气设备，以提高供电系统在运营中的可靠性。本论文从电气设计实践出发，针对建筑电气供配电系统的可靠性进行分析。
關键词：建筑电气；供配电系统；可靠性
建筑供配电系统的可靠性对于建筑物中所安装的各种电气设备的安全运行具有直接的影响力。作为电力系统为建筑物用户提供电能的重要环节，其是与用户的电气设备直接连接的，主要处于电力系统的末端，其运行的可靠性除了来自于供配电系统本身之外，还与外接电源存在着直接的关联。因此，要确保建筑电气供电系统的安全运行，对于相关的特征量要多重角度考虑，实现电气供配电系统的优化运营。
一、建筑电气供配电系统的可靠性
在电气设计中，供配电系统的可靠性是确保系统安全运行的重要环节。其是对于建筑物中的配电模式进行评估，根据评估指数以及运行中的常用供电模式来检测运行中所存在的问题，并按照供电运行的需求提出新的设计方案。对于供电可靠性的要求，可以根据建筑供电需要将电力负荷分别为三个级别，即一级负荷、二级负荷和三级负荷。建筑消防设备一般会采用一级负荷，比如建筑物中的消防控制室、自动报警装置以及应急照明系统，包括消防电梯和消防水泵等等，都要采用一级负荷。在建筑电气供配电系统中所采用的一级负荷是非常重要的负荷，其主要用于建筑物中的各种安全设施。比如送风机和排风机以及污水泵等等，都要采用一级负荷，在电源的设置上，还要增设应急电源。通常情况下，应急供电系统属于是重要的负荷供电，在设计中往往会采用柴油发电机组供电或者使用紧急电力供给（Emergency Power Supply，简称“EPS”）
二、建筑电气供配电系统设计方案
（一）供电电源
在一些建筑物中，有大量的一级负荷、二级负荷存在，其作用都是为了提高建筑物的安全使用率。以高层建筑物为例，为了能够维持建筑物持续用电，往往会安装两台以上的变压器，还有一台柴油发电机组。在发电启动要求上，当两台发电机的进线回路都无法供电的时候，就要启动柴油发电机以为建筑物提供应急电源。当两台变压器和一台应急柴油发电机处于不并列运行状态的时候，为了提高用电设备的使用率，两个电源采用统同级电压供电，相互备用。但是，由于各地区的用电需求不同，所以适当地调整电压供电。这两种电源可以是各自独立供电，但是多数情况下都是搭配供电的。这就决定了电网的电源进线也都是非独立的。当二级负荷容量较大的时候，就需要由两回线路持续供电。这种发电机组合也存在着运行上的弊端。为了提高建筑供配电系统的供电可靠率，可以在建筑施工中，就对于该系统的设计加以完善，以实现供配电优化。
（二）供配电系统设计
按照民用建筑电气设计规范，为了使供电系统能够满足一级负荷供电要求或者二级负荷供电要求，通常情况下要求采用两路同时供电的方式，即当其中的一路供电因故障终端之后，就需要其他的线路满足继续供电要求。如果是10千伏供配电系统，最好是选取放射式接线方式，配电的级数不可以超过两级当然根据地理环境以及特殊需要，也可以选择使用环式或者是树干式的配电系统接线设计。回路放射式主接线见图1。
回路放射式供配电系统由专用的三级负荷设备配电，当由于故障而中断供电的时候，会很长之间以内都无法供电。如果此时备用电源也无法正常工作，可以选择采用二级负荷供电，其优点在于，断电时间由备用电源的切换时间来确定。如果电源是独立使用的，最宜采用一级负荷供电方式，供电的中断时间由独立备用电源的切换时间来确定。
三、电气供配电系统的可靠性计算方法
确定供配电负荷等级，用电负荷的可靠性是非常重要的因素。根据设计规范针对不同的用电负荷需要采用不同的设计方案，并进行可靠性计算。
在可靠性计算中，年平均故障时间为年故障率与年平均修复时间的乘积，用公式表示为：
成功运行概率与每年的平均故障时间相对应，因此，固有可用度可以通过以下的公式直接反应出来，即：
供配电系统元件组合包括串联和并联两种，在对供配电系统的可靠性指标进行计算的时候，元件的故障率被设定为常数，即其不可以随着时间的变化而有所改变。故障发生后，并不会影响到其他的元件正常工作，所修复的时间呈现出指数分布的趋势，而且元件的运行时间要长于因故障而停止工作的时间。
元件的串联见图2。
元件选择使用串联接的方式，会提高供配电系统的故障率，年平均故障时间也会相对延长，从而使系统的可靠性降低。
元件的并联见图3。
相比较于元件的串联而言，并联元件的供配电系统可靠性相对较高，其不但可以降低故障率，而且缩短了每年所发生故障的时间，
计算使用的可靠性数据见下表。
四、建筑供配电系统可靠性分析实例
（一）备用发电机低压母线处切换的供配电系统
图 5 低压母线处切换计算模型
变压器器供电并联于发电机供电，在单回路电源的进线供电以及备用发电机的运行可靠性并不是很稳定，但是实施两个电源的切换，大大地提高了可靠性，使年平均故障率下降了0.00356小时。大于600安培的低压双电源切换为0.051123小时，低压母线双电源切换为0.037954小时，包括电缆和接头在内的配电线路电源切换为0.006232小时。
（二）在用电负荷末端切换的变压器和备用发电机构成的供配电系统
通常而言，处于供配电系统末端的双电源切换电流小于600安培。本实例为变压器供电与发电机供电并联，实现了年平均故障率下降，故障时间也相应地缩短很多，从原有的2.668854小时下降到0.004544小时。所缩短的故障时间已经大大地低于双电源切换的年平均故障时间。供配电系系统的年平均故障时间也有所下降，从2.669673小时下降到0.497023小时。可见，建筑电气供配电系统末端的可靠性有所提高。
对于电力系统的某个线路连接采用并联冗余的方式，可以使用低压双电源切换开关，冗余后即便年平均故障为0，在计入低压双电源切换开关的同时，也要将低压双电源切换开关的年平均故障时间降到低于冗余前的时间，以提高系统的可用度。
值得一提的是，在国外的一些建筑电气供配电系统设计上，一般不会选择使用对电缆以及断路器的并联冗余以实现供配电系统的末端切换，因为按照有关参考数据，并实施技术评估方法进行计算，实施这种末端切换的方式并无法有效地提高供配电系统的可靠性。
结语：
综上所述，电气设计的目的是要满足供配电系统的安全可靠性。为了使建筑电气符合满足建筑用电需求，就要根据实际需求开展供配电电路设计工作，以提高电气设备的技术可靠性。
参考文献：
[1]段俊城.供配电系统的可靠性和连续性[J].建筑电气，2008（08）.
[2]叶充.建筑供配电系统可靠性评估与思考[J].建筑电气，2011（06）.
[3]陆俭国，何瑞华，陈德桂，等主编.中国电气工程大典第11 卷配电工程铁路 [M].北京：中国电力出版社，2009.
[4]王红梅.建筑电气供配电系统可靠性刍议[J].科技风，2010（13）.
[5] The Institute of Electrical and Electronics Engineers，Inc.IEEE Std 493 -2007 IEEE Recommended Practice for the Design of Reliable Industrial and Commercial Power Systems[S].New York：the Institute of Electrical and Electronics Engineers，Inc.，2007.
關键词：建筑电气；供配电系统；可靠性
建筑供配电系统的可靠性对于建筑物中所安装的各种电气设备的安全运行具有直接的影响力。作为电力系统为建筑物用户提供电能的重要环节，其是与用户的电气设备直接连接的，主要处于电力系统的末端，其运行的可靠性除了来自于供配电系统本身之外，还与外接电源存在着直接的关联。因此，要确保建筑电气供电系统的安全运行，对于相关的特征量要多重角度考虑，实现电气供配电系统的优化运营。
一、建筑电气供配电系统的可靠性
在电气设计中，供配电系统的可靠性是确保系统安全运行的重要环节。其是对于建筑物中的配电模式进行评估，根据评估指数以及运行中的常用供电模式来检测运行中所存在的问题，并按照供电运行的需求提出新的设计方案。对于供电可靠性的要求，可以根据建筑供电需要将电力负荷分别为三个级别，即一级负荷、二级负荷和三级负荷。建筑消防设备一般会采用一级负荷，比如建筑物中的消防控制室、自动报警装置以及应急照明系统，包括消防电梯和消防水泵等等，都要采用一级负荷。在建筑电气供配电系统中所采用的一级负荷是非常重要的负荷，其主要用于建筑物中的各种安全设施。比如送风机和排风机以及污水泵等等，都要采用一级负荷，在电源的设置上，还要增设应急电源。通常情况下，应急供电系统属于是重要的负荷供电，在设计中往往会采用柴油发电机组供电或者使用紧急电力供给（Emergency Power Supply，简称“EPS”）
二、建筑电气供配电系统设计方案
（一）供电电源
在一些建筑物中，有大量的一级负荷、二级负荷存在，其作用都是为了提高建筑物的安全使用率。以高层建筑物为例，为了能够维持建筑物持续用电，往往会安装两台以上的变压器，还有一台柴油发电机组。在发电启动要求上，当两台发电机的进线回路都无法供电的时候，就要启动柴油发电机以为建筑物提供应急电源。当两台变压器和一台应急柴油发电机处于不并列运行状态的时候，为了提高用电设备的使用率，两个电源采用统同级电压供电，相互备用。但是，由于各地区的用电需求不同，所以适当地调整电压供电。这两种电源可以是各自独立供电，但是多数情况下都是搭配供电的。这就决定了电网的电源进线也都是非独立的。当二级负荷容量较大的时候，就需要由两回线路持续供电。这种发电机组合也存在着运行上的弊端。为了提高建筑供配电系统的供电可靠率，可以在建筑施工中，就对于该系统的设计加以完善，以实现供配电优化。
（二）供配电系统设计
按照民用建筑电气设计规范，为了使供电系统能够满足一级负荷供电要求或者二级负荷供电要求，通常情况下要求采用两路同时供电的方式，即当其中的一路供电因故障终端之后，就需要其他的线路满足继续供电要求。如果是10千伏供配电系统，最好是选取放射式接线方式，配电的级数不可以超过两级当然根据地理环境以及特殊需要，也可以选择使用环式或者是树干式的配电系统接线设计。回路放射式主接线见图1。
回路放射式供配电系统由专用的三级负荷设备配电，当由于故障而中断供电的时候，会很长之间以内都无法供电。如果此时备用电源也无法正常工作，可以选择采用二级负荷供电，其优点在于，断电时间由备用电源的切换时间来确定。如果电源是独立使用的，最宜采用一级负荷供电方式，供电的中断时间由独立备用电源的切换时间来确定。
三、电气供配电系统的可靠性计算方法
确定供配电负荷等级，用电负荷的可靠性是非常重要的因素。根据设计规范针对不同的用电负荷需要采用不同的设计方案，并进行可靠性计算。
在可靠性计算中，年平均故障时间为年故障率与年平均修复时间的乘积，用公式表示为：
成功运行概率与每年的平均故障时间相对应，因此，固有可用度可以通过以下的公式直接反应出来，即：
供配电系统元件组合包括串联和并联两种，在对供配电系统的可靠性指标进行计算的时候，元件的故障率被设定为常数，即其不可以随着时间的变化而有所改变。故障发生后，并不会影响到其他的元件正常工作，所修复的时间呈现出指数分布的趋势，而且元件的运行时间要长于因故障而停止工作的时间。
元件的串联见图2。
元件选择使用串联接的方式，会提高供配电系统的故障率，年平均故障时间也会相对延长，从而使系统的可靠性降低。
元件的并联见图3。
相比较于元件的串联而言，并联元件的供配电系统可靠性相对较高，其不但可以降低故障率，而且缩短了每年所发生故障的时间，
计算使用的可靠性数据见下表。
四、建筑供配电系统可靠性分析实例
（一）备用发电机低压母线处切换的供配电系统
图 5 低压母线处切换计算模型
变压器器供电并联于发电机供电，在单回路电源的进线供电以及备用发电机的运行可靠性并不是很稳定，但是实施两个电源的切换，大大地提高了可靠性，使年平均故障率下降了0.00356小时。大于600安培的低压双电源切换为0.051123小时，低压母线双电源切换为0.037954小时，包括电缆和接头在内的配电线路电源切换为0.006232小时。
（二）在用电负荷末端切换的变压器和备用发电机构成的供配电系统
通常而言，处于供配电系统末端的双电源切换电流小于600安培。本实例为变压器供电与发电机供电并联，实现了年平均故障率下降，故障时间也相应地缩短很多，从原有的2.668854小时下降到0.004544小时。所缩短的故障时间已经大大地低于双电源切换的年平均故障时间。供配电系系统的年平均故障时间也有所下降，从2.669673小时下降到0.497023小时。可见，建筑电气供配电系统末端的可靠性有所提高。
对于电力系统的某个线路连接采用并联冗余的方式，可以使用低压双电源切换开关，冗余后即便年平均故障为0，在计入低压双电源切换开关的同时，也要将低压双电源切换开关的年平均故障时间降到低于冗余前的时间，以提高系统的可用度。
值得一提的是，在国外的一些建筑电气供配电系统设计上，一般不会选择使用对电缆以及断路器的并联冗余以实现供配电系统的末端切换，因为按照有关参考数据，并实施技术评估方法进行计算，实施这种末端切换的方式并无法有效地提高供配电系统的可靠性。
结语：
综上所述，电气设计的目的是要满足供配电系统的安全可靠性。为了使建筑电气符合满足建筑用电需求，就要根据实际需求开展供配电电路设计工作，以提高电气设备的技术可靠性。
参考文献：
[1]段俊城.供配电系统的可靠性和连续性[J].建筑电气，2008（08）.
[2]叶充.建筑供配电系统可靠性评估与思考[J].建筑电气，2011（06）.
[3]陆俭国，何瑞华，陈德桂，等主编.中国电气工程大典第11 卷配电工程铁路 [M].北京：中国电力出版社，2009.
[4]王红梅.建筑电气供配电系统可靠性刍议[J].科技风，2010（13）.
[5] The Institute of Electrical and Electronics Engineers，Inc.IEEE Std 493 -2007 IEEE Recommended Practice for the Design of Reliable Industrial and Commercial Power Systems[S].New York：the Institute of Electrical and Electronics Engineers，Inc.，2007.