關于民用建筑中低壓配電級數的探討

朱 瑩

（湖南省建筑設計院有限公司，長沙410012）

0 引言

配電級數對供配電系統的安全性、穩定性至關重要，配電層級越多，管理難度越大，且增加故障隱患點，影響系統的穩定性。 民用建筑類型種類繁多，不同類型、體量的建筑復雜多樣，對系統的安全性、靈活性提出了更高的要求，配電級數關乎著整個配電系統的安全性、穩定性、經濟性以及靈活性。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，即便有時能實現也會造成配電系統的浪費，甚至可能會違反其他相關規范條款。 因此，如何準確確定配電級數，在民用建筑配電系統中顯得尤其重要。

筆者在設計工作中曾遇到如何計算配電級數、應該從哪里開始計算且應算至哪里終止等類似問題，問題的關鍵點集中在對配電級數中第一級配電位置的確定、配電級數應算至哪里截止以及對終端設備的定義這三點上。 這些問題對配電級數的確定起著關鍵作用，筆者結合實際經驗，并結合一些常見負荷的配電系統組成以及行業內通用做法，得出相關結論，供各位同行參考。

1 配電級數計算的前提條件

《供配電規范》第4.0.6 條規定：同一電壓等級的配電級數高壓不宜多于兩級，低壓不宜多于三級。 條文給出限制配電級數計算的前提條件為同一電壓等級，故計算配電級數時應劃定一個范圍，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算為一級配電，并強調應與前端配電級數進行累計，從而導致應急照明系統的配電級數大于三級。 從圖1 可知，假設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，故可以得出應急照明系統配電級數超過三級的結論；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論。

圖1 某住宅消防配電豎向干線系統圖

圖2 為制造商按現行標準GB 51309－2018《消防應急照明和疏散指示系統技術標準》提供的疏散照明系統集中電源的內部框圖。 從圖2 可知，其內部設置有變壓、整流電路，輸入電壓為AC220V，輸出電源為DC24V／36V。 由于在集中電源內部進行了整流和變壓，可以將集中電源的輸出側看做是一套獨立的特低壓配電系統，集中電源內部的開關電源可以被認為是這個特低壓配電系統的電源起始點，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看成是另一電壓等級下的配電系統，此電壓等級下的配電級數應另外計算，不應與集中電源前端的AC220V 下的配電級數進行累加。

圖2 集中電源內部框圖

2 第一級配電位置的確定

配電級數是電能經過分配的次數，有幾次分配就有幾級配電。 對于配電裝置，其進線開關與配出開關（數量≥2）合起來算一級配電。 由此可見，低壓配電級數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備之間含有幾個配電裝置，即為幾級配電。

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

《供配電規范》第4.0.6 條規定：同一電壓等級的配電級數高壓不宜多于兩級，低壓不宜多于三級。 盡管條文并未直接給出計算配電級數的起始點，但條文解釋卻給出了配電級數算法的示例：“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備為第三級”。 從條文解釋的文字描述來看，假設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發生的。

綜上，盡管這兩本規范對配電級數起始位置的表達上存在差異，但通過對相關條文及其條文解釋的分析可知，上述兩本規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低壓配電屏為低壓配電系統中第一級配電位置所在。

3 終端用電設備的界定

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

圖3 為民用建筑內消防風機及卷簾配電系統框圖。 由于民用建筑中的消防風機比較分散，容量也都較小，設計中一般都會采取將負載分區集中配電的措施，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出線回路過多，導致低壓配電屏數量增加、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中被大量采用。

圖3 民用建筑內消防風機及卷簾配電系統框圖

根據GB 50016－2014《建筑設計防火規范》（2018 年版）第10.1.8 條規定，消防風機其配電應在線路的最末一級配電箱處設置自動切換裝置，結合對應條文解釋可知需在風機房內設置雙電源切換箱。 圖3 中APE 為消防風機配電及控制箱，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。 假設以一個含有8 個防火分區的地下室采取取消1AP1、1AP2配電箱配電設計為例，一個防火分區含兩排一送的消防風機，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，需從變配電所內低壓配電屏引出48 條回路。 而以一個防火分區設置一組1AP1／2AP1 箱為例，則僅需從變配電所內低壓配電屏引出16 條回路。 實際工作中根據負荷容量和負荷分布特點，采取2～3 個防火分區設置一個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量。 假設采取從低壓配電屏直接為卷簾配電，消防風機仍保留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多引出兩條回路。 一個含有8 個防火分區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。

民用建筑中內附變配電所的情況如圖3 所示，實際還有許多建筑物內并無變配電所，只能依靠室外箱式變電站或者市政公用電網提供電源，根據《供配電規范》第7.1.10 條規定“由建筑物外引入的配電線路，應在室內分界點便于操作維護的地方裝設隔離電器”，假設圖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。

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

4 結束語

通過以上分析可知，只有明確計算配電級數時的起點和終點，才能得出準確的配電級數。 如果對于起點和終點的判斷原則不一致，則可能在配電級數是否大于三級的問題上得出完全相反的結論。此時有可能為了滿足配電級數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，導致低壓配電屏出線回路增多，使配電系統設計受限、缺乏靈活性，由此可見正確計算配電級數的重要性。

民用建筑低壓配電系統中，低壓配電級數不宜超過三級，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》條文解釋中強調重要負荷應不超過三級配電、非重要負荷可適當增加配電級數的宗旨是相符的。

本文旨在提出民用建筑內低壓配電系統配電級數計算的三條原則。

（1）將變壓器低壓側配電屏作為低壓配電系統中的第一級配電。

（2）在同一電壓等級下進行配電級數的累計。

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

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