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摘要：可靠性与经济性是民用建筑供配电设计的二大指标。必需合理设计建筑供配电各个系统和运用先进的电气设备，这对满足民用建筑功能要求及节约建筑建造成本是极为重要的，而经济性就是要求电气设备的初期投资与运行费用达到经济合理。本文就民用建筑供配电设计的可靠性和经济性进行论述，可供从事民用建筑供配电设计的工程技术人员借鉴。
关键词：民用建筑；供配电设计；可靠性；经济性
中图分类号： F407 文献标识码： A
引言
根据国家标准GB-6583的规定，可靠性指的是元件、设备或系统在一定时间内和规定条件下无故障地执行指定功能的能力或可能性。在用户端供配电设计中，为保证涉及到消防、人身安全等重要场合下的供电可靠性，有必要严格遵循一定的准则。
一、民用建筑供配电系统可靠性分析方法
（一）、基本的可靠性分析方法
当前，在民用建筑供配电系统的可靠性分析方面，主要有以下几种方法:
（1）模拟法。模拟法主要分为蒙特卡洛模拟法和混合法2种。蒙特卡洛模拟法是一种通过设定随机过程，反复生成时间序列，计算参数估计量和统计量，进而研究其分布特征的方法。在运用蒙特卡洛模拟法的过程中，需要注意的是模拟的次数带有随机性，其与系统本身规模的大小没有直接关系，而收敛速度与问题的维数之间也没有直接关系，同时系统程序结构与算法都相对较为简单，获得的统计结果也具有较高的可靠性。
（2）解析法。解析法主要是以系统的结构和系统不同功能的实际关系为依据，同时在二者之间建立起相关的可靠性数学模型，然后对数学模型进行求解，最后根据该模型对系统可靠性指标进行确定。
（3）人工智能法。人工智能法主要是对生物处理模式进行模仿和利用，并将其运用到供配电系统运行中，从而将复杂的供配电过程变得更为简单和便捷，以此来提升供配电系统的运行有效性。在人工智能法中受到较多关注的具体方法有遗传算法、人工神经网络算法等。
（二）、可靠性数据分析原则
元件的可靠性数学模型建立后，需要进行大量的运行数据统计、分析，有的元件还需要通过可靠性试验进行验证，这些数据的适用性同样需要在对大量数据进行长时间分析、比较后才能得到确认。在对原始数据的分析和整理过程中，一般应遵循以下原则:(1)备用元件在备用状态下，故障是不可能出现的。(2)在判断故障时间的时候，绝对不应该将为了改进和完善设备所添加的操作时间算在其故障时间范围内。(3)不应该将不能清晰辨认的情况算作故障出现的原因。
二、可靠性计算
可靠性分析的常用指标。将概率论和数据统计用于对可靠性进行定量评价后，目前为大家所广泛认可的可靠性的特性指标是可靠度，即一个元件、一台设备或一个系统在预定时间内和规定条件下完成其规定功能的概率。统计数据表明，电力系统中绝大多数元件整个寿命期间，故障率与寿命期存在图1所示的典型关系。
图1故障率的浴盆曲线
对于不可修复元件，在可靠性评估中，最关注的是设备偶发故障期的故障率。为简化计算，通常认为设备的故障率为常数，用λ表示。
设备可靠度R（t）=e-λt，是指元件在起始时刻正常的条件下，在寿命期区间［0，t］不发生故障的概率。电力系统中的绝大多数设备都是可修复设备，包括变压器、电缆和断路器等。通常认为设备的修复率为常数，用μ表示。
三、经济合理地设计电气各系统
通常在设计中只要满足规范的要求就基本上能满足上述要求，但经济性同样是电气各系统设计的重要原则。考虑经济问题时，必需从整个建筑的全局出发，根据民用建筑本身的性质特点，经济合理地设计电气的各系统，然而可靠性与经济性二者之间既有矛盾的一面也有统一的一面。如果过分强调可靠性，以配电系统为例，大部分设备由变配电所低压母线放射式供电，势必造成设备增多，投资增大，导致不必要的浪费，使经济性下降;如果过分强调经济性，减少设备，简化结线，就必然会影响可靠性，当发生事故时会造成较大面积的停电，从而又会带来损失，可见这样的结果是不但降低了可靠性，同时也降低了经济性，因此在处理这些矛盾时，应当在满足可靠性的同时再提高经济性。
四、提高民用建筑供配电可靠性措施
（一）、促进柴油发电机组功能的充分发挥
要有效提升柴油发电机组的功能，以保证民用建筑在停电时仍能持续供电。通常发电机组不设置专用的母线，其与变压器侧电压共用同一条母线，这种做法便能够促进柴油发电机组功能的充分发挥，从而提高建筑供配电系统的可靠性。
（二）、提高电气设计的科学性
在进行供配电系统的设计时，必须保证其符合基本的设计要求，同时也要保证供配电系统设计的经济性和科学性。在考虑系统经济性时，需要从供配电系统建设的整体情况出发，根据不同民用建筑的使用功能要求，对电气系统的设计和安装进行充分的考虑，只有这样才能有效保证供配电系统的可靠性。不能由于过分追求系统的可靠性而增加不必要的设备，这样会造成经济成本的增加;而如果过分强调经济性而减少设备，这样在发生突然停电或者是大面积停电时便无法保证供电系统的可靠性，则会造成一定的损失。所以，最为主要的是保证供配电系统经济性和可靠性的协调统一。
供配电系统中的高压配电系统是影响供配电系统稳定性的主要因素，其故障时会造成较大的损失，因此应当选用合格可靠的电气产品。民用建筑高压配电系统推荐设计为环网供电方案，采用高压负荷开关加高压熔断器供电方式。
五、如何设计才能降低电气设备的成本
可以从两个方面解决，第一，在设计的过程中选择好需要系数、同时系数以及功率因数;第二，减少低压柜的出线回路。下面就分别从这两个方面讨论。
（一）、正确选择需要系数、同时系数以及功率因数
正确选择需要系数、同时系数以及功率因数将直接影响到一栋建筑电气设备的投资。功率因数选用是否准确直接影响到计算电流，从而影响电缆(导线)、保护开关的大小;需要系数选用是否准确亦直接影响到计算电流，从而影响电缆(导线)、保护开关的大小;同时系数取值还直接影响变压器大小的选择，若取值偏大而选择大容量变压器时，会造成将来变压器运行时损耗的增大。因此在实际的设计中一定要调查研究同类设备在实际运行中的情况，合理选用计算系数。
（二）、减少低压柜出线回路
在设计一个民用建筑工程的供配电系统时，首先要确定将负荷的种类和位置，将同一区域内相同性质的负荷，由低压母线馈出的一个回路供电，这里的同一区域可以是同一层内，也可以是不同楼层但轴线位置相同的区域，这样做可以减少低压柜的出线回路，减少低压柜的台数，降低设备成本，这样做的缺点是当出线端故障或馈电回路检修时会造成大范围的断电。然而，此种情况在现实中发生的可能性非常低。
（三）、选择电力电容器补偿方式
用低压补偿方式的低压電容器经济容量式∶Qkh≤（2Qjs-（Ad-Ag）×Vd2×103）/（Nb×F×T×R）其中：Qjs∶低压计算负荷无功功率（kvar），Vd∶低压线路的线电压（kV）；R∶包括变压器和至低压电容器线路的每相电阻（Ω）；Ad∶低压电力电容器每千乏的初投资；Ag∶高压电力电容器每千乏的初投资；F∶当地电价（元/千瓦时）；Nb∶附加一次投资的还本年限数（5年）；T∶电容器组年利用小时数，三班制取6600小时；选择标准∶若补偿容量大于低压电容器经济容量，则用高压补偿方式，否则应用低压补偿方式。
结束语
综上所述，在民用建筑供配电系统设计中，其可靠性至关重要。单纯的提高可靠性可能会导致成本的上升，因此合理的设计同时通过提高功率因数的措施时，无论采取何种补偿方式，都须首先根据所需用电负荷计算有关的参数，计算出相应系统用电负荷的补偿容量和经济容量，比较它们之间的大小，从而确定正确的补偿方式。
参考文献
[1]郭永基.电力系统可靠性分析[M].北京:清华大学出版社，2003.
[2]黄凤.住宅小区配电系统设计[J].知识经济，2010（07）.
关键词：民用建筑；供配电设计；可靠性；经济性
中图分类号： F407 文献标识码： A
引言
根据国家标准GB-6583的规定，可靠性指的是元件、设备或系统在一定时间内和规定条件下无故障地执行指定功能的能力或可能性。在用户端供配电设计中，为保证涉及到消防、人身安全等重要场合下的供电可靠性，有必要严格遵循一定的准则。
一、民用建筑供配电系统可靠性分析方法
（一）、基本的可靠性分析方法
当前，在民用建筑供配电系统的可靠性分析方面，主要有以下几种方法:
（1）模拟法。模拟法主要分为蒙特卡洛模拟法和混合法2种。蒙特卡洛模拟法是一种通过设定随机过程，反复生成时间序列，计算参数估计量和统计量，进而研究其分布特征的方法。在运用蒙特卡洛模拟法的过程中，需要注意的是模拟的次数带有随机性，其与系统本身规模的大小没有直接关系，而收敛速度与问题的维数之间也没有直接关系，同时系统程序结构与算法都相对较为简单，获得的统计结果也具有较高的可靠性。
（2）解析法。解析法主要是以系统的结构和系统不同功能的实际关系为依据，同时在二者之间建立起相关的可靠性数学模型，然后对数学模型进行求解，最后根据该模型对系统可靠性指标进行确定。
（3）人工智能法。人工智能法主要是对生物处理模式进行模仿和利用，并将其运用到供配电系统运行中，从而将复杂的供配电过程变得更为简单和便捷，以此来提升供配电系统的运行有效性。在人工智能法中受到较多关注的具体方法有遗传算法、人工神经网络算法等。
（二）、可靠性数据分析原则
元件的可靠性数学模型建立后，需要进行大量的运行数据统计、分析，有的元件还需要通过可靠性试验进行验证，这些数据的适用性同样需要在对大量数据进行长时间分析、比较后才能得到确认。在对原始数据的分析和整理过程中，一般应遵循以下原则:(1)备用元件在备用状态下，故障是不可能出现的。(2)在判断故障时间的时候，绝对不应该将为了改进和完善设备所添加的操作时间算在其故障时间范围内。(3)不应该将不能清晰辨认的情况算作故障出现的原因。
二、可靠性计算
可靠性分析的常用指标。将概率论和数据统计用于对可靠性进行定量评价后，目前为大家所广泛认可的可靠性的特性指标是可靠度，即一个元件、一台设备或一个系统在预定时间内和规定条件下完成其规定功能的概率。统计数据表明，电力系统中绝大多数元件整个寿命期间，故障率与寿命期存在图1所示的典型关系。
图1故障率的浴盆曲线
对于不可修复元件，在可靠性评估中，最关注的是设备偶发故障期的故障率。为简化计算，通常认为设备的故障率为常数，用λ表示。
设备可靠度R（t）=e-λt，是指元件在起始时刻正常的条件下，在寿命期区间［0，t］不发生故障的概率。电力系统中的绝大多数设备都是可修复设备，包括变压器、电缆和断路器等。通常认为设备的修复率为常数，用μ表示。
三、经济合理地设计电气各系统
通常在设计中只要满足规范的要求就基本上能满足上述要求，但经济性同样是电气各系统设计的重要原则。考虑经济问题时，必需从整个建筑的全局出发，根据民用建筑本身的性质特点，经济合理地设计电气的各系统，然而可靠性与经济性二者之间既有矛盾的一面也有统一的一面。如果过分强调可靠性，以配电系统为例，大部分设备由变配电所低压母线放射式供电，势必造成设备增多，投资增大，导致不必要的浪费，使经济性下降;如果过分强调经济性，减少设备，简化结线，就必然会影响可靠性，当发生事故时会造成较大面积的停电，从而又会带来损失，可见这样的结果是不但降低了可靠性，同时也降低了经济性，因此在处理这些矛盾时，应当在满足可靠性的同时再提高经济性。
四、提高民用建筑供配电可靠性措施
（一）、促进柴油发电机组功能的充分发挥
要有效提升柴油发电机组的功能，以保证民用建筑在停电时仍能持续供电。通常发电机组不设置专用的母线，其与变压器侧电压共用同一条母线，这种做法便能够促进柴油发电机组功能的充分发挥，从而提高建筑供配电系统的可靠性。
（二）、提高电气设计的科学性
在进行供配电系统的设计时，必须保证其符合基本的设计要求，同时也要保证供配电系统设计的经济性和科学性。在考虑系统经济性时，需要从供配电系统建设的整体情况出发，根据不同民用建筑的使用功能要求，对电气系统的设计和安装进行充分的考虑，只有这样才能有效保证供配电系统的可靠性。不能由于过分追求系统的可靠性而增加不必要的设备，这样会造成经济成本的增加;而如果过分强调经济性而减少设备，这样在发生突然停电或者是大面积停电时便无法保证供电系统的可靠性，则会造成一定的损失。所以，最为主要的是保证供配电系统经济性和可靠性的协调统一。
供配电系统中的高压配电系统是影响供配电系统稳定性的主要因素，其故障时会造成较大的损失，因此应当选用合格可靠的电气产品。民用建筑高压配电系统推荐设计为环网供电方案，采用高压负荷开关加高压熔断器供电方式。
五、如何设计才能降低电气设备的成本
可以从两个方面解决，第一，在设计的过程中选择好需要系数、同时系数以及功率因数;第二，减少低压柜的出线回路。下面就分别从这两个方面讨论。
（一）、正确选择需要系数、同时系数以及功率因数
正确选择需要系数、同时系数以及功率因数将直接影响到一栋建筑电气设备的投资。功率因数选用是否准确直接影响到计算电流，从而影响电缆(导线)、保护开关的大小;需要系数选用是否准确亦直接影响到计算电流，从而影响电缆(导线)、保护开关的大小;同时系数取值还直接影响变压器大小的选择，若取值偏大而选择大容量变压器时，会造成将来变压器运行时损耗的增大。因此在实际的设计中一定要调查研究同类设备在实际运行中的情况，合理选用计算系数。
（二）、减少低压柜出线回路
在设计一个民用建筑工程的供配电系统时，首先要确定将负荷的种类和位置，将同一区域内相同性质的负荷，由低压母线馈出的一个回路供电，这里的同一区域可以是同一层内，也可以是不同楼层但轴线位置相同的区域，这样做可以减少低压柜的出线回路，减少低压柜的台数，降低设备成本，这样做的缺点是当出线端故障或馈电回路检修时会造成大范围的断电。然而，此种情况在现实中发生的可能性非常低。
（三）、选择电力电容器补偿方式
用低压补偿方式的低压電容器经济容量式∶Qkh≤（2Qjs-（Ad-Ag）×Vd2×103）/（Nb×F×T×R）其中：Qjs∶低压计算负荷无功功率（kvar），Vd∶低压线路的线电压（kV）；R∶包括变压器和至低压电容器线路的每相电阻（Ω）；Ad∶低压电力电容器每千乏的初投资；Ag∶高压电力电容器每千乏的初投资；F∶当地电价（元/千瓦时）；Nb∶附加一次投资的还本年限数（5年）；T∶电容器组年利用小时数，三班制取6600小时；选择标准∶若补偿容量大于低压电容器经济容量，则用高压补偿方式，否则应用低压补偿方式。
结束语
综上所述，在民用建筑供配电系统设计中，其可靠性至关重要。单纯的提高可靠性可能会导致成本的上升，因此合理的设计同时通过提高功率因数的措施时，无论采取何种补偿方式，都须首先根据所需用电负荷计算有关的参数，计算出相应系统用电负荷的补偿容量和经济容量，比较它们之间的大小，从而确定正确的补偿方式。
参考文献
[1]郭永基.电力系统可靠性分析[M].北京:清华大学出版社，2003.
[2]黄凤.住宅小区配电系统设计[J].知识经济，2010（07）.