建筑电气低压配电系统智能计算的探索

在进行建筑电气设计计算时，设计人员由末端配电箱（柜）开始设计计算到变电所（或总低压配电）。本程序为基于Windows平台中的应用程序，程序功能选择窗口见图1。

> > > >       配电箱（柜）计算

在开始建筑电气设计计算时，设计人员一般会由末端配电箱（柜）计算开始进行。在图1选择计算窗口里，一共6个选项，可以看到前4项“低压配电系统电缆穿桥架敷设计算”“低压配电系统电缆穿管敷设计算”“低压配电系统电线穿线槽敷设计算”“低压配电系统电线穿管敷设计算”都是配电箱（柜）各种电线、电缆敷设在桥架或穿管配出的计算选择框。例如计算低压配电系统电缆穿桥架敷设的界面详见图2，低压配电系统配电箱（柜）计算界面显示的数据参照《建筑工程设计文件编制深度规定》（2016版）的第4.5.7条配电、照明设计图要求设置的。可以轻松地在浅蓝色文本框输入电气设备的安装功率、需要系数、功率因数（需要系数、功率因数如不输入会自动默认为0.8）即可计算出计算有功功率、计算无功功率、视在功率、计算电流等数据。在负荷计算之后，本程序根据计算的结果会自动生成保护开关的整定值、电流表量程、电流互感器变比、电线电缆及保护管的截面数据。多个配出回路输入数据后可计算总进线总的安装功率、计算有功功率、计算无功功率、视在功率、计算电流等数据。同样会给出总开关的整定值、电流表量程、电流互感器变比、电线电缆及保护管的截面数据。

> > > >     变电所低压配电系统计算

在图1选择计算窗口里，6个选项中的“变电所低压配电系统计算”是变电所计算的选项。进入变电所低压配电系统计算界面可以看出显示变压器、低压配电柜及电容补偿柜的系统图（详见图3、图4）与平时设计图纸系统相同。低压配电柜考虑1个变压器主进线柜、联络柜和4个馈线配出柜，每个馈线配出柜按9个配出回路。这样4个馈线配出柜一共配出36个回路。电容补偿柜按2个考虑，满足目前10 kV / 0.4 kV变压器的需求。

> >   变电所低压配电系统馈线配出柜计算

在变电所计算时由于配出回路较多，因此计算馈线配出柜是按变电所低压配出第1柜至第4柜分别计算界面。由于变电所低压计算各配出柜数据量大，本程序采用多窗体数据交换方式解决单窗体文本框数量不足问题。每个馈线配出柜按最多9个回路计算，1个回路按15个数据表达（回路号、供电设备组名称、设备安装功率、计算有功功率、计算无功功率、视在功率、计算电流、电流表量程、保护开关整定值、互感器变比、需要系数、功率因数、电缆截面、低压配电柜抽屉高度、回路是否为备用电源的选择）。如上述计算数据不考虑其它变压器、电容器等数据，就需要540个文本框，Visual B 6.0目前支持一个窗体最多200 ~ 250个，满足不了所有数据在一个窗体内，笔者考虑既要保留所有数据，又要减少文本框数量，因此每个馈线配出柜为一个窗体，这样每个窗体考虑9个回路的15个数据再加上每个配出给总的安装功率、计算有功功率、计算无功功率后共138个数据，单窗体是可以满足显示的，计算结果又可以独立保存，圆满解决了单个窗体文本框不够的问题。每个配出回路在开关等设备选择确定后会提供配电抽屉或分隔高度的参考值，为配电柜的设计提供帮助。另外在配出回路设计时会有常用回路和备用回路的情况，因此设置了备用回路选择的选项，选项中不输入任何数据时视作常用回路，假如选项中输入“0”，此时计算用电设备的安装功率考虑在内，而计算功率等不进行计算。但回路开关的整定值、电流表量程、电流互感器变比、电线电缆的截面及保护管等数据会提供。

> >   变电所低压配电系统总的计算

变电所总的计算详见图5。变电所总的负荷计算与4个配出柜交换每个回路选5个主要数据（回路号、设备安装功率、计算电流、保护开关整定值、电缆截面），这样变电所总的计算窗体包括4个配出柜及变压器等主要数据200个。变电所总的计算窗体可单独保存。

对于变电所的设计不仅可以计算配出回路的上述多种数据，还可以根据无功功率自动选择补偿容量，确定电容器柜的数量。根据计算的数据智能选择变压器的容量，给出运行的变压器负载率和高压侧的功率因数。这样，大量的计算数据和计算规格选择就高效、准确地智能生成了，不会出现由于工作量大而造成的人为疏忽错误。计算完成的数据及选型数据还可以保存成文件在工程图纸目录里，一方面可供审核作为计算书，另一方面是由于项目的供电设备在不断变化，有了保存文件后可以轻松进行修改，方便得到新的结果，大大提高了修改速度。本程序可以大量节约设计人员的计算时间，让设计人员有更多时间用于研究供电方案及提高绘图质量等方面工作。

> > > >     负荷计算原则

依据《工业与民用供配电设计手册》（第四版）的计算原则，负荷计算的目的获得供配电系统设计所需的各项负荷数据，用以选择和校验导体、电器、设备保护装置和补偿装置、计算电压降、电压偏差、低压波动等，计算出的负荷为最大负荷或需要负荷。程序的负荷计算采用需要系数法，源于负荷曲线的分析，设备功率乘以需要系数得出需要功率，多组负荷相加再逐级乘以同时系数得出总的计算功率。经过负荷计算后，得出计算电流等相关数据。

> > > >   保护开关的选择

按照GB 50054 - 2011《低压配电设计规范》第3章“电器和导体的选择”及第6.3节“过负荷保护”进行保护开关的选择。并按GB 50054 - 2011中公式（6.3.3 - 1）、（6.3.3 - 2）考虑保护开关的整定值和电线电缆的载流量。

> > > >     电线电缆不同的敷设方式选择原则

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在进行短路电流计算前必须将变电所的负荷计算完成，此时变电所的变压器容量及母线电缆的规格都已经有了。这样在图1选择计算窗口里，选择第6个选项变电所短路电流计算，进入短路电流计算界面，如图6所示，在此界面输入浅蓝颜色的文本框的数据，即电力系统短路容量、变压器阻抗电压百分比、各段母线的长度。然后点击“计算”按钮，短路电流计算后，在浅橙色文本框内就会显示高低压短路点、推荐高低压断路器、推荐建议短路容量的数据。验算断路器的接通能力与分断能力要大于预期的短路电流。想要了解短路电流计算的详细内容，可点击“详细内容”按钮。

短路电流计算依据是《工业与民用供配电设计手册》（第四版）第4.6节实用短路电流计算法。高压系统短路电流计算为第4.6.3小节（2）远端短路的单电源馈电的三相短路电流标幺值计算。低压网络短路电流计算为第4.6.4小节的要求，按有名值计算方法计算。并按《全国民用建筑工程技术措施电气》（2009）5.3.2条第3）款的公式（5.3.2 - 3）~（5.3.2 - 5）计算。

在建筑物内进行设计时，大多数是计算由变电所低压配出后到配电设备末端的电压降，因此在进入变电所低压配电系统各个馈线配出柜的计算界面后的每个回路右侧都有一个“电压降计算”按钮（见图4），因为在电压降计算过程中不仅计算线路的电压降，还要计算线路末端的三相及单相短路电流计算，所以应先计算变电所短路电流，后计算这个选项。点击“电压降计算”可以进入电压降计算界面，详见图7。已有的数据通过数据传递已有显示，在此界面输入浅蓝颜色的文本框的数据，即线路长度数据，即可计算出浅橙色文本框线路电压降和线路末端三相单相短路电流的数据。

线路电压降计算原则是依据《工业与民用供配电设计手册》（第四版）第9.4节线路电压降计算。按第9.4.2小节电压降计算式表9.4 - 3中三相平衡负荷线路的公式计算。