高層建筑電氣工程供配電系統設計分析

高桂根 GAO Gui-gen

（華東建筑設計研究院有限公司安徽分公司，合肥 230000）

（East China Architectural Design &Research Institute Anhui Branch，Hefei 230000，China）

1 概述

城市在不斷發展過程中出現了速度越來越快的情況，而且，在施工項目數量方面也出現了越來越多的情況，這樣就使得城市在發展過程中出現了很多的高層建筑，這些建筑的出現對城市發展有一定的影響，因此，在進行高層建筑電氣設計工作的時候一定要非常認真，對設計方案要進行反復的推敲，這樣在功效方面能夠得到保證，同時也滿足了社會發展對高層建筑的各項需求，從而更好地促進社會的發展。

和高層建筑物電氣相關的用電設施種類很多。室內、樓梯以及安全通道的照明都是電器照明設施；運貨電梯以及載客電梯等設施；生活以及消防水泵等排水設施；冷卻塔風機與水機組制冷設施；引風設施以及鼓風等鍋爐設施；排風設施、冰箱等廚房設施；空調中的送風、回風、風機管盤等送電設施；正壓、排煙風機等消防設施。除此之外，高層建筑的使用功能不一樣所需的電量也不一樣，但是總的來講需要的電量都很大，還有高層建筑中的消防、客梯、應急等用電都要有自己單獨的電源。

高層建筑電氣進行設計，首先需要考慮的就是電力負荷，如果不對其進行科學而又客觀的計算和估計，那么其精確程度將嚴重影響到超高層建筑中設備的使用安全。而在進行電力負荷計算的時候，需要采用負荷密度法或是需要系數法對其進行計算，這樣得到的數據更加真實，從而為超高層的電氣設計奠定良好的基礎。此外，在電氣設計時，為了保障建筑供電的可靠性以及安全性，必須提供兩個或是兩個以上的供電電源，這樣才能保證供電的需求。供電電源需要當地的供電部門提供一些必要的支持，這樣才能保證供電能力。在進行供電時，需要保證兩個供電電源同時供電，將彼此都作為備用電源。

2 高層建筑電氣設計中應注意的幾個問題

①高層建筑由于需要負荷很多的照明和空調，再加上運輸設備和排水設備非常多，所以對電的需求量很大，并且對供電的可靠性要求很高。

②在高層建筑中，照明與動力基本上不共用干線。動力負荷多采用放射式供電，照明負荷則多采用母線槽配電，與動力分開。

③由于在結構上多數采用大柱距，形成大空間，使墻面安裝的設備增多，必然使地面管道增多。

④由于建筑構件的預制裝配化及干法施工；縮短了施工周期，而且頂棚一般采用標準化、系統化的吊頂。

⑤電氣設備的管線應采取防火措施。

⑥空調設備等主要用電設備分散，多數要求集中管理，即要求采用電腦管理和監控系統。

⑦采取防震措施。如配電屏、燈具等電氣設備的防震；管線的層間貫通和建筑伸縮縫與沉降縫的耐震處理等。

⑧消防要求高。由于高層建筑具有高度高，體量大，人員密集，設備多等特點，具有很多的火災隱患，因此對消防要求是很高的。

⑨電能與企業的經濟效益及人們的日常生活息息相關，因此節約用電是很有必要的，尤其是在高層建筑中。高層建筑的節電設計方案，應根據技術先進、安全適用、經濟合理、節約能源和保護環境的原則確定。采用合理的配電方式，采用高效率變壓器、電動機和照明光源、無功功率補償裝置和設備監控電腦系統等措施，減少電能損耗，節約用電。采用壁燈時需將容量提高一級或增加盞數。

⑩照明要求。

1）混合照明：該照明方式是由一般照明和局部照明組成的。通常來講，混合照明中一般照明的照度應高于混合照明總照度的5-10%，同時要求其最低照度高于20lx。如果沒有達到這個標準，很可能因為亮度分布不適當而出現眩光。

2）事故照明：出現故障全部工作照明都被熄滅后，供暫時繼續工作或供人員疏散用的照明稱為事故照明。

3 高低壓配電系統的設計

①高壓配電系統：一般來說，現代高層建筑都是采用兩路獨立的10kV 電源同時供電。通常高壓采用單母線分段，自動切換，互為備用。母線分段數目，與電源進線回路數相適應。只有當供電電源為一主一備時，才考慮采用單母線不分段的結線。電源進線幾乎全部采用電纜進線。

②計費方式，采用高供高計。但在低壓側，仍裝設計費電度表，采用將照明與動力分開的兩部電價法。有些地方供電部門又把空調設備的用電，全部劃入照明計價系統，一般做法是安裝總表及動力表，由總表減去動力表以后，全部為照明電費。

③為減少變壓器臺數，單臺變壓器的容量選擇一般都大于1000kVA。為限制低壓側的短路電流，正常時變壓器解列運行，中間設聯絡開關。照明和動力分開設變壓器，當動力用電容量太小時，動力變壓器可不分開裝設，而在低壓側應對動力負荷分類計費。

④高壓系統及低壓干線的配電方式基本上都采用放射式系統。樓層配電則為混合式系統。配電設備中的主要部分是干線。現代高層建筑的豎井多采用插接式母線槽。水平干線因走線困難，多采用全塑電纜與豎井母干線聯接。每層樓豎井設層問配電小問。層間配電箱經插接自動空氣開關從豎井母干線取得電源。當層數較多負荷數較大時，一般按層數分區供電，或將變壓器分散設在地下層、中間層或最頂層。

⑤低壓配電系統各級開關均采用自動空氣開關（斷路器），設置瞬時、短延時、長延時三級過流保護裝置。各級自動空氣開關的保護整定，應注意選擇性配合，防止越級跳閘。

⑥所有電梯均要求采用兩路不同變壓器引出的專用電纜進線。在電梯機房的末端配電箱，設兩路電源的自動切換裝置，互為備用。

⑦功率因數按規定應補償到0.9-0.95。無功補償都采用集中補償方式。為降低變壓器容量，多集中裝設在低壓側，與配電屏放在一起，但必須采用干式移相電容器。

4 高層建筑的節能設計要點

4.1 高層建筑的配電變壓器的節能選型設計

在實際工作中，為了實現變壓器的節能目的，需要對投資與年耗電量等諸多因素進行綜合性考慮。通過實踐我們知道，經濟合理的配電變壓器，在選型和設計時要根據配電變壓器的投資回收年限來最終確定具體型號。一般采用變壓器投資費用價差和年耗電的電費價差來獲取。

對于配電變壓器節能優化選型，需要依據高層建筑所需的實際電負荷要求，通常要稍高于變壓器最佳負荷來選擇型號。達到變壓器負荷率保持在70%左右具有最高的經濟性。選擇相應型號時，需要首選空載損耗與負載損耗等方面較小的節能型變壓器。例如：在選擇315kVA 的l0kV配電變壓器時，一般選擇S13節能型配電變壓器，這種變壓器與傳統變壓器對比可以大大降低負責損耗與空載損耗。對于配電變壓器的優化選型設計，通常首選三角形的立體卷鐵芯高效節能經濟型配電變壓器，這種變壓器已開始逐步取代常規插片式高能耗的配電變壓器。該變壓器可以很好地提高建筑供配電系統的電能轉換效率，還可以有效降低配電變壓器運行能耗。此外，還能夠延長配電變壓器的使用壽命。

4.2 高層建筑照明系統的優化節能設計

在熒光燈與高強度氣體放電燈進行優化與選型設計中需要滿足GB50034-2004《建筑照明設計標準》中的相關技術規定。同時，需嚴格控制照明系統的相關節能指標。通常在高層建筑照明系統中采用智能化自動控制系統。一旦將智能化控制系統和高層建筑照明性能有效結合，就可大幅提高系統的照明質量，有效的提高照明的人性化服務水平。同時，智能照明系統能有效根據具體環境中的溫濕度與自然光照情況，通過科學分析后制定出節能效果明顯的控制方案。從而使照明系統的控制更為準確、更加精細。并且能夠很好地提高建筑照明系統電能轉換效率最終實現節能設計目標。

4.3 高層建筑中電機拖動系統的節能設計

通常，電機拖動系統產生的能耗占所有電器能耗90%以上。并且多數拖動系統電能轉換利用效率很低。實現節能降耗可以在電機拖動系統中多做文章。一般對于200kW 以下選擇低壓電機可以大大降低投資。而355kW或者以上功率的電機必須選擇高壓電。而在200～355kW范圍之間的，需要綜合考慮技術、投資與運行節能的經濟性等諸多因素。最終確定更為節能的電機實際功率。這就需要結合建筑電機拖動系統具體情況，選用適用的變頻調速與軟啟動等先進控制方案。做到對電機拖動系統控制模式的科學優化設計，最終實現該系統運行的高效與節能。

5 結束語

隨著城市現代化進程的推進速度越來越快，高層建筑在我國各城市特別是大城市得到迅速發展，在進行高層建筑電氣設計工作的時候一定要非常認真，對設計方案要進行反復的推敲，其負荷容量計算是否準確，供電電源選擇及變配電所布置是否合理，供配電系統是否經濟，運行是否能保持穩定、安全等方面，將決定其最終成果的優劣。這樣才能在功效方面能夠得到保證，同時也滿足了社會發展對高層建筑的各項需求。

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