高層建筑中變配電系統的設計

王　鵬

（新疆天麒工程項目管理咨詢有限責任公司新疆克拉瑪依834000）

高層建筑中變配電系統的設計

王鵬

（新疆天麒工程項目管理咨詢有限責任公司新疆克拉瑪依834000）

高層建筑伴隨著我國國民經濟的高速發展而進入快速建設期，搞好高層建筑內變配電系統的設計就顯得尤為關鍵。本文在分析高層公共建筑電氣設施特點同時，通過對高層建筑各功能場所的用電負荷等級分類、數據統計和計算，提出應如何進行高層建筑變配電系統的設計，并對變配電室的設置及低壓配電方式進行了探討。

高層建筑 負荷 電氣主接線 高壓配電 低壓配電

一、前言

高層建筑伴隨著我國國民經濟的高速發展顯現出越來越多的趨勢，其形式種類多樣、使用功能日漸繁雜，對供電的要求也不盡相同，因此變配電系統的合理性設計對高層建筑在供電可靠性、變配電設施運行的經濟合理性等方面顯得至關重要，本人結合多年的設計經驗對此作些探討。

二、高層建筑電氣設施特點

1.消防設施用電負荷等級高。高層建筑高度高，體積規模大，人員密集，設備繁多，一旦發生火災會造成重大人員傷亡及財產損失。因此其消防設施顯得特別重要。

2.用電負荷大，供電可靠性要求高。高層建筑用電設備多，用電負荷大，各類重要用電設備都要求較高的供電可靠性。

3.電氣設備的布置。由于高層建筑高度高，為減少線路損耗，配電變壓器可分層分區域布置，為便于豎向敷設，一般都設有專用電纜豎向井道。

三、用電負荷分析和計算

高層建筑用電負荷分析和計算是搞好變配電系統設計的前提和基礎，負荷的分析和計算準確與否，對合理選擇設備及日后的安全與經濟運行，起著決定性的作用，因此必須高度重視。設計中，應首先對高層建筑的各功能場所的用電負荷進行負荷等級分類和數據統計。負荷分類應依據國家現行規程規范的要求進行，絕不能主觀臆測。如《高層民用建筑設計防火規范》中明確規定：一類高層建筑的消防用電負荷為一類負荷，二類高層建筑的消防用電負荷為二類負荷。因此，設計中就應首先明確該建筑為幾類高層建筑，這樣就可明確消防用電負荷的等級。要分清哪些是一年四季都使用的負荷即正常用電負荷，哪些是季節性負荷（如制冷用冷水機組等用電負荷僅在夏季使用，制熱用的空氣幕用電負荷僅在冬季使用，這類負荷均為季節性負荷，哪些是僅在特定情況下才使用的負荷，如消防設備用電負荷在正常情況下并不使用，僅當發生火災時才使用的負荷。通過對各種用電負荷的等級、種類及大小進行統計分析和計算，為正確合理地選擇電器設備及變配電系統的設計打下基礎。

四、變配電系統的設計

1.向當地供電部門收集有關設計資料。配變電所的設計應事先取得當地供電部門的有關設計資料。在方案比較階段，擬定工程的負荷性質及對供電可靠性的要求，明確供電電壓、供電方式及電源線路數量要求以及對變電所的容量、位置有了意向后，應會同籌建部門向供電部門申報用電，聯系取得有關資料，主要收集的資料有：（1）向用戶供電的地區變電所近期和遠期負荷情況。（2）向用戶供電的電壓、線路長度、線路形式以及回路情況、系統中性點接地方式。（3）供電端系統最小運行方式和最大方式短路數據，或者供電部門對用戶要求的斷路器分斷能力。（4）對斷電保護及自動裝置要求。（5）對用戶功率因數要求，負荷控制要求。（6）計量裝設要求。（7）對通訊、調度要求及管理意見。（8）對主要電氣設備選用的有關規定。

2.電源的確定。通過上述對各種用電負荷的統計分析和計算，明確該建筑用電負荷的種類。依據國家現行規范要求，一類負荷應采用雙電源供電，其中一類負荷中特別重要負荷除應采用雙電源外，還需增設第三電源。二類負荷應采用雙回路供電，如何實現上述要求？首先，設計人員在現場調研時要確認該建筑所建點是否具備所需電源，這點很重要。因為它直接關系到變配電系統的設計。如你設計的是一類高層建筑，應采用雙電源供電，但現場并不具備雙電源條件，只有一路電源，那么你在設計變配電系統時就應考慮自備電源，以保證該建筑所需要的雙電源。在此需要強調的是具備什么條件的電源才算雙電源？一些人認為只有真正完全獨立的兩路電源才算雙電源，但現在真正意義上的完全獨立的電源很少，基本都是并網。對此，《民用建筑電氣設計規范》條文中也已明確，由兩個35 kV及以上電壓等級的區域性變電站引出的電源即可認為是雙電源，并不一定非要真正意義上的兩個完全獨立的電源。到底采取何種方式的電源，根據現場的實際情況而定。

3.高壓主接線。大多數高層公共建筑用電負荷很大且集中，低壓供電往往不能滿足要求，國內通常采用10 kV供電。常用主接線有如下幾種情況：

（1）兩路10 kV進線，單母線分段接線，設母聯開關。正常情況下，母聯開關斷開，兩路電源同時供電，互為備用。這種接線有很高的可靠性，但投資也相對較高。適用于高級賓館、大型商場、大型辦公樓等。

（2）兩路10 kV進線，單母線分段接線，不設母聯開關。正常情況下，兩路電源同時供電。這種接線比較簡單，可靠性相對前一種要差些。適用于一般辦公樓、住宅樓等。

（3）兩路10 kV進線，單母線不分段接線。正常情況下，兩路電源一路工作，一路備用，當工作電源失電時，備用電源自動投入或手動投入，兩路都能保證100％的負荷用電。此種接線所用高壓設備少，投資相對節省，但當母線清掃或故障時，將造成全部停電，供電可靠性相對較低，該接線方式適用于高層住宅等要求不太高的場所。

（4）一路10 kV線路供電，并由城市公用變壓器或由相鄰大廈變電所引來380/220 V低壓備用電源，或者由自備柴油發電機來提供備用電源，備用電源主要確保一、二類負荷用電。該接線方式適用于建筑規模相對較小的公共建筑供電。

以上各種高壓主接線方式的選用，主要取決于建筑物本身的級別和當地電網的條件。

4.低壓配電主接線。低壓配電系統的設計是否得當，將直接影響高層建筑的安全、運行和管理。（1）低壓配電系統一般要滿足下列要求：有較高的供電可靠性和靈活性；接線力求簡潔，施工運行維護方便。（2）單母線分段接線方式：正常情況下，母聯開關斷開，兩臺變壓器同時工作，互為備用。當任一臺變壓器因故停運時，另一臺變壓器滿足全部一、二級負荷及部分三級負荷，這種接線有很高的可靠性。（3）當一級負荷中有特別重要負荷時，需增設第三電源。

5.變配電室的設置。（1）設在建筑主體內。在高層建筑中由于其造價昂貴，建筑物內寸土寸金，業主更強調經營效益，常常堅持將配變電用房放在地下室，由于地下室存在電氣設備進出不易，通風不良，環境潮濕，都會影響電氣設備的安全運行，而且一旦設備出現問題，往往檢修不易。因此，變配電室最好設在底層，如因客觀條件限制必須放在地下室時，要符合下列要求：設置直接對外的通道或出口；采用不可燃設備。

（2）設在建筑主體旁，采用獨立變配電室。在條件許可的情況下，設獨立變配電室。采用獨立變配電室不僅可以很好地解決設備設在地下室而出現的種種弊端，而且可以很好地兼顧用戶現有配電系統及今后發展的需要。

6.低壓配電方式。（1）低壓干線設計。低壓配出干線指從配電室的低壓配電柜出線開關至各大型用電設備或樓層配電箱的線路。其接線方式分為放射式和樹干式。

放射式一般用在：①要求供電可靠性高的場所；②單臺容量較大的設備；③容量比較集中的場所。如要求供電可靠性較高的大型消防泵、消防電梯等設備，單臺容量較大的制冷用冷水機組等一般采用放射式供電。

樹干式接線一般用在：①要求供電可靠性不是很高的場所；②單臺容量不大的設備。樹干式接線有多種多樣，常見的有分區樹干式接線或母線樹干式接線。分區樹干式接線一般用在負荷不是很大并且不是很重要的情況，該接線的優點是一旦線路故障其影響面較小；母線樹干式接線多用于層數多負荷大的場所，該接線的優點是低壓總配電系統不需要很多出線，可節省低壓配電盤，但缺點是一旦總開關或線路故障其影響面較大。

放射式配電線路故障時互不影響，可靠性高，但投資相對較大。而樹干式配電干線故障時影響較大，供電可靠性相對較低，但投資相對較省。

（2）配電干線的敷設。一般可考慮在電纜豎井、吊頂內走電纜橋架、線槽、封閉母線等。盡量少走穿鋼管埋地的敷設方式。電纜豎井是配電干線敷設的重要通道，也通常是電專業每層動力及照明總配電箱的設置場所，因此，其大小、具體位置要盡可能合理，盡可能靠近負荷中心，豎井尺寸不要太小，應方便施工人員的設備安裝，方便維護人員的操作和檢修，應根據具體工程同建筑專業設計師協商而定。在現場中發現有的設計人員將電纜豎井設得太小，很難進行電纜施工，也很難進行正常操作和檢修，并且給電氣設施的安全運行帶來了不應有的安全隱患，因此，設計人員對此引起足夠的重視。

（3）樓層低壓配電。一般情況下，在高層建筑的每層均設樓層配電箱，樓層建筑面積較大的，每層設若干個配電箱。配電箱內設有進線總開關及若干個出線分開關。配電箱一般設在電氣豎井內明裝，也有的采用暗裝配電箱裝在樓道或其他公共場所的墻上。裝設的原則是要盡可能接近負荷中心；不影響建筑的結構；進出線方便，安裝、操作維護方便，管理方便。為提高供電的可靠性，一般將照明用配電箱與動力用配電箱分開設置，各成獨立系統，互不影響。

7.變電站綜合自動化技術。變電站綜合自動化技術是以計算機技術為基礎，將測量、監控、繼電保護和通訊功能綜合在一起，構成全微機化的綜合自動化系統。它是一個分層分布式集散系統，它的最底層是一個多功能的計算機監控單元，是以一個配電回路或間隔為單元，把信號、測量、控制和繼電保護集中于一體，然后用一根通訊線把每個單元連接起來，再引到一個主計算機（工作站）。綜合自動化技術的出現，簡化了變配電系統的二次接線，提高了變配電站的自動化程度和管理水平，提高了變配電站的運行可靠性，減少了占地面積，使變配電系統實現無人值守成為可能。是變配電系統自動化控制方式的發展趨勢?，F在，該技術已越來越成熟并得到了越來越廣泛地應用。

五、高低壓變配電設備選擇

1.一般要求。變配電站設計采用的設備和器材，應符合國家或地區的有關規定以及行業的產品技術標準。并應優先選用技術先進、經濟適用和節能的成套設備和定型產品，不得采用淘汰產品。

2.變壓器的選擇。變壓器臺數應根據負荷特點和經濟運行條件進行選擇。當符合下列條件之一時，宜裝設兩臺及以上變壓器。

一是有大量一級或二級負荷。

二是季節性負荷變化較大。

三是集中負荷較大。

裝有兩臺及以上變壓器的變電所，當其中任一臺變壓器斷開時，其余變電器的容量應滿足一級負荷及二級負荷的用電。

一般情況下，動力與照明宜共用變電器。當屬下列情況之一時，可設專用變電器。

一是動力和照明共用變電器嚴重影響照明質量及燈泡壽命時。

二是季節性負荷（如空調設備等）約占工程總用電負荷的1/3及以上時。

三是沖擊性負荷較大，嚴重影響電能質量時。

變壓器的合理選擇很重要，有的設計人在進行負荷計算時對各類用電設備負荷分析不夠深入，所選系數偏大，結果將變壓器的容量選得過大，變壓器負荷率過低，造成用戶投資增加，運行費用增加很大，給用戶帶來不應有的資金投入。但變壓器負荷率也不能過高，要考慮足夠的裕量，否則對將來的發展不利。變壓器負荷率控制在65％～75％為宜。這樣對變壓器的安全、壽命及經濟運行均有好處。由于變壓器的損耗在配電系統中占的比重較大，因此選擇底損耗的節能型變壓器是設計中應考慮的問題。當將變壓器設在建筑主體內時，出于安全需要，幾乎毫無例外地選擇干式變壓器，干式變壓器除具有機械性能好，抗短路能力強，防潮，阻燃自熄的特點外，還具有耐沖擊能力強、損耗低等特點，同時它還是低噪聲的對周圍環境不會造成影響的綠色產品，該產品已很成熟，可優先選用。

3.高低壓開關柜的選擇。在高層民用建筑中，出于對消防安全考慮，高開關設備常采用帶真空斷路器手車式開關柜或SF6氣體絕緣環網柜為宜，環網柜具有接線簡單，操作方便，結構緊湊，造價低等優點，由于其外形尺寸小，可以靠墻安裝，占地面積小，可節約土建造價，正因為環網柜優點很多，所以，現在得到了越來越多的廣泛應用。具體選擇哪種開關柜應根據工程的具體情況及當地供電部門的要求來定。

低壓開關柜型以抽屜柜為宜，對于規模較小的高層建筑，也可考慮采用固定柜。

4.自備應急發電機組的選擇。自備應急發電機組是高層民用建筑的重要設備，它不但對高層建筑的安全起重要作用，而且對高層建筑的管理也很重要，在選擇時要注意以下幾點：（1）機組啟動與運行一定要可靠，另外機組能在緊急情況下自動啟動，并能在15秒內接帶負荷。（2）機組的外形尺寸要小，結構要緊湊，重量要輕，以減少占地面積和層高及基礎要求。（3）機組平時的暖機功率要小，以節省運行費用。（4）機組的噪音、震動、耗油要盡可能小。

六、結束語

變配電系統的設計是高層建筑電氣設計的關鍵環節，設計中要充分重視高層建筑用電負荷的特點，通過詳盡的分析和計算，設計合理的高低壓電氣主接線并進行多方案的技術和經濟比較，以選擇最佳方案，使變配電系統安全可靠、經濟合理。

［1］丁明往，湯繼東編.高層建筑電氣工程［M］.北京：水利電力出版社.

［2］北京建筑設計院編.建筑電氣專業設計技術措施［M］.北京：中國建筑工業出版社.