針對高層建筑供配電技術(shù)方案及其可靠性分析

梁子劍（中鐵二院重慶勘察設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，重慶 400023）

針對高層建筑供配電技術(shù)方案及其可靠性分析

梁子劍
（中鐵二院重慶勘察設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，重慶 400023）

摘 要：高層建筑在近些年來大量出現(xiàn)基于兩個原因，其一是城市社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)已經(jīng)達(dá)到了一定高度；其二是城市中土地及其他資源的日益匱乏，就是在這兩種矛盾下，我國城市建筑逐漸在向高層發(fā)展。但是，直沖云霄的高層建筑也為建筑內(nèi)的相關(guān)配套系統(tǒng)帶來了新的難題，其中最為主要的技術(shù)難題就是供配電技術(shù)。本文主要探討了高層建筑供配電系統(tǒng)的特點、要求及具體供配電方案設(shè)計，并結(jié)合應(yīng)用分析了方案的可靠性。

關(guān)鍵詞：高層建筑；供配電技術(shù)；方案；電源安全；可靠性

在我國，10層及10層以上，房屋高度超過24m的混凝土結(jié)構(gòu)建筑就被視為是高層建筑。為了保證高層建筑的功能性，一般都配有相當(dāng)系統(tǒng)化、自動化的電氣設(shè)施及供配電系統(tǒng)來維持高層建筑的正常運作。所以高層建筑的供配電技術(shù)方案不但要合理高效，而且還要考慮到它的可靠性因素。保證包括電梯、照明、通訊、泵房及消防在內(nèi)的所有重要負(fù)荷電氣都能得到持續(xù)不間斷的供電，避免事故發(fā)生時的萬無一失。

一、高層建筑對供配電系統(tǒng)的需求

（一）基本需求

高層建筑由于建筑空間大、功能復(fù)雜且用電設(shè)備多，所以它對供配電系統(tǒng)具有供配電可靠性高、持續(xù)性強、安全穩(wěn)定、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理等高要求。一般來說，高層建筑都是大負(fù)荷用電戶，所以通常以一級負(fù)荷的要求來規(guī)劃供配電。除了保障建筑內(nèi)的日常電氣設(shè)備運行，之所以定級為一級負(fù)荷還因為它要承擔(dān)消防供配電系統(tǒng)、排煙設(shè)施、電梯、照明和污水處理等設(shè)備的運行，保證建筑在遭遇火災(zāi)等大型事故時可以自我救助，也為消防機構(gòu)在建筑內(nèi)展開救援提供了良好環(huán)境。上述這些電氣設(shè)備系統(tǒng)都要求供配電系統(tǒng)具有超高的連續(xù)性，所以為了避免電源在關(guān)鍵時刻出現(xiàn)問題，高層建筑內(nèi)都會設(shè)計雙電源互投供電，以樹干式與放射式的配電模式來保障高層建筑的絕對安全。

（二）高層建筑供配電系統(tǒng)的技術(shù)需求

作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，供配電系統(tǒng)涉及了電力系統(tǒng)中電能的配送和使用兩個環(huán)節(jié)。考慮到供配電系統(tǒng)是直接面向于高層建筑中的使用者及電氣設(shè)備的，所以必須考慮供配電系統(tǒng)的安全可靠性。

在供配電系統(tǒng)中，功率流動方向一般都是從電源向用戶端的單向流動，這就是電能通過降壓的分配方式傳送給用戶的用電設(shè)備，產(chǎn)生電能供人使用。目前在我國，供配電系統(tǒng)的電壓都在100kV或以下。所以在對供配電系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計時，一定要按照負(fù)荷的性質(zhì)、用電量的大小來安排所供電地區(qū)的電力分配情況，結(jié)合實際設(shè)計方案。而且這種供配電方案的設(shè)計要考慮其長久性，使它具備一定的可持續(xù)性發(fā)展可能性。

二、高層建筑供配電系統(tǒng)的具體設(shè)計方案

（一）高層建筑概況

本文選擇了某城市一棟21層的高層民宅，它的地下一層為人防地下室，從1-21層均為住宅區(qū)域。該建筑所采用的配電電壓是10kV的電源通過變壓器后升級成的380/220V電壓等級，主配電方式為常見的樹干式與放射式相結(jié)合的供電方式。它的電纜進(jìn)線則從變配電室開始一直到地下的配電室內(nèi)，地下配電室設(shè)有電纜從架橋敷設(shè)一直到豎井，為整棟建筑提供電力。

（二）負(fù)荷等級

本高層建筑雖然屬于民用建筑，但是用電設(shè)備相當(dāng)齊全，包括了消防設(shè)備、應(yīng)急照明系統(tǒng)、生活水泵、排污泵、消防電梯及民用電梯，在主電路干路方面屬于一類負(fù)荷。而其它電氣設(shè)備被定性為三級負(fù)荷。整棟高層建筑由市政提供一路10kV的電源作為建筑主要供電電源，而備用電源則采用了應(yīng)急柴油發(fā)電機組。

（三）照明系統(tǒng)供電

1 電壓選擇

該建筑內(nèi)的普通照明采用220V額定電壓，主要由380/220V三相四線制的方法進(jìn)行系統(tǒng)供電。考慮到高層建筑內(nèi)照明網(wǎng)絡(luò)配電線路可能會較長而造成線路電壓損失變大，所以從硬性上規(guī)定了照明網(wǎng)絡(luò)的電壓損失不能低于以下各個允許值：首先，每一個照明設(shè)備的電壓都不能小于額定電壓的97%，而屋外及事故照明則不可以小于額定電壓的95%。如果不能滿足以上條件，也可以通過降低燈端電壓到94%Un的方式來調(diào)節(jié)照明設(shè)備，但是必須要按照實際電壓水平中的光通量來進(jìn)行照度計算；其次如果電壓處于12V～36V之間，那么照明設(shè)備的低壓出線的線路電壓損失不能大于15%Un。

2 照明供電的方式選擇

本建筑使用了一級負(fù)荷電源，因為建筑內(nèi)所應(yīng)用的是雙電源雙電路供電模式，所以在對供配電系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計時，必須考慮電力一級負(fù)荷與照明一級負(fù)荷兩方面的負(fù)荷功率比較，當(dāng)兩種負(fù)荷功率都較大時，就要采用雙電路高電壓供電；如果都不大，則可以采用一路電源供電，另一路備用的應(yīng)急發(fā)電模式。如果供配電系統(tǒng)中只有照明負(fù)荷且沒有電力負(fù)荷時，就要考慮將蓄電池組作為優(yōu)先選擇的備用電源。

3 照明供電系統(tǒng)負(fù)荷計算的方法

為了合理選擇照明電器設(shè)備，要進(jìn)行負(fù)荷計算。本高層建筑采用了需用系數(shù)法進(jìn)行負(fù)荷的用量統(tǒng)計。

式中：Pjs表示系統(tǒng)有功就算功率，KEP選取值為0.8-0.85，而Kxi則表示需用系數(shù)。再用二項式法來進(jìn)一步計算系統(tǒng)電流則得出：

公式中b和c都表示照明設(shè)備的二項式系數(shù)，Px表示用電設(shè)備組中X臺大功率設(shè)備的總設(shè)備附加功率，Pjs表示系統(tǒng)的有功計算功率，Ojs表示系統(tǒng)的無功計算功率，Sjs為系統(tǒng)的視在計算負(fù)荷，通過上述公式計算出系統(tǒng)計算電流Ijs。

（四）設(shè)計方案流程

該住宅供電的電纜是由變配電室引至地下配電間的，所以整個建筑的照明插座配電箱在每6層中都分配6個回路供電直到18層，而從19～21層為3個回路，這其中每一層的配電箱都采用樹干式配電。每條主配電干線又分為六路支線，而且每一個支干線還會連接一層電表箱AW。還因為本建筑采用了主副兩路電源，主配變電負(fù)責(zé)樓層間照明以及配電間照明，而副電則與主電一同負(fù)責(zé)整個消防系統(tǒng)、地下一層排水泵、排風(fēng)機和送風(fēng)機的供電。

三、高層建筑供配電技術(shù)的可靠性

（一）高層建筑供電電源及備用電源的配置可靠性

根據(jù)我國《高層建筑電氣設(shè)計規(guī)范》中的要求，以及負(fù)荷原則上應(yīng)該提供兩路電源進(jìn)行供電，以備不時之需。而對于一些非常重要的負(fù)荷電路，不但要增設(shè)應(yīng)急電源，還要禁止其它負(fù)荷接入應(yīng)急供電系統(tǒng)，必要是要根據(jù)各級負(fù)荷的實際需求來判定周圍地區(qū)的供電條件，采用同級電壓的供電形式來達(dá)到互相備用的效果，提高整體供電的可靠性。

具體來說，高層建筑電路的應(yīng)急電源在選擇上要符合以下要求：首先，可以允許斷開供電15s以上，此時選擇快速啟動備用發(fā)電機組；其次，電源自投裝置的動作時間必須滿足所允許的中斷供電時間；第三，允許中斷供電時間為毫秒級別的電源供電。實際操作中可以選擇蓄電池這種靜止型供電裝置。

（二）提高高層建筑供配電技術(shù)的可靠性方法

為了防止高層建筑所存在的火災(zāi)隱患，建筑內(nèi)應(yīng)該備用自動切換的安保電源，這種安保電源比傳統(tǒng)電源更加穩(wěn)定且具有以下幾個優(yōu)勢。

第一，安保電源的連接與斷開完全是自動的，不需要人為操作。在自動化的電源管理方面反映較為靈敏，且一旦電路發(fā)生任何異常時都會自動斷開電源開關(guān)，最大限度的提高供配電系統(tǒng)的可靠性。

第二，安保電源也有兩個發(fā)電機電源，它也可以在主電源出現(xiàn)故障時自動切換到備用發(fā)電機進(jìn)行持續(xù)供電。發(fā)電機一般都是由柴油進(jìn)行發(fā)電的，所以可以在高層建筑整體電力完全供應(yīng)失效的時候維持備用電力，保證建筑中消防系統(tǒng)的功能正常，以保證救援工作順利展開。

第三，安保電源的開關(guān)兩側(cè)的電壓是進(jìn)行自動切換的主要依據(jù)，它能夠為供配電的電壓及電流進(jìn)行量化分析，降低人為預(yù)估的誤差，并獲得最為安全的電源切換保證。

第四，安保電源的的主電源與備用電源是串聯(lián)連接，所以切換速度更快，這大大增加了電源的實用效果，并且也能一定程度的降低切換電路時存在的風(fēng)險。

結(jié)語

高層建筑在不斷發(fā)展，其內(nèi)部的供配電系統(tǒng)設(shè)計運用技術(shù)也在不斷完善。城市的高層建筑在追求高度的同時也要考慮建筑精度，也就是說，它的供電系統(tǒng)是否與它的高層功能相匹配，是否在技術(shù)性上已經(jīng)滿足了安全可靠性。所以在未來的電氣設(shè)計與建筑施工中，還要研究和發(fā)現(xiàn)更加可靠的高層建筑電氣設(shè)計方案，將高層建筑的供配電系統(tǒng)安全可靠性提升到盡可能的高度，從內(nèi)到外的保證高層建筑質(zhì)量安全及生命財產(chǎn)安全。

參考文獻(xiàn)

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中圖分類號：TU97

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A