淺談高層建筑高低壓供配電系統的設計及應用

王延昌

摘 要：筆者結合實際工作經驗對高層建筑高低壓供配電系統的設計及應用進行探討研究。高層建筑的高低壓配電系統是一項復雜工程，它不僅關系到市民的生命安全與財產安全，也與市民的平時生活緊密相連。因此供配電系統設計要全面，在設計中一定要以安全第一為首要原則，同時也不能忽視供電效率，以減少不必要的電能浪費。

關鍵詞：高層建筑；高低壓；供配電系統；

引言

20 世紀 80 年代開始，我國經濟快速發展，城市化進程也逐漸加快，城市在不斷發展

與擴張，諸多相關問題也日益突出。城市化的出現導致大量農村人口進入城市，房屋建筑從中高層轉向高層化發展是必然的趨勢。在這樣的趨勢下，高層建筑對供配電系統提出了更高的要求，設計出既安全又實用的高低壓配電系統成為重中之重。為達到這樣的目標，設計師需要對樓房的特點、用電設備的品質以及樓房外部條件進行多方面考慮，這樣才能設計出一個既合理又經濟實用的供配電系統。將從高低壓供配電系統的各方面來探討如何設計出完善的高層建筑高低壓供配電系統。

1 高層建筑供配電系統的設計內容

在對高層建筑的供配電系統進行設計之前，有兩個方面要明確，一是計算用電負荷，二是確定用電負荷的等級。用電負荷的計算是選擇供電系統、電氣設備、變壓器容量、儀表量程以及導線截面的重要根據。就目前的發展水平來看，我國還沒有誕生一套十分完整準確且權威的用電負荷計算方法，所以在實際設計中，采用的計算方法常是單位容量法與需要系數法。比如計算相同類型建筑的用電負荷大小可以根據已投入使用的高層建筑電負荷大小和變壓器容量來進行適當估算。一般樓層較高所需要的用電量累計下來也就較多，所以用電負荷也比較大，在確定用電負荷等級的時候就要對其進行區分對待。一般一級用電負荷都是有兩個電源來對其進行供電，一個正常使用，一個備用，這樣其中一個電源出現故障的時候，另外一個能夠在最短的時間內快速取代故障電源，并解決斷電問題。下面將從高低兩個供配電系統方面來分析高層建筑的供配電系統。

1.1 低壓配電系統

低壓配電系統主要是由配電變電所、高低壓配電線路、配電變壓器以及其他控制設備組成。在高層建筑中經常使用的配電方式有樹干式、鏈式、放射式和混合式四種主要形式。其中混合式配電方式使用最多，也是最適合高層建筑配電使用。

（1）樹干式

顧名思義就是利用一條主干線將各個分配電箱與總電線互相連接起來的配電方式。這種配電方式的優點十分明顯，投資建設使用的成本較低，而且施工建設十分方便。不過不足之處也是十分顯著，比如一點配電主干線出現問題，受到斷電影響的范圍十分大。所以樹干式的配電方式一般在對供電可靠性不高的場所使用，其用電負荷比較平均，電源設備容量也不大。

（2）鏈式

鏈式與樹干式有點類似，就是在一條主供電線路上連接多個分配電箱或用電設備，這種供電方式因為線路上缺少分支點，所以投資成本不高，對電纜線路的鋪設十分適合。不過當出現供電故障的時候，對線路進行檢修時要對所有的用電設備進行停電，所以供電的可靠性相對較差，一般適合可靠性要求不高的小容量用電設備。

（3）放射式

放射式是由總配電箱直接將電供給分配電箱的方式。這種分配方式由于是各個負荷單獨受電，所以一旦發生斷電故障的時候，不會對其他分配電箱設備產生影響，因此其供電的可靠性相對較高，而且在實施過程中比較容易集中控制，不過不足之處就是線路太多，系統的靈活性不高。放射式分配方式適合于設備容量十分大，需要集中控制電源的場合。

1.2 高壓供電系統

（1）高壓供電方案

高層建筑因其樓層較高，使用的供電負荷也就相對較大，一般供電高壓都在 10 kV 左右，所以高壓供電方案采用三種形式，即環形雙回路供電、雙側雙回路供電和單側雙回路供電。每一種配電方案都有其優缺點，環形雙回路供電的投資成本在三者中最大，但獲得的供電可靠性也是最高的。雙側雙回路供電擁有兩個同時供電的電源，所以供電可靠性居中。單側雙回路供電投資成本最低，供電可靠性也最差。因此在確定高壓供電方案的時候會根據不同投資成本來選擇相對應適合的供電方式。

（2）高壓主接線

高壓主接線會根據高壓電源供電方式的不同而不同。比如當兩個高壓電源同時對其供電時，采取的高壓主接線方式就是單母線分段，不過不會對母聯設置開關。這種方式由于結構十分簡單，所以需要的設備也比較少，投資成本不高。不過其供電的靈活性與可靠性都相對較差，在出現故障對母線進行檢修時需要將所有用戶斷電。而兩路的高壓電源一個使用一個備用時，采用的方式也是單母線不分段，雖然此方式線路比較簡單，投資成本也不高，但是較靈活。

2 高層建筑對配電系統的需求

（1）提高供電電源的可靠性

高層建筑的建造成本比其他建筑要高，而且人員十分集中，所以供電是否可靠直接與企業運行、工作人員與設備安全緊密相關。特別是當高層建筑出現火災的時候，所有人員以及消防人員都要利用建筑物內本身擁有的消防設施來進行滅火、疏散人員和物資。一般建筑內的消防設施都與電有關，大部分設備都需要電來供應，所以擁有一個可靠性十分高的電源相當重要，否則無法在最短的時間內報警、滅火還有快速疏散人群與物資，對控制火勢蔓延也不利，會造成嚴重的經濟損失與人員傷亡。所以為了保障高層建筑中消防設備的正常供電，要合理確定電力負荷的等級，從而提高供電可靠性。

（2）電源轉換的時間性和方式

一般能夠提供兩個相互獨立電源的高層建筑，按照規定基本上已經滿足一級與二級負荷的要求，不過這個要求針對的也只是一般的高層建筑，對那些十分重要的高層建筑或者超高層建筑，其內部設置的供電負荷就要考慮一個電源正常使用出現故障后，備用電源又不能夠正常使用的嚴重情況。這種情況下就要設置應急柴油發電機組，讓其作為備用應急電源。而對那些只能提供一路電源的高層建筑，更要將柴油發電機組作為第二供電電源。這個時候的發電機組不再是應急電源，而是作為備用電源來使用。

3 提高高層建筑供配電技術的措施

（1）不同負荷等級的電源保障

正常情況下，一級負荷是要有兩個相互獨立的電源進行電力支持的，而二級負荷需要一個到兩個專用回路來提供電力，而且為了讓一級負荷的供電不停，最好要啟用用于應急的柴油發電機組。對一些不同尋常的設備，比如事故照明燈或者計算機中心等地，需要設置蓄電池，確保電源出現故障時能夠不間斷供電。為了預防可能出現的情況，比如房屋倒塌、地震等，也需要設置可用于隨時充電且相互獨立的干電池應急燈群，這樣才能夠保證高層建筑中的相關操作人員能夠盡快安全撤離。

（2）采用安全的接地方式

高層建筑供配電系統的安全系數與接地方式有很大關系，想要保障供配電系統的安全就要采用安全的接地方式。我國目前的高層建筑是將電氣設備的工作接地與保護接地混在一起，組成一個使用方便的接地系統。一般接地電阻需要高于國家標準 4 Ω，這樣才能夠以高層建筑基礎鋼筋下的自然接地電阻為基礎，將人工接地方式設置好，形成一個完整的高層建筑接地網，這樣做對高層建筑供配電系統的可靠性有很大提高。

（3）選擇合適的變 （ 配 ） 電所位置

確定高層建筑的配電所位置要進行綜合考慮，進行設計時要考慮如下原則。

1）要和負荷中心和電源側接近，設備吊裝運輸要方便。

2）不能將配電所的位置設置在會發生劇烈震動的地方。

3）不能將其設置在會經常積水地方的正下方，比如廁所、浴室下方。

4）絕對不適合將配電所設置在具有腐蝕性與會常出現塵霧的地方。

配電所的位置要避開這些地點，要選擇通風與散熱都十分良好的場所。

4 結束語

時代不斷發展，我國的高層建筑也在不斷增多，人們對高層建筑中的供配電系統也越來越關注，如果供配電系統設計不完善，那么高層建筑中的消防設施也就存在隱患，但高層建筑的結構復雜，用電容量與供電負荷的性質都十分鮮明，所以在進行供配電系統設計時要先不斷深入研究，這樣綜合各方面資料與研究結果，將高層建筑中的高低壓供配電系統設計更加完善，從而提高高層建筑供電可靠性，減少斷電帶來的經濟損失。