超高層建筑供配電系統的可靠性分析

摘要：超高層建筑結構跨度大、布局復雜，所擔負的功能也越來越多元化，各種用電設備為超高層建筑的供配電系統帶來了巨大挑戰。文章從超高層建筑的結構布局出發，分析了影響超高層建筑供配電系統可靠性的因素，最后從設備、電路設計以及管理各方面提出了提高超高層建筑供配電系統可靠性的措施。

關鍵詞：超高層建筑；供配電系統；影響因素；可靠性；用電設備 文獻標識碼：A

中圖分類號：TU972 文章編號：1009-2374（2017）10-0170-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.10.085

根據我國建筑行業的標準，建筑高度大于100米的民用建筑稱為超高層建筑。目前，隨著城市化的進程，無論是住宅還是公共建筑的超高層建筑結構跨度越來越大，布局越來越復雜，所擔負的功能也越來越多元化，各種新型的用電設備為超高層建筑的供配電系統帶來了巨大挑戰。為了保證超高層建筑的安全性和使用功能性，必須有一套系統化、自動化、可靠性高的供配電系統來保障超高層建筑的安全正常運作，以此確保各方生命財產安全。因此，對于超高層建筑中的強電和弱電，都需要從電氣防火的安全可靠性上給予足夠的重視，通過不斷優化改進供配電技術方案，提高超高層建筑供配電系統的可靠性，避免電氣事故的發生。

1 超高層建筑的結構布局特點

1.1 結構復雜

隨著我國建筑科學設計和施工技術水平的不斷發展和提高，滿足城市化進程中土地緊缺等問題，城市建筑快速向更高、跨度更大、復雜布局的立體空間式發展。超高層建筑的縱深拓展跨度大，為了滿足其多元化的需求，其立體空間越來越復雜，各種水、電、暖通等管線錯綜復雜，對供配電系統設計提出了更高的要求。

1.2 功能多樣

縱深向發展的超高層建筑通過空間結構多元化來滿足超高層的用戶對于各種功能的使用，諸如停車場、地上的裙房以及其他配套設施，這些功能多樣化的用電設備在方便用戶的同時也對電力系統提出了更高的要求。因此這對供配電系統的安全穩定性帶來了巨大的挑戰，在設計時除了要滿足用戶生活、工作用電的可靠穩定性，還要保證各種用電功能設施的安全性。

1.3 用電設備多元

如今各種用電設備不斷更新，用電產品層出不窮，電力設備豐富多元，比如電力儲備、照明、暖通等已經成為超高層建筑主要的電力設施。在滿足這些設備需要的同時，對超高層建筑電力系統的結構設計安全性提出更高的要求，在未來用電設備的多元化將進一步發展，這是超高層建筑電力系統穩定可靠性永遠的課題。

2 影響超高層建筑供配電可靠性的因素

2.1 供電電源布置

超高層建筑的設計電源要基于建筑用電器總設計用電確定，不同使用功用的建筑對電源的負荷等級分類以及用電單元的布置方式不同，當設計的供電電源電壓小于實際需求容易誘發電源火災。尤其是那些特定的超高層建筑綜合體如果電源設計不恰當，沒有針對其特殊性設置應急電源，很容易因為電力中斷而導致較大財產經濟損失。

2.2 自動化保安電源的穩定性

自動切換的保安電源能夠保證供電的穩妥性，其特點在于超高層建筑電力系統從間斷到聯通無需人為操作便能夠實現自動化，因此節約了電源開關的復位時間，保證了整個供電系統的穩定輸出。系統的自動切換裝置通過開關兩側的電壓值來分析是否開啟，滿足電力切換的及時且能避免因為電源斷電時間過長所帶來的風險，因此自動化保安電源的穩定性也直接影響建筑供配電系統的可靠性。

2.3 供電系統中的連接設備的可靠性

供電系統的連接設備涉及線纜與相關配套設備，其科學合理的供電線路決定了超高層建筑后續的電流容量的空間。在建筑建設期到運營整個生命周期，建筑的實際負荷存在一定的變化，要對整個超高層建筑生命周期用電考慮，在進行電力設計要充分考慮電流的熱量效應，防止因為電阻熱導致線路熔斷，因此連接設備線路與設備的冗余可靠性也決定了供配電的可靠性。

2.4 接地方式

安全的接地方式是供電系統安全穩定運行的基礎，超高層建筑因為其結構復雜性和功能的多元化對接地系統提出了較高的要求，其設計往往復雜。設計時要整合工作與保護接地系統，接地系統整體接地電阻設計值要達到超高層建筑結構要求，進而才能滿足增強供電系統要求。

2.5 配變電所設備

超高層建筑變電所的設備容易受到環境的影響，空氣中水汽或潮氣會對變電所的設備有一定的腐蝕，加快設備的老化進而降低可靠性。配電裝置的絕緣等級與電力系統的匹配度，相鄰帶電裝置的不同的額定電壓均對配電設備動、熱穩定有影響。

3 提高超高層建筑供配電可靠性的措施

3.1 做好負荷分級

根據中斷供電所造成的影響程度來對建筑各種負荷進行分級，主要分為一級（還包括一級負荷中特別重要的負荷）、二級、三級。為了保證建筑供電系統的可靠性，除互為備用的2組電源供電設計以外，還需增加應急電源進而滿足對于特別重要負荷提供連續性、可靠性。2組電源能實現對發生變壓故障或線路損壞時電能的及時恢復進而減少中斷時間或損失。

3.2 合理布置供電電源

超高層建筑的電源設計要根據建筑用電的實際性質決定，不同功用的建筑主體設置不同的電源的布置方式，保證供電電源容量不小于實際需求以避免電源火災的發生。對于存在大量一、二級負荷的超高層建筑，要設置互不影響、互為備用的兩路電源，而對于商場等某些特定的超高層建筑綜合體還應該增設應急電源，避免電力中斷造成不必要的損失。

超高層建筑的日常能夠有效使用的電源數量至少要有兩個，不同的電源應設置不同的路由線路，專線電源通過上級變電站或開關站放射式供電。電源電壓等級根據實際需要選擇，有10kV、20kV、35kV或110kV多種級別供電方式，當上一級電源發生故障而斷電時，能保證二級供電。超高層建筑，另外還要設置備用的緊急柴油發電機作為應急電源。常見的低壓配電系統有兩種：一種是單母線分段+二段應急母線。分段的單母線提供兩路市電，中間設聯絡斷路器，應急母線段兩段應急母線用于應急負荷和備用負荷供電；另一種是單母線分段+一段應急母線兩路模式，其中市電采用分段的單母線供電，中間設聯絡斷路器，一般只有一段應急母線段，負責應急負荷和備用負荷。

3.3 提高保安電源的自動化程度

為了提升超高層建筑用電的可靠性與安全性，往往設置能夠自動切換的保安電源來確保供電的穩妥性，當工作電源一旦發生故障系統會自動切換到備用電源上，保安電源能夠在超高層建筑失去電力供應時提供建筑基本的用電功能，進而確保超高層建筑基本功能的正常運行。

3.4 選擇可靠的連接設備

超高層建筑從建設期到施工直至最后運營管理的整個生命周期，不同階段的使用功能都可能發生變化。對于前期超高層建筑的電力消耗主要考慮電流的熱量效應，尤其是電荷過載導致的線路熔斷等風險，因此要根據建筑不同使用功用和不同階段的荷載，配置相關配套線路，做好線路連接設備的冗余設計，保證供配電可靠性和穩定性。供電系統的連接設備主要包括線纜與相關配套設備，實現做好超高層建筑供電線路的合理設計；其次是要選擇滿足要求的導線，充分滿足超高層建筑后續的電流容量，并要增加一定發展。超高層建筑中消防設備供電干線的設計和選材，消防供電的分支干線應采用礦物絕緣具有一定耐火強度的電纜，降低礦物絕緣暴露電纜的長度，端部做好濺水防治措施，提高電纜的配電柜（箱）和用電設備接線盒的防護等級。

3.5 安全接地

超高層建筑因為結構的復雜給接地系統帶來了一定的難度，而安全接地是提高供電系統安全穩定性的基礎，超高層建筑因為其結構復雜性和功能的多元化對接地系統提出了較高的要求，其設計往往復雜。設計時要從工作接地與保護接地上來實現對建筑系統接地的整合，接地系統整體阻力設計值要達到超高層建筑結構要求，進而才能滿足增強供電系統要求。

3.6 合理設置配變電所

超高層建筑變電所要盡量選擇干式氣體絕緣變壓器且靠近電源，周圍環境要通風、干燥，避免潮濕影響變電所設備的可靠性。在配電裝置的絕緣等級方面要與電力系統的相關規定符合，對于不同額定電壓的相鄰帶電裝置要根據較高額定電壓的安全凈距來設置，導體與電氣設備的最高工作電壓設計與安裝要高于回路最高運行電壓。

4 結語

超高層建筑因為其結構功用的復雜性給供配電系統帶來了巨大難度，增加了影響電力系統供配電可靠性的因素，需要從負荷分級、電源布置、連接設備等方面綜合考慮，科學設計，合理配置，在滿足超高層建筑供配電安全的前提下提高系統的穩定可靠性。

參考文獻

[1] 王凱，韓述歡.淺談供配電系統可靠性分析策略[J].電子世界，2016，（12）.

[2] 崔顯星.一般供配電系統可靠性分析方法[J].黑龍江科技信息，2016，（2）.

[3] 黃國富.超高層建筑配電系統設計簡介[J].建筑電氣，2010，（6）.

[4] 韓鳳明.超高層辦公建筑電氣設計[J].現代建筑電氣，2011，（1）.

[5] 李炳華，徐學民，吳生庭，林清霖，張巧玲，朱立陽，劉文坤.超高層建筑豎向干線礦物絕緣電纜可靠性研究[J].建筑電氣，2010，（6）.

作者簡介：史鴻釗（1983-），男，湖北麻城人，中煤科工集團重慶設計研究院有限公司工程師，研究方向：建筑電氣。

（責任編輯：小 燕）