高層建筑電氣設計中低壓供配電系統可靠性研究

文/劉欣 廣州市科城建筑設計有限公司 廣東廣州 510000

1、變配電房位置選擇

高層建筑用電負荷較大，供電線路長，供電質量要求高，因此變配電房應深入負荷中心，以盡量減少供電線路長度，保證供電質量可靠，一般來說變配電房的供電半徑不應超越250 米，且不應貼臨多塵、水霧、潮濕等容易影響配電房電氣設備的場所，同時應盡可能將其設置于建筑首層，以防止地下室淹水致使配電房無法使用，另外對于超大型高層建筑來說，集中設置變配電房可能使供電線路過長且負荷集中不利于供電的可靠性，這時可分散設置變配電房，每個變配電房單獨負責某一區域的用電負荷，即減少了低壓供電線路的長度又能防止某一區域供電故障影響其他區域用電，保證了整個項目的供電可靠性。

2、備用電源選擇

根據《民用建筑電氣設計規范》的定義，高層建筑的最高負荷等級為一級或者二級，故除常規電源外需要另外設置備用電源來保證停電時或發生火災時一、二級負荷的供電。常用備用電源的設置一般有三種形式，即柴油發電機、EPS電池組、備用高壓回路。柴油發電機組作為備用電源，與市電組成熱備用系統，當檢測到主變壓器失電時，在15 秒內啟動并向負載提供電源，采用柴油發電機作為備用電源具有可靠性高，維護方便，使用成本低等優點，建議一般情況下優先選用。當因某些條件限制不能設置柴油發電機同時建筑規模較小一二級負荷也不大的情況下，也可使用EPS 電池柜作為備用電源，市電與EPS 電池柜組成雙路電源，當市電斷電時，通過ATS 雙電源切換開關切換到EPS 電池供電，這種方式的缺點在于電池組維護不方便，成本較高。還有另外一種備用電源即利用10kV 高壓作為備用電源,此種方式由市政引入兩路高壓回路，通過各自母線配出兩條線路通過ATS 雙電源切換開關向負載供電，當其中一路高壓出現故障，立即切換至另一路電源，這種方式的優點在于可靠性高，缺點在于需受市政條件限制，且成本較高。在實際工程中應結合項目的具體情況合理選擇備用電源的種類，以提高配電系統的可靠性。

3、低壓配電系統

高層建筑電力需求大，在設計配電系統時應準確統計各負荷容量，合理選擇變壓器容量，使變壓器的長期工作負載率不應大于85%，單臺變壓器容量不大于1250KVA，同時還應保證三相負荷中每相負荷應盡量平衡，減少對配電系統的沖擊。在設計低壓配電出線時，其回路數量眾多，負荷種類復雜，合理劃分各回路的接線也十分重要，以筆者參與過的某商業綜合體為例，其消防負荷、非消防負荷主供回路分別接至同一變壓器的不同母線段，兩段母線之間設置防火隔斷，非消防負荷中一二級負荷主供回路集中設置在母線一端，其他三級負荷回路設置在母線另一端，備供回路同樣將消防負荷與非消防負荷回路分別接至不同母線段，母線之間設置防火隔斷。這種接線結構一目了然，即方便管理又提高了配電的可靠性。

低壓豎向干線系統應采用放射式及樹干式相結合的方式使變壓器二次側至用電設備的低壓配電級數不超過三級。將照明、動力、空調、消防等不同性質的負荷分別由低壓柜引出配電線路，對于容量較大或比較重要的負荷如消防負荷，應以放射式配電，對于其他一般性負荷可用樹干式配電，將不同層的一般性負荷接入同一根配電線路中。這樣當末端某一比較重要的負荷出現故障時可以不影響其他重要負荷的運行，而末端一般性負荷斷電并不影響高層建筑的重要功能，采用樹干式配電也節約了電纜，更經濟合理。

要保證供電可靠性還應重視配電線路的過負荷及短路保護，當線路產生過負荷或者短路時，保護電器應能夠及時動作，保護供電線路和供電設備的安全，但是對于突然斷電比過負荷造成損失更大的線路，該線路的過負荷保護應作用于信號而不是切斷電路。另外選擇保護電器時應當注意保護電器間的選擇性，比較重要的負荷如消防負荷建議選用帶選擇性的保護電器，一般負荷可采用無選擇性的保護電器，這樣當線路末端出線故障時，能盡可能將故障斷電范圍控制在最小，保證其他區域不受影響提高了供電可靠性。

4、線路選擇

因為普通電纜的絕緣保護套中含有鹵素，發生火災時容易釋放出大量的鹵酸氣體，這種氣體帶有強烈的腐蝕性，會加劇火勢蔓延，阻礙了消防人員的救援工作。所以高層建筑應選用低煙無鹵型電纜，并應盡量將電纜敷設在封閉的電井內，當消防供電電纜與非消防供電電纜同時敷設在同一管溝內時，消防供電電纜還應選擇礦物絕緣型，當消防供電電纜明敷設在電井以外區域時，應采用防火線槽敷設并在防火線槽外刷防火涂料以保證消防供電電纜在火災時仍舊能夠堅持一定供電時間，保障消防設備的正常運行為人員逃生爭取時間。

5、設備選擇與安裝

選擇供配電設備時，應選用具有國家級檢測中心的檢測合格證書（3C 認證）的產品且必須符合國家法規和現行相關標準并經檢驗或認證合格，供電設備在潮濕爆炸等場所安裝時，還應注意選用防潮、防爆型。

此外，設備安裝時應盡量避免潮濕、多塵或其他不利的環境，例如高層建筑的地下車庫中，經常會有消防配電箱安裝在車庫的墻壁上，如果發生火災，噴淋系統首先啟動，這種情況下消防配電箱容易被淋水致使配電箱線路短路，致使消防排煙等設備無法啟動。因此，建議地下車庫中設置配電間，將重要配電箱設置于其中，就可有效避免此類問題發生。

總結：

綜上所述，在高層建筑中，供配電系統的安全可靠性十分重要，對建筑功能的正常使用以及建筑安全性具有重要作用。因此，在高層建筑供配電設計中，應從實際情況出發，對供配電方案、備用電源、供電線路等逐一分析，選擇合理的設計參數保障高層建筑供配電系統的可靠性。