高層建筑供配電系統(tǒng)的設(shè)計分析

文/朱孝西 湖南省宏藝建筑設(shè)計有限公司 湖南長沙 410000

1、引言

當(dāng)前我國高層建筑的主要特點是建筑樓層高、用電量大，電壓負(fù)荷是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)建筑的，因此要保證高樓建筑供配電的安全性、可靠性，必須要設(shè)計出合理的供配電系統(tǒng)，比如低壓供配電系統(tǒng)。

2、高層建筑對供配電系統(tǒng)的要求

高層建筑中的設(shè)施普遍具有電壓負(fù)荷大、全天候工作的特點，因此電力系統(tǒng)運行的連續(xù)性和可靠性是高層建筑供配電系統(tǒng)設(shè)計最需要考慮的問題。一般情況下采用雙電源運行方式，放射式與樹干式相結(jié)合的供電模式。

2.1 供電電源的可靠性

建筑物內(nèi)部的供電電源的安全可靠性是影響人們?nèi)粘Ｉ畹淖钪苯拥囊蛩兀彩墙ㄖ?nèi)相關(guān)設(shè)施運行的主要電力保障。目前建筑物發(fā)生火災(zāi)的現(xiàn)象層出不窮，大部分建筑物都有自己的消防設(shè)施以及逃生措施，來保證事故發(fā)生時的人身安全，而相應(yīng)的絕大部分消防用具都是要靠供電電源才能啟動運行的。這說明，如果發(fā)生火災(zāi)，供配電系統(tǒng)如果發(fā)生故障，消防設(shè)施和逃生措施將無法使用，對人員的逃生造成重大影響。

2.2 保證供電的連續(xù)性

由于高層建筑一般包含消防水泵、防排煙設(shè)施、照明和電梯等必須連續(xù)性工作的設(shè)備，通常情況下不允許進行斷電處理，除非發(fā)生了某種極端情況，所以高層建筑一般采用兩個獨立電源進行供電，可以從電網(wǎng)系統(tǒng)中的母線分離出來。但是內(nèi)部負(fù)荷對于當(dāng)前建筑物來說尤為重要，因此對建筑物的電源系統(tǒng)要進行不定期維護檢修，并建立一個獨立的電源來保證供配電系統(tǒng)能夠供電正常，比如應(yīng)急電源或柴油發(fā)電機的配備。也有一部分建筑物只有一個獨立電源，那么柴油發(fā)電機就必須存在，作為備用。為保證建筑供電正常，務(wù)必保證建筑物存在兩個或者兩個以上的供電電源，且能夠隨時切換，電源之間的切換對于時間的要求也是很大的，所以電氣設(shè)備運行程度也是顯得極為要緊。

3、供配電系統(tǒng)的設(shè)計原則

3.1 安全性設(shè)計

高層建筑樓層多，用電量龐大，各種電線復(fù)雜多樣，相互交錯連接，也有未及時檢修而導(dǎo)致電線老化漏電現(xiàn)象發(fā)生，對于供配電系統(tǒng)的安全性保證也是一大挑戰(zhàn)，因此在設(shè)計時保證供配電系統(tǒng)電線線路的簡潔性，并且注意定期維修，是提高安全性的重要措施。此外，高層建筑用電量大也是因為大量高電壓、大容量電器的使用，使用危險系數(shù)也相對較高，因此在使用過程中要配備一定的保障措施，保護使用人員以及維修工作人員的生命安全。

3.2 可靠性設(shè)計

供配電系統(tǒng)的可靠性主要包括供配電系統(tǒng)的主接線、電源配置以及設(shè)備的可靠程度。對于主接線而言，它是供配電系統(tǒng)中具有關(guān)鍵作用的一部分。系統(tǒng)主線設(shè)備較多，應(yīng)用也往往比較廣泛，對于高層建筑而言，主線設(shè)備使用頻繁，操作復(fù)雜，運行故障極容易對整個系統(tǒng)造成影響，所以在供配電系統(tǒng)的采用低壓供配電以及系統(tǒng)集成的方式來減少運行成本，同時，采取結(jié)合了380/220V的交流放射式及樹干式的供電方式（如圖1），由此提高了系統(tǒng)主接線的安全可靠性。

圖1 高層建筑樹干式供配電形式

對于供配電設(shè)備的可靠性而言，它是能夠直接影響供配電系統(tǒng)可靠性的因素，因此通常會選擇性能良好的供配電設(shè)備，比如繼電保護器、變壓器等，具有自動化智能化功能，在電氣系統(tǒng)運行過程中能夠進行自動調(diào)節(jié)，提高穩(wěn)定性。

4、高層建筑供配電系統(tǒng)類型及設(shè)計步驟

高層建筑供配電系統(tǒng)主要分為三種類型：雙電源相互獨立、備用發(fā)電機、不間斷電源裝置。雙電源相互獨立的系統(tǒng)采用了兩個不同的電源進線，卻同屬于一個母線供電。在正常工作時，只采用一端電源進線進行供電，如若發(fā)生故障，聯(lián)絡(luò)開關(guān)會迅速接入另一端電源進線，從而保障了電力的持續(xù)供給。因此這要求負(fù)荷能夠擁有讓允許斷電時間大于電源切換時間的良好性能，同時，在火災(zāi)發(fā)生時，具有自動切斷非消防負(fù)荷用電的功能，保證消防負(fù)荷供電的可靠性。備用發(fā)電機作為一種應(yīng)急發(fā)電機組，大部分采用柴油發(fā)電機，它的使用一般不受外界因素的影響，在兩邊電源都出現(xiàn)故障的時候，能夠保證對重要負(fù)荷的持續(xù)供電，快速啟動的應(yīng)急發(fā)電機組在十秒左右就能提供供電，對于高層建筑供配電系統(tǒng)來說是一個重要的備用設(shè)備。不間斷電源裝置對于重要負(fù)荷而言是非常實用的，它不僅可靠性高，而且切換時間也很快，經(jīng)常用于消防系統(tǒng)的報警裝置。此裝置的UPS能夠連續(xù)性供電，中斷供電時間以毫米計，而它的EPS裝置多用于應(yīng)急照明的場所。

在供配電系統(tǒng)設(shè)計方面，一般包括了對負(fù)荷等級的界定、供電電源電壓的確定、用電負(fù)荷的估計、變壓器的選擇等內(nèi)容。高層建筑的用電量大，負(fù)載多，對各種用電負(fù)荷的級別分類是首先要界定的，保證一級負(fù)荷不會斷電，一些不必要的負(fù)荷進行適當(dāng)切除，既能保證重要負(fù)荷能夠正常工作，又能最大程度上對資源進行合理配置，減少不必要的成本投入。通常情況下負(fù)荷分級是根據(jù)建筑物類別與不同用電負(fù)荷的特點進行分類的。高層建筑在安全等級上會分為一、二級別，而相對應(yīng)的一級建筑物配備一級負(fù)荷的要求來提供電能，二級建筑物則是采取二級負(fù)荷。當(dāng)然一些建筑物中也會存在特別重要的負(fù)荷，這時也應(yīng)該采用一級負(fù)荷的供電方式來保證設(shè)備運行的穩(wěn)定性。

用電負(fù)荷的計算我們經(jīng)常采用需求系數(shù)法或者單位容量法，計算其總量，值得注意的一點是，在設(shè)計時要提前留好裕量，防止出現(xiàn)完工后的供配電系統(tǒng)不能承載建筑內(nèi)過大的用電負(fù)荷的現(xiàn)象。

對于變壓器來講，需要足夠大的變壓器容量，現(xiàn)在大多數(shù)供配電系統(tǒng)都采用多臺變壓器并聯(lián)的方式，先確定一種合理容量的變壓器，然后根據(jù)實際負(fù)荷量對變壓器進行投切，實現(xiàn)設(shè)備使用的合理性、經(jīng)濟性。同時，變壓器的擺放位置也應(yīng)該選擇接近負(fù)荷中心、接近電源線的地方，比如地下室、最高層。

5、案例分析

電氣火災(zāi)對于高層建筑而言不可避免的，只有設(shè)計合理的供配電系統(tǒng)才能一定程度上進行防范，以高層民用建筑供配電系統(tǒng)中的部分防火設(shè)計為例，分析如何選取合理的供配電系統(tǒng)。

配變電所方面，一類級別的高、低層建筑的變壓器，一般選擇干式氣體進行絕緣或者具有阻燃性質(zhì)的液體絕緣的變壓器，二類級別的建筑也是如此，否則將采取防火措施。變壓器選擇，比如小區(qū)住宅，一般采用單臺變壓器不大于630KV的容量。在過去的配電裝置中通常采用敞開式，變壓器則均為油浸式。油浸式變壓器的設(shè)置需要防爆隔間，而如今高層民用建筑更多會采用金屬封閉式配電裝置，分高壓、低壓和變壓配電室已經(jīng)沒有必要。

在低壓配電裝置的選擇上，應(yīng)該滿足所在網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)稱電，設(shè)備的操作、搬運與檢修時要考慮的三種因素，比如整排的配電屏布置，在其長度超過6米時，屏后面的通道應(yīng)該有兩個通向其他房間的出口，且在通道的兩側(cè)。兩出口之間的距離超過15米時還應(yīng)該增加出口。

結(jié)語：

綜上所述，安全性與可靠性是高層建筑供配電系統(tǒng)設(shè)計的出發(fā)點，以這兩種特性為基本要求來確定供配電系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備的配備，不管是對于高層建筑內(nèi)部設(shè)施的運行穩(wěn)定性，還是對于人們?nèi)粘Ｉ畹谋憷耘c效率性，都是重要的影響因素，因此在供配電系統(tǒng)設(shè)計初期，要實際考慮到各種因素，對于建筑電氣系統(tǒng)的設(shè)計人員以及工作人員而言，都要了解和熟悉一定的電力系統(tǒng)知識，在其運行中能夠使各設(shè)備有機配合，也能有效處理故障問題。