高層建筑供配電系統的設計分析

【摘要】現階段經濟快速發展，人民生活水平也隨之提高，人口增長過快也成為主要社會問題之一，隨之而來的是人口與住房面積之間的矛盾?，F有的住宅面積難以滿足所有人的住房要求，因此高層建筑應運而生。商業大廈、高層住宅以及綜合寫字樓等高層建筑大大增加了居住面積。高層建筑供配電系統作為建筑主要的運行動力，其安全可靠性深受關注。本文通過研究高層建筑對供配電系統的要求、設計原則，綜合各方面因素考慮，提出具體的高層建筑供配電系統設計方案，保證高層建筑使用效益最大化。

【關鍵詞】高層建筑；供配電系統；設計原則

1、引言

當前我國高層建筑的主要特點是建筑樓層高、用電量大，電壓負荷是遠遠大于傳統建筑的，因此要保證高樓建筑供配電的安全性、可靠性，必須要設計出合理的供配電系統，比如低壓供配電系統。

2、高層建筑對供配電系統的要求

高層建筑中的設施普遍具有電壓負荷大、全天候工作的特點，因此電力系統運行的連續性和可靠性是高層建筑供配電系統設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合的供電模式。

2.1供電電源的可靠性

建筑物內部的供電電源的安全可靠性是影響人們日常生活的最直接的因素，也是建筑內相關設施運行的主要電力保障。目前建筑物發生火災的現象層出不窮，大部分建筑物都有自己的消防設施以及逃生措施，來保證事故發生時的人身安全，而相應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，如果發生火災，供配電系統如果發生故障，消防設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保證供電的連續性

由于高層建筑一般包含消防水泵、防排煙設施、照明和電梯等必須連續性工作的設備，通常情況下不允許進行斷電處理，除非發生了某種極端情況，所以高層建筑一般采用兩個獨立電源進行供電，可以從電網系統中的母線分離出來。但是內部負荷對于當前建筑物來說尤為重要，因此對建筑物的電源系統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能夠供電正常，比如應急電源或柴油發電機的配備。也有一部分建筑物只有一個獨立電源，那么柴油發電機就必須存在，作為備用。為保證建筑供電正常，務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，所以電氣設備運行程度也是顯得極為要緊。

3、供配電系統的設計原則

3.1 安全性設計

高層建筑樓層多，用電量龐大，各種電線復雜多樣，相互交錯連接，也有未及時檢修而導致電線老化漏電現象發生，對于供配電系統的安全性保證也是一大挑戰，因此在設計時保證供配電系統電線線路的簡潔性，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 可靠性設計

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

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

4、高層建筑供配電系統類型及設計步驟

高層建筑供配電系統主要分為三種類型：雙電源相互獨立、備用發電機、不間斷電源裝置。雙電源相互獨立的系統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，如若發生故障，聯絡開關會迅速接入另一端電源進線，從而保障了電力的持續供給。因此這要求負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，在火災發生時，具有自動切斷非消防負荷用電的功能，保證消防負荷供電的可靠性。備用發電機作為一種應急發電機組，大部分采用柴油發電機，它的使用一般不受外界因素的影響，在兩邊電源都出現故障的時候，能夠保證對重要負荷的持續供電，快速啟動的應急發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來說是一個重要的備用設備。不間斷電源裝置對于重要負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，經常用于消防系統的報警裝置。此裝置的UPS能夠連續性供電，中斷供電時間以毫米計，而它的EPS裝置多用于應急照明的場所。

在供配電系統設計方面，一般包括了對負荷等級的界定、供電電源電壓的確定、用電負荷的估計、變壓器的選擇等內容。高層建筑的用電量大，負載多，對各種用電負荷的級別分類是首先要界定的，保證一級負荷不會斷電，一些不必要的負荷進行適當切除，既能保證重要負荷能夠正常工作，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。通常情況下負荷分級是根據建筑物類別與不同用電負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，而相對應的一級建筑物配備一級負荷的要求來提供電能，二級建筑物則是采取二級負荷。當然一些建筑物中也會存在特別重要的負荷，這時也應該采用一級負荷的供電方式來保證設備運行的穩定性。

用電負荷的計算我們經常采用需求系數法或者單位容量法，計算其總量，值得注意的一點是，在設計時要提前留好裕量，防止出現完工后的供配電系統不能承載建筑內過大的用電負荷的現象。

對于變壓器來講，需要足夠大的變壓器容量，現在大多數供配電系統都采用多臺變壓器并聯的方式，先確定一種合理容量的變壓器，然后根據實際負荷量對變壓器進行投切，實現設備使用的合理性、經濟性。同時，變壓器的擺放位置也應該選擇接近負荷中心、接近電源線的地方，比如地下室、最高層。

5、案例分析

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

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沒有必要。

在低壓配電裝置的選擇上，應該滿足所在網絡的標稱電，設備的操作、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，屏后面的通道應該有兩個通向其他房間的出口，且在通道的兩側。兩出口之間的距離超過15米時還應該增加出口。

結語：

綜上所述，安全性與可靠性是高層建筑供配電系統設計的出發點，以這兩種特性為基本要求來確定供配電系統內部設備的配備，不管是對于高層建筑內部設施的運行穩定性，還是對于人們日常生活的便利性與效率性，都是重要的影響因素，因此在供配電系統設計初期，要實際考慮到各種因素，對于建筑電氣系統的設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知識，在其運行中能夠使各設備有機配合，也能有效處理故障問題。

參考文獻：

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作者簡介：

朱孝西（1983.2-），男，湖南資興人，本科，工程師，主要從事電氣設計工作。