關于高層建筑供配電系統設計的探討

趙榮博

（蘭州新現代建筑設計有限公司，甘肅 蘭州 730030）

0 引 言

在當前社會中，高層建筑越來越普遍，供配電系統在高層建筑住戶工作和生活用電問題上成為一個值得深思的問題。為了可以讓用戶安全可靠用電，高層建筑的供配電系統必須精心構建與設計。供電系統的全面設計主要包括計算負荷、選擇設備與供配電方式3個方面，還應該考慮為安全可靠而采用的各項輔助措施。該系統的設計必須牢牢秉持安全合理、可靠經濟的硬性原則，根據我國現行的經濟政策、技術政策、資源使用情況以及使用與設計等各方面要求，分析設計高層建筑的供電結構，還要充分計算各項設備的性能數據與具體參數，因地制宜地選擇合適的設備。因為需求和制造在各流程中考慮的問題不同，所以導致對設備性能參數的具體要求不同。

1 高層建筑供配電系統的細化要求

高層建筑的供配電系統設計的合理與否，可以直接和間接地影響整個高層建筑的使用功能和安全性能。現代的高層建筑普遍具備多元化功能。在供電系統的設計上，工作人員應主要依據其本身的性質與規模大小。除了要明確高層建筑適宜選擇的電力負荷等級，也要緊密結合當地供電局的管網配套系統的實際情況，最終確定系統具體需要的供電電源的一系列參數和設備要求等。

1.1 供電電源必須具有高度可靠性

高層建筑普遍存在造價成本高、耗費物料多、人員密集重等問題，所以供電系統的可靠與否直接關乎建筑企業的正常運作和工作人員的安全。如果高層建筑發生火災，撲救不及時造成的后果將不堪設想。火災撲救主要是利用建筑內的消防設施，而消防設施的運行和保護一般都與電有關。因此，如果在電源可靠性方面無法給予保證，在火災發生后將不能及時采取措施進行報警和滅火，更無法控制火勢的蔓延，不能有效疏離人員與重要物資。所以，確定好電力負荷所需等級，與保障樓內消防系統供電是否可靠是緊密相連的。

1.2 電源轉換時間與方式

對于有互相獨立兩個電源的高層建筑電網，按規定一般來說滿足了一、二級負荷的相關要求。但是，對于非常重要的建筑物，在其建筑物的內部會有很多重要負荷。這時必須關注當電源系統出現問題需要檢修或是系統內部故障時，與之相關聯的另一電源系統也發生故障的情況。一般必須要增設新的發電機組做應急電源投入使用，通常使用柴油發電機。如果某些高層建筑的電網線路只能提供需要的一路電源，這時必須增設柴油發電機組作為第二電源備用。這時的發電機組作為備用電源使用，不單只具備應急功能，還具有電路保護和系統照明功能。所以，兩個電源的轉換時間能否滿足系統的具體要求非常重要。

2 常用的高層建筑供配電系統

2.1 雙電源各自獨立的系統

雙電源獨立系統只適用于一類高層建筑物，要求建筑外部兩個電源必須相互獨立，以滿足一類高層建筑對所應用的消防負荷要求。該系統主要是從變壓器低壓端出線，即把消防與非消防負荷用自動開關分隔開。消防與非消防負荷分別由各自所用的母線供電。如果真有火災發生，系統可以自動斷開消防電源，從而保證對消防負荷的正常供電。

2.2 備有應急發電機組的系統

安裝有應急發電機組的系統有著良好的用電安全性和可靠性。但是，這雖然可以滿足在末端切換的功能，但從供電電網系統中開始供電再切換到系統的兩路相關配電線路中，只要任何一個回路顯示有問題，因外電源未停止正常工作，將會導致備用的應急用發電機不能正常自動啟動，使得系統內部的消防負荷仍然處于斷電狀態。當發電機的出線回路顯示故障時，發電機雖然已經成功啟動開始送電，但仍然無法保障故障回路的正常用電。

3 高層建筑供電系統設計

3.1 負荷等級的確定與負荷容量的計算

一般來講，高層建筑的電力負荷等級的確定是要嚴格按照相關規范進行的。一級負荷主要包括消防電梯、消防水泵和排煙風機等；二級負荷主要包括客梯用電和生活泵機用電；三級負荷是在一、二級負荷之外的其余用電負荷。根據負荷的不同分類，它的具體用途也不同。用電方面主要分為商業用電和住宅用電。這兩種用電方法的計費標準存在較大區別，所以一般應對其建筑分別設立商業的變配電房和住宅的變配電房。確定一個高層建筑所需總用電計算負荷的常用方法有負荷密度法、單位容量法和需要系數法。在這3種方法中，應用廣泛的是負荷密度法和單位容量法。

負荷密度法計算公式：

P0為單位面積功率，單位為W/m2；S為建筑面積，單位為m2。

單位容量法計算公式：

Pe是單位用電指標，如W/戶或者是W/人；N為單位數量，如戶數、人數等。

商鋪的負荷計算方法經常采取負荷密度法，即單位面積上的用電負荷容量，對其取整。以這個標準和商業區的其他用電負荷綜合計算得到一個數字，即總用電負荷。而住宅的負荷計算方法一般都采取單位容量法，即根據具體建筑樓內的具體住戶數確定容量。總的來說，負荷的確定必須根據與之相對應的建筑工程實際情況做出最優選擇。

3.2 供電電源及電壓

建筑物很少存在特別重要的負荷，因為一級負荷容量所占的比重不大。因此，大多情況下會采用雙市政電源供電方法，或是一路市政電源加上配套的應急發電機組進行供電。這兩種方法均可滿足正常的供電要求，而一路電源的方法在建筑工程中更普遍。類似這種的供電電源采用10 kV一段進線，由變配電站總樞紐引出，引至所用建筑的開關房內。低壓配電所采用的是380 V/220 V，須同時裝配好柴油發電機組設備，以保證正常供給消防設備用電。如果投資方有一些對負荷的特殊要求，安置好柴油發電機組也能為系統提供有力保障。供電工程系統圖如圖1所示。

3.3 變配電所的布置

進行變配電所的設計必須立足于實際系統的負荷容量、分布及具體樓內的功能分配，再結合專業，以確定最終變配電需要的數量和安裝位置。變壓器的容量要根據實際的參數進行計算。低壓線路上要求很多，主要體現在對供電半徑的要求，要求半徑必須在200 m以內。如果安裝條件能夠滿足，變配電所要盡可能靠近主要負荷的中心，以從整體上優化配電系統，還能為供電系統的安全性與穩定性提供更多保障，同時大幅減少系統的線纜量和電能損耗。變配電箱系統圖如圖2所示。

3.4 供電系統的結線型式和運行方式

對高層建筑來說，采用的運行方式一般做如下設計。在高壓系統內，10 kV進線當做一段，單母線雙電源橋式連接方法為新的運行方式，在變壓器的低壓側采用單母線分段的型式，每臺變壓器還要對應相連一段母線，彼此的母線段之間也要采用母聯聯絡。正常情況下，各段母線保持分列且單獨運行。母聯開關打開，當其中一臺變壓器出現故障而停止運行時，母聯開關必須要手動分閘，使同組的另一臺變壓器能保證重要負荷的正常供電。當故障的變壓器檢修完成恢復后，母聯從分到合回到正常的工作方式。此外，母聯開關和進線開關要進行聯鎖，以防止電源倒送損壞電壓回路。

3.5 機房與機電設施的配合

圖1 供電工程系統圖

圖2 變配電箱系統圖

設計系統整體方案時，必須把握具體問題具體分析的原則，選用的設備必須根據高層建筑的具體功能進行選擇，同時必須按國家要求和主管部分的具體細則選用各種大小部件。設計工作者也應根據具體要求在平面圖中加以保證，并與施工人員和結構工作者密切合作，設計出合理實用、經濟安全的機房布局。

4 結 論

在現代建筑工程施工中，高層建筑的供配電系統設計是否合理是保證施工過程中各個工序能否安全實施的關鍵因素。高層建筑的供配電系統在設計上的優劣對建筑工程的質量和安全都起著決定性作用。合理的供配電系統設計既能保證工程正常按期完工，還能在后期得到物業與住戶的好評，提升企業的經濟效益和社會效益。