高層建筑供配電系統設計探討

吳濤

（國網湖北省電力有限公司黃岡供電公司，湖北黃岡 438000）

我國高層建筑的定義為十層或以上的建筑物，隨著建筑樓層的增加，電氣設備數量和用電住戶數量會增多，而且不同用戶的電氣設備功率、數量存在較大的差異，如果建筑電氣設計不合理，就會在正常使用過程中發生故障，影響建筑用電體驗。所以在高層建筑設計中，電氣系統的安全防護能力也是設計的重點。因此，高層建筑低壓配電系統設計應以安全為基本原則，為建筑的正常運轉提供穩定的電能供應，推動城市穩定發展。

1 供配電系統的含義分析

眾所周知，在高層建筑當中有著多種多樣的電氣設施，例如：給排水設施、防排煙設施、其他消防設施等。另外，高層建筑的使用功能之間存在著極大的差異，所以電功率也會有很大的不同，總體來說，高層建筑當中所需要的功率極高極大。另外，高層建筑當中的應急用電都需要獨立的電源，所以供配電系統的運行應該與電力系統的總體要求相符合、相一致，只有這樣，才能確保高層建筑電氣工程在使用過程當中的穩定性與安全性。通過對于一些高層建筑供配電系統進行仔細地研究之后發現，幾乎都會運用功率單方向流動的方法，也就是從供電端到用戶端的流動方式，這樣做的好處就是能夠將電能進行科學、合理的分配和進行降壓，然后這些外部的電能就轉化成為用戶端可以直接運用的電能[1]，圖1為防排煙空調機組。

2 設計高層建筑供配電系統時所需要遵循的原則

2.1 可靠的原則

在高層建筑物的供配電系統中，應嚴格遵守安全性、可靠性等基本原理。在電力負載方面，第一個負載最為突出。在日常的生活中，一次負載主要是與火災有關的滅火設備。另外，還有一臺升降機、一臺生活泵，與高層住宅使用者的日常活動息息相關。為了保證這些設備的正常運行，一般情況下，大樓里都會有兩個電源，當某一條線路出現問題時，另外一條線路就能保證第一條線路的正常運行，圖2為高層建筑火災起因。

圖2 高層建筑火災起因

2.2 合理的原則

如果能合理地進行電力供應和分配，不僅可以節約電力，還可以為電力公司做出個正確的預測。對企業來說，對供電和分配進行科學的規劃，可以為公司節省資金，提高效益[1]。在保證居民用電需要的前提下，盡量降低用戶與用戶之間的連接，同時根據電力設施的具體狀況進行分配。如果電力供應系統的線路數目過多，不僅會導致電力供應單元的數量增多，而且還會導致電力供應和分配系統的危險。在分配線路不合理時，往往是由于分配系統不合理而造成的。所以，在高層建筑的供配電工程前期，要對其進行適當的優化，使其位于最靠近其負載的地方，圖3為供配電系統。

圖3 供配電系統

2.3 節能的原則

在高層建筑的供電和分配中，變壓器是一種很大的消耗能源，所以在選用變壓器的過程中，要充分考慮到電力消耗和投入。許多公司的終極目的都是獲得更好的經濟效益，因此在選用變壓器時要考慮到其壽命周期，這樣才能保證其合理性。一般來說，在選用變壓器的過程中要考慮到變壓器的最優負荷和電力市場的實際需要，而實際上，由于變壓器的負荷一般都要大于真實的負荷，所以要保證其負載不超過85%，這樣就能保證電力使用的安全。

3 高層建筑電氣工程供配電系統設計存在的問題

3.1 斷路器的適用性問題

在高層建筑物的供電與分配中，斷路器的選擇是一個頗具爭議性的問題，一些設計者往往會選擇較高級的斷路器，因為他們相信，斷路器的性能會直接影響到供電的安全性，從而保證用戶的供電需要。而在實際應用中，當一種先進的斷路器末端的短路電流產生時，會引起一系列的跳閘。另外，一般情況下，在選擇不選擇的情況下，仍然會有很多的選擇。當居民居住小區的能耗偏低時，往往會造成大量的無選擇設備，造成資源的浪費，進而增加了系統的設計費用。另外，還會出現一些共同的問題，那就是因為下一級的開關設備所選用的參數比上面的過電流跳閘設定的更高，從而導致了該選擇性器件的故障。在線路工作中，若出現了故障，使線路中斷，將導致重大的安全事件，造成巨大的財產損失[2]。

3.2 回路設計問題

從現有的多棟高層建筑物的配電網設計中，很難引起人們的重視。一些設計師將會削減，或者干脆不去做循環。從而造成電線截面小于標準規定，在過載工況下使用，從而造成電線外殼的絕緣性能下降，從而造成電器的工作溫度上升，對住宅電器造成一定的損害。若環故障等未引起足夠的關注，將對今后的應用造成很大的威脅。

4 高層建筑電氣工程供配電系統設計

4.1 做好高壓配電系統的設計工作

當前，由于高層建筑對電力設備的要求越來越高，因此要加強電力系統的設計工作，才能保證其正常使用。目前的高層建筑中，大部分都是采用了大量的能源，因此采用的都是10kV的電源，兩個電源一起提供，可以保證工程的正常運行。在高層建筑的電氣工程中，高壓配電網是一個十分關鍵的環節，它能夠保證整個電網的穩定，一般的高壓配電網都是采用一條母線，在使用的過程中，這些電纜可以進行自動的轉換，同時也可以作為一個后備裝置來提供電能，保證電力的安全，同時也保證了高樓的供電。母線基本分為幾個部分，并能與供電進線回路相配合。

4.2 做好低壓配電系統的設計工作

在高層建筑的電力工程中，低壓配電網也是十分關鍵的一環，它能提高大樓的綜合利用效率。只有在實際應用的時候，一定要采取適當的保護，讓其更能充分地利用，避免不必要的損耗。在對高層建筑的低壓配電網進行設計時，應注意對其進行接地防護，采取接地保護，既能保證供電線路的供電電壓，又能減少發生事故的概率。因此，對高層建筑的供電和供電系統進行綜合的規劃是非常必要的，特別是在漏電保護方面，采用漏電開關可以降低漏電事故的發生，提高了高層建筑的使用效率，提高了電網的可靠性。

4.3 選擇供配電系統中的導線

電線是電力輸送的基本設備，也是電力傳輸的關鍵。所以，在進行線路的設計時，一定要選用適當的線材，以達到標準的運行要求，從而達到合理的線路布置要求[4]。因此，在選用電線的過程中，電線的材質是一個很關鍵的因素，如果電線的長度越短，則造價就會降低，并且在滿足用戶的需要時，盡量縮短電線的長度，降低電力消耗，達到節約能源的目的。

4.4 設置供配電系統的配電箱

低壓配電裝置的組成主要有開關設備、保護電器還有測量儀表等，通常都是把這些設備安裝到金屬柜上面，而且金屬柜基本是封閉式的。一般來講，這種設備都是裝在一個金屬箱里面的。而低壓配電設備在正常工作的情況下，可以通過人工和自動切換添加的方式進行接線和斷線，一旦線路發生故障，就可以將線路給斷掉，避免發生意外。另外，還必須要有一種儀器，可以實時地監測到電廠和配電站的工作狀態，將這些數據和標準數據進行對比，如果有太大的誤差，那么就必須要發出警報，然后找到問題，然后進行處理，才能防止災難的出現。另外，在照明配電盒內的環路的分布上，有一些需求是必需的。首先，要保證各個單元的電源輸出是獨立的。其次，為了滿足空調回路的需求，需要分別設計一套獨立的空調回路，而在廚房和浴室等地方，一般都要有獨立的回路。最后，為了防止發生意外，必須安裝與之對應的泄漏安全開關。

4.5 消防系統電氣設計

為了確保電力供應的安全，電力設備的安全起到了關鍵的作用，因此，電力系統的設計必須引起設計者的足夠的關注，并在確保電力供應的前提下，進行電力供應的優化，以提高電力的安全性和可靠性。因此，在高層建筑物中，防火門的電氣設計應包含自動滅火、滅火裝置聯動、自動切斷電源等。所以，在進行消防系統的電氣設計中，必須依據建筑物的構造和電力供應狀況，設定電力供應和電力供應，以確保一旦發生電力故障，立即發出警報，切斷電力，以保障消防設備的正常運轉，從而有效地控制建筑火災險情，保證建筑物的安全。

4.6 照明系統設計

照明系統是建筑中直接影響用戶日常生活的重要系統，因此在對高層住宅的采光系統進行規劃時，必須參考相關的規范，根據室內構造對采光的要求，對其進行嚴格的調節，確保其運行的安全和方便。在高層建筑中，泛光的燈光效果也會對其產生一定的影響。

4.7 確定負荷的等級以及負荷容量的計算

在進行載荷分級時，應按照有關法規和具體條件進行。通常，對于高層建筑來說，其負載水平可以分為：消防設備、生活泵房、客梯、安全設施、主要通道以及樓梯間的燈光。在高層建筑的電力消費總量中，以居民為主體。所以，居民家庭的負荷核算，與選擇變壓器和工程用電量的計劃有密切的聯系。所以，在規劃中，既要依據有關法規，又要考慮到高層建筑的特殊條件，才能做出最經濟、最合理的選擇。在選取系數時，若選取過大，將導致變壓器的容量選取較大，增加了費用，導致了能源的消耗。如果選用因子太低，則極易造成電力負荷超負荷，給電力系統帶來安全風險，同時也會縮短電力設備的使用年限。

4.8 合理選擇接觸器

在分配方案的設計上，人們常常把重點放在了對斷路器的選取上，而對接觸器的需求卻很少考慮，因為接觸器是配電網中最關鍵的一種功能的接觸器，它的選取要考慮到其具體的復雜性以及具體的應用場合。在使用觸點進行低負荷電機的防護時，必須確保其在接觸面上的電壓不能低于所需的斷開電壓。觸點的主要觸點必須比電機的標稱或導線的設計值要高，并且要有足夠的空間，并且要把接觸器的工作時間也要包括在長時間的工作時間內。在使用接觸機時，所選用的接觸點的電流不得超過90%的電力裝置（導線）。采用鎢絲光源和帶電容器進行電容器時，要注意其導通電流。在不同的溫度、濕度、振動、粉塵、化學腐蝕等條件下，應根據不同的工作條件選擇不同的接觸方式。

4.9 應急發電機組供電系統

在進行高層建筑的供、配電網的規劃時，必須配備備用電源。緊急電源應該具有迅速和可靠的自起動能力，在電源被切斷15～30s后，可以重新開始工作。這就確保了高層建筑的電力供應可靠。我國目前的高壓電源多為10kV，主要是單母線，單母線系統設備少，結構簡單，投資少，經濟性能好，深受高層建筑和工業單位的青睞。

4.10 接地保護系統

目前較為常見的系統接地方式分為IT系統、TT系統和TN系統，其中又分為TN-C，TN-C-S和TN-S系統。在施工現場，為了防止施工單位的不正確或施工單位的工作，必須統一施工控制方式，盡量保持接線過程和工作程序，并根據接地規范和特殊要求，采取措施措施，降低施工工程項目安全隱患的發生。

IT設備，在變壓器的中性點處未接地，而外部的導體部分為接地。該技術系統適用于醫療、醫療等高可靠性場合，不適用于住宅小區等樓宇；TT從電力供應站的中性點引出N條電纜，但PE電纜均為單獨的地線，不會產生短路，因此不能作為接地保護，而應該選擇余流保護，一般用于農村電網，不適用于建筑物電力。

TN-C體系中的零點N與保護地PE是一體的，也就是說，PEN只有一條線路，而且有電流經過，所以可以在TN-C輸入端PEN線路上反復地接，然后將PE和N分離，從而形成TN-C-S體系。TN-C-S系統既能滿足常規PE的要求，同時也能很好地克服PEN的缺點。在老式樓房中，采用了這樣的保護性接地方式，因為電力進入之前的PEN導線，會產生一定的電力擾動。

TN-S體系的零線N與PE（PE）在變電站的一個點上接地，當電力回路后PE和N被分離，沒有線路的電線路。PE接頭的金屬殼體，在常規情況下不會產生任何的電流，安全可靠，抗干擾能力很好。該接地系統雖然成本略高于其他方法，但是它的安全性和可靠性是當前工程中常用的一種。

5 結語

由于高樓大廈的電力設備種類多，線路復雜，因此其在工程建設中的應用非常困難，因此要對其進行充分的分析才能保證其在工程應用中的安全。若不能正確地進行配電網的規劃，將會造成電力設備的失效，造成電力系統的運行中斷。所以，在進行高層建筑的供配電系統的規劃時，應充分考慮各種因素，對其進行合理的優化，以達到節能、穩定、高效的目的。