高層建筑電氣工程供配電系統設計分析

長沙電力設計院有限公司 姜超駿

對于高層建筑工程而言，電氣工程較為重要，其供配電系統設計的優劣直接影響著人們的用電安全和穩定，作為一個專業性強、技術性強的工程專業，亟須做好整體規劃、系統勘察工作，以此科學開展施工，并精準控制設計過程中的各種問題，以此提高電氣工程供配電系統設計水平。

1 高層建筑電氣工程供配電系統設計概述

在電氣工程供配電系統中，功率的流向是單方向的，從電源端向著用戶端單方向流動，該模式可以有效將電力系統中的電源通過優化配置輸送給用戶，在保證安全的同時，也可以滿足低電壓需求，最終通過用電設備轉化成為需要的電能。當前，高層建筑供配電系統中對于電壓值有明確的規定，對此在需要設計時還需要考慮用戶用電數量、負荷和供電區域內的具體情況，以此設計最佳方案。另外，在完成設計后還需要檢查方案的適用習慣，便于滿足供配電系統運行各方面需求，最終確保其在未來有可拓展的空間[1]。

2 高層建筑電氣工程供配電系統設計要求

一是可靠性，可靠性是供配電系統設計的內在要求，對此需要確保設計可靠，避免在供電的過程中出現各種故障、混亂的情況，通過科學設計，緊密控制，有效確保系統穩定運行。

二是質量，電能質量的好壞和電源頻率和電壓有著直接的關系，當前我國對于高層建筑電氣工程供配電系統額定電壓、額定功率都進行了明確規定，對于頻率有允許存在的偏差。但是這種偏差存在會對供配電設備的安全性和使用壽命產生影響，嚴重者會導致設備直接無法使用。對此，在進行系統設計時需要確保電能質量達標，確保供電穩定，滿足用戶的用電需求。

三是靈活易操作，在進行供配電系統設計時需要遵循簡單、靈活的原則，在滿足負荷變化需求的基礎上，可以在不同環境下自動切換狀態，以此避免在具體運行過程中不會出現各種失誤操作，在保證系統穩定運行的基礎上，也可以實時檢修系統。

四是在供配電系統設計時還需要遵循經濟性原則，在技術要求下，以最少的投資實現最大的收益，對此人們在后期還需要優化設計方案，不斷完善設計方案的功能和特點，以此更好地滿足未來社會對電壓等級、電氣設備容量、安裝的新需求。

五是節能性，節約電能是當前建筑行業現代化發展的主要方向，對此在高層建筑電氣工程供配電系統設計中也需要遵循節能要求，以此滿足各個行業的發展需求，提高電能利用率，以此滿足節能高效的設計要求。當前，高層建筑物電氣工程節能降耗目標，可以通過優化設計來實現，如可安裝節能裝置，在空調風機、水泵、馬達的設計中，可以選擇變頻控制設計方法，該方法可以根據具體用電需求自動調整馬達、水泵用電量，并根據其具體工作時間和特點有效控制電能的輸送，最終提高能源利用率。

3 高層建筑電氣工程供配電系統設計內容

3.1 高壓配電系統設計

在高層建筑電氣工程中，需要應用到大量的電氣設備，尤其是高壓配電系統，其作為整個配電系統核心，可以穩定高層建筑電氣設備運行，當前高壓配電系統主要表現為單母線分段式，該形式可以有效提高電路的穩定性，并根據具體運行情況自動切換設備，以此實現設備的通用。

另外，在具體設計時還需要遵循負荷等級和電源要求，其負荷等級主要以《民用建筑電氣設計規范》《建筑設計防火規范》中對于不同等級高層民用建筑電氣負荷和消防負荷具體規定進行設計。一般情況下，高層建筑物中的非消防負荷，如電梯電源、消防、網絡系統、智能電燈等，都需要以最高負荷等級為標準進行設計，對于消防負荷等需要以一級負荷為標準進行設計。一級負荷標準主要有兩路，一級負荷是可以同時停電的獨立電源，二級負荷是雙回路供電，對此在具體設計時需要和電力部門積極商討，在滿足上述要求的基礎上進行設計，如果不符合要求，則需要設置備用電源，比如應急柴油發電機組等。

3.2 供配電系統導線選擇

在高層建筑電氣工程供配電系統設計中，電力線路發揮著重要的地位，其主要負責傳輸、分配電能，對此在高層建筑工程電氣系統設計中，需要科學選擇導線，以此確保系統運行安全。同時，電氣人員在選擇導線時需要遵守相關規范，在安全性基礎上盡量節省導線。

3.3 電氣設備低壓斷路器選擇

為確保電網電壓穩定運行，在必要情況下盡量不切斷用戶用電電路，需要按照失壓保護裝置，促使欠壓脫和器線圈在電壓上相互連接，當電壓運行過程中會自動吸附銜鐵，如果此時電壓下降到額定電壓以上時，內吸力則小于彈簧拉力，則此時銜鐵會自動鎖閉，促使觸頭自動斷開。從以上原理可以看出，低壓斷路器主要負責保護線路，對于不同的線路還需要設置不同的保護裝置，如在變電所內設置低壓斷路器時，不僅需要發揮保護功能，也需要設置遠程控制功能，并在插座線路上發揮低壓斷路器的漏電保護功能。

3.4 供配電系統設計中配電箱設置

根據電氣接電特點，在安裝配電箱時需要將各種開關設備、保護電氣、測量儀表以及其他設備等，進行封閉式組裝或者半封閉式的屏蔽在金屬柜內，以此形成一個封閉式的低壓配電裝置，在一般情況下，啟動該裝置時只需手動操作開關就可以直接接通電路。但是配電箱如果出現故障，則直接切斷電路，其會自動發出報警信號，且在發、配、變電所中，需要通過測量儀表中的參數來分析電氣運行情況，根據具體問題及時調整，以此確保配電箱內各個設備可以穩定運行。

3.5 變壓器設計

變壓器可以促使供配電系統更加安全、可靠的運行，對此需要重視變壓器的設計，綜合分析其運行情況，在具體設計時要科學選擇變壓器材料，選擇耗能低的材料，以此降低成本，降低能耗率。當前，對于變壓器最佳負荷率主要在70%左右，在此范圍內變化，變壓器可以穩定運行，不會出現意外情況，并提高自身的承載能力，促使供電系統穩定運行，提高電能利用率。高層建筑屬于大型工程項目，其用電具有周期性、多變性、集中性特點，對此需要技術對變壓器進行調整，根據具體用電時間段和集中點調節。如在夏冬季節對于空調的使用次數多，對此也可以及時調節變壓器數值，在節約電能資源的同時，也可以確保建筑樓層穩定運行，降低經濟成本。

3.6 插座和開關的選擇

插座和開關是電氣系統的終端，其也發揮著重要的作用，雖然開關和插座較小，但是主要負責高層建筑電氣設備和照明燈具的閉合和啟動功能，對其可以進行直接控制。但是在斷開開關時，電氣設備就會被切斷，對于任何一種性能、功率的設備而言需要科學選擇開關和插座，以此有效預防各種漏電等安全事故的發生，以此確保人們用電安全。

3.7 備用電源設計

在電氣工程供配電系統設計中想要提高安全系數，確保系統運行安全，確保人們用電安全，需要在高層建筑每一級供電負荷下設置兩個獨立控制的供電電源，以此確保在集中用電下不會出現各種意外情況，確保供電安全和穩定。

3.8 降低線路能耗

高層建筑電氣工程供配電系統設計復雜。在鋪設電氣線路時需要根據具體情況，具體需求科學規劃設計，盡量避免交叉情況，確保電氣設備安裝順利，在降低其能耗、保證安全、設計科學的基礎上，不影響建筑物的美觀度。且在具體設計時還需要優化布局，在保證敷設順利的同時，也可以降低能耗，并確保電力系統在輸送電能的過程中安全、可靠，避免因為各種故障情況導致電能損耗的情況出現，以此實現設計最佳。不同的電流流向，對于線路材質有著特殊的要求，對于電流的損耗也是不同的，對此在進行電氣線路設計時需要科學選擇材料，保證最佳設計，盡量減少線路中電阻的布設，確保電網可以穩定運行。

3.9 配電室設計

高層建筑負荷容量大，一般樓層越高，則需要在合適位置設置兩個以上的配電室，并縮小配電室供電半徑，以此降低電力損耗，確保變壓器可以穩定運行，保證變壓器的運行安全和可靠，想要滿足以上條件，需要設計人員科學分析變壓器的運行條件，盡量將控制成本，降低能耗。對于變壓器容量可以根據其最佳運行狀態來分析負荷，將負荷率控制在標準范圍內，降低變壓器的設置數量，控制變壓器容量，以此有效降低能耗，提高電力能源的利用率。

對此，設計人員可以根據季節特點，或者白天和夜晚的工作特點設計專用變壓器，以此根據具體需求自動切換工作狀態，以此發揮變壓器的經濟價值。高層建筑一級負荷需要使用兩路獨立回路供電，將不同的回路設置在不同導管先或者線槽內，二級負荷需要使用雙回路供電，如果低壓配電室可以滿足以上不同負荷級別的供電需求，則可以直接從母線饋出接入單回路供電。一般情況下，一級負荷比如消防泵房，消防控制室等需要啟動放射式供電，或者樹干式供電，但因高層建筑負荷類型復雜，電井空間容量有限，則盡量選擇樹干式供電方式，以此控制配電室引線回路數。

另外，在具體設計時還需要滿足可靠性要求，將配電室設計成為可抽展柜子，以此減少維護次數和停電次數，對于同一配電室內相鄰的母線中存在一級負荷時，需要在兩條母線中設置防護措施，以此保證其安全、可靠。在早期設計時需要科學布置配電柜，根據具體要求設計柜前操作流程、兩端的維護通道，并科學預留配電室內控制和面積，便于后期進行優化調整。且在具體設計時還需要處理好上進線和下進線、上出線和下出線之間的關系，在暖通工程設計中還需要加強和人員的溝通，處理好非消防回路布設問題，設計電氣防火系統，便于及時監測各種火災隱患問題。

3.10 柴油發電機組設計

在具體設計時先需要控制發電機組的臺數、容量，一般可以分為消防負荷和非消防負荷兩種，在完善功能的同時，也可以降低成本，提高消防電源的可靠性和安全性。對于出線母線可以對應分為消防母線和非消防母線，在突發故障時可以啟動消防電源來供電，對此需要科學控制機組尺寸，根據規范要求預留面積，并考慮機房的煙氣排放問題，此時就需要和通風工程人員進行交流，將機房設置在和通風管道較近的地方。另外，在設計發電機組時還需要考慮備用電源的啟動時間，避免其和其他電源同時啟動，以此確保發電機組內部不出現電氣聯鎖的問題，以此影響其運行。一般情況下，可以設置專用雙電源自動開關，在啟動后可以自動延遲運行時間，并自動轉化功能，不需要再次人為設置即可。

3.11 供電線路設計

高層建筑火災隱患大，則需要根據具體情況對消防配電線路和非消防配電線路單獨設置豎井，將豎井設置在電纜井兩端，對于線路盡量選擇絕緣，抗燃性強的，為了避免線路在安裝時出現問題需要確保每一根都沒有接頭，并在安裝時整段敷設，不需要穿過管線。

4 結語

總之，高層建筑電氣工程設備多、性能多、用途多、線路復雜，對于施工、設計、技術等都有著較高的要求，對此在進行供配電系統設計時需要科學分析各方面因素，加強控制，優化設計方案，確保電氣設備、供配電系統、電力系統等都可以安全、穩定運行。為了實現節能目標，確保人們用電安全，還需要設計人員遵循相關標準和原則以及科學技術，以此推動高層建筑電氣工程健康發展。