高层建筑电气工程供配电系统设计分析

高桂根 GAO Gui-gen

（华东建筑设计研究院有限公司安徽分公司，合肥 230000）

（East China Architectural Design &Research Institute Anhui Branch，Hefei 230000，China）

1 概述

城市在不断发展过程中出现了速度越来越快的情况，而且，在施工项目数量方面也出现了越来越多的情况，这样就使得城市在发展过程中出现了很多的高层建筑，这些建筑的出现对城市发展有一定的影响，因此，在进行高层建筑电气设计工作的时候一定要非常认真，对设计方案要进行反复的推敲，这样在功效方面能够得到保证，同时也满足了社会发展对高层建筑的各项需求，从而更好地促进社会的发展。

和高层建筑物电气相关的用电设施种类很多。室内、楼梯以及安全通道的照明都是电器照明设施；运货电梯以及载客电梯等设施；生活以及消防水泵等排水设施；冷却塔风机与水机组制冷设施；引风设施以及鼓风等锅炉设施；排风设施、冰箱等厨房设施；空调中的送风、回风、风机管盘等送电设施；正压、排烟风机等消防设施。除此之外，高层建筑的使用功能不一样所需的电量也不一样，但是总的来讲需要的电量都很大，还有高层建筑中的消防、客梯、应急等用电都要有自己单独的电源。

高层建筑电气进行设计，首先需要考虑的就是电力负荷，如果不对其进行科学而又客观的计算和估计，那么其精确程度将严重影响到超高层建筑中设备的使用安全。而在进行电力负荷计算的时候，需要采用负荷密度法或是需要系数法对其进行计算，这样得到的数据更加真实，从而为超高层的电气设计奠定良好的基础。此外，在电气设计时，为了保障建筑供电的可靠性以及安全性，必须提供两个或是两个以上的供电电源，这样才能保证供电的需求。供电电源需要当地的供电部门提供一些必要的支持，这样才能保证供电能力。在进行供电时，需要保证两个供电电源同时供电，将彼此都作为备用电源。

2 高层建筑电气设计中应注意的几个问题

①高层建筑由于需要负荷很多的照明和空调，再加上运输设备和排水设备非常多，所以对电的需求量很大，并且对供电的可靠性要求很高。

②在高层建筑中，照明与动力基本上不共用干线。动力负荷多采用放射式供电，照明负荷则多采用母线槽配电，与动力分开。

③由于在结构上多数采用大柱距，形成大空间，使墙面安装的设备增多，必然使地面管道增多。

④由于建筑构件的预制装配化及干法施工；缩短了施工周期，而且顶棚一般采用标准化、系统化的吊顶。

⑤电气设备的管线应采取防火措施。

⑥空调设备等主要用电设备分散，多数要求集中管理，即要求采用电脑管理和监控系统。

⑦采取防震措施。如配电屏、灯具等电气设备的防震；管线的层间贯通和建筑伸缩缝与沉降缝的耐震处理等。

⑧消防要求高。由于高层建筑具有高度高，体量大，人员密集，设备多等特点，具有很多的火灾隐患，因此对消防要求是很高的。

⑨电能与企业的经济效益及人们的日常生活息息相关，因此节约用电是很有必要的，尤其是在高层建筑中。高层建筑的节电设计方案，应根据技术先进、安全适用、经济合理、节约能源和保护环境的原则确定。采用合理的配电方式，采用高效率变压器、电动机和照明光源、无功功率补偿装置和设备监控电脑系统等措施，减少电能损耗，节约用电。采用壁灯时需将容量提高一级或增加盏数。

⑩照明要求。

1）混合照明：该照明方式是由一般照明和局部照明组成的。通常来讲，混合照明中一般照明的照度应高于混合照明总照度的5-10%，同时要求其最低照度高于20lx。如果没有达到这个标准，很可能因为亮度分布不适当而出现眩光。

2）事故照明：出现故障全部工作照明都被熄灭后，供暂时继续工作或供人员疏散用的照明称为事故照明。

3 高低压配电系统的设计

①高压配电系统：一般来说，现代高层建筑都是采用两路独立的10kV 电源同时供电。通常高压采用单母线分段，自动切换，互为备用。母线分段数目，与电源进线回路数相适应。只有当供电电源为一主一备时，才考虑采用单母线不分段的结线。电源进线几乎全部采用电缆进线。

②计费方式，采用高供高计。但在低压侧，仍装设计费电度表，采用将照明与动力分开的两部电价法。有些地方供电部门又把空调设备的用电，全部划入照明计价系统，一般做法是安装总表及动力表，由总表减去动力表以后，全部为照明电费。

③为减少变压器台数，单台变压器的容量选择一般都大于1000kVA。为限制低压侧的短路电流，正常时变压器解列运行，中间设联络开关。照明和动力分开设变压器，当动力用电容量太小时，动力变压器可不分开装设，而在低压侧应对动力负荷分类计费。

④高压系统及低压干线的配电方式基本上都采用放射式系统。楼层配电则为混合式系统。配电设备中的主要部分是干线。现代高层建筑的竖井多采用插接式母线槽。水平干线因走线困难，多采用全塑电缆与竖井母干线联接。每层楼竖井设层问配电小问。层间配电箱经插接自动空气开关从竖井母干线取得电源。当层数较多负荷数较大时，一般按层数分区供电，或将变压器分散设在地下层、中间层或最顶层。

⑤低压配电系统各级开关均采用自动空气开关（断路器），设置瞬时、短延时、长延时三级过流保护装置。各级自动空气开关的保护整定，应注意选择性配合，防止越级跳闸。

⑥所有电梯均要求采用两路不同变压器引出的专用电缆进线。在电梯机房的末端配电箱，设两路电源的自动切换装置，互为备用。

⑦功率因数按规定应补偿到0.9-0.95。无功补偿都采用集中补偿方式。为降低变压器容量，多集中装设在低压侧，与配电屏放在一起，但必须采用干式移相电容器。

4 高层建筑的节能设计要点

4.1 高层建筑的配电变压器的节能选型设计

在实际工作中，为了实现变压器的节能目的，需要对投资与年耗电量等诸多因素进行综合性考虑。通过实践我们知道，经济合理的配电变压器，在选型和设计时要根据配电变压器的投资回收年限来最终确定具体型号。一般采用变压器投资费用价差和年耗电的电费价差来获取。

对于配电变压器节能优化选型，需要依据高层建筑所需的实际电负荷要求，通常要稍高于变压器最佳负荷来选择型号。达到变压器负荷率保持在70%左右具有最高的经济性。选择相应型号时，需要首选空载损耗与负载损耗等方面较小的节能型变压器。例如：在选择315kVA 的l0kV配电变压器时，一般选择S13节能型配电变压器，这种变压器与传统变压器对比可以大大降低负责损耗与空载损耗。对于配电变压器的优化选型设计，通常首选三角形的立体卷铁芯高效节能经济型配电变压器，这种变压器已开始逐步取代常规插片式高能耗的配电变压器。该变压器可以很好地提高建筑供配电系统的电能转换效率，还可以有效降低配电变压器运行能耗。此外，还能够延长配电变压器的使用寿命。

4.2 高层建筑照明系统的优化节能设计

在荧光灯与高强度气体放电灯进行优化与选型设计中需要满足GB50034-2004《建筑照明设计标准》中的相关技术规定。同时，需严格控制照明系统的相关节能指标。通常在高层建筑照明系统中采用智能化自动控制系统。一旦将智能化控制系统和高层建筑照明性能有效结合，就可大幅提高系统的照明质量，有效的提高照明的人性化服务水平。同时，智能照明系统能有效根据具体环境中的温湿度与自然光照情况，通过科学分析后制定出节能效果明显的控制方案。从而使照明系统的控制更为准确、更加精细。并且能够很好地提高建筑照明系统电能转换效率最终实现节能设计目标。

4.3 高层建筑中电机拖动系统的节能设计

通常，电机拖动系统产生的能耗占所有电器能耗90%以上。并且多数拖动系统电能转换利用效率很低。实现节能降耗可以在电机拖动系统中多做文章。一般对于200kW 以下选择低压电机可以大大降低投资。而355kW或者以上功率的电机必须选择高压电。而在200～355kW范围之间的，需要综合考虑技术、投资与运行节能的经济性等诸多因素。最终确定更为节能的电机实际功率。这就需要结合建筑电机拖动系统具体情况，选用适用的变频调速与软启动等先进控制方案。做到对电机拖动系统控制模式的科学优化设计，最终实现该系统运行的高效与节能。

5 结束语

随着城市现代化进程的推进速度越来越快，高层建筑在我国各城市特别是大城市得到迅速发展，在进行高层建筑电气设计工作的时候一定要非常认真，对设计方案要进行反复的推敲，其负荷容量计算是否准确，供电电源选择及变配电所布置是否合理，供配电系统是否经济，运行是否能保持稳定、安全等方面，将决定其最终成果的优劣。这样才能在功效方面能够得到保证，同时也满足了社会发展对高层建筑的各项需求。

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