高层建筑供配电系统的设计分析

【摘要】现阶段经济快速发展，人民生活水平也随之提高，人口增长过快也成为主要社会问题之一，随之而来的是人口与住房面积之间的矛盾。现有的住宅面积难以满足所有人的住房要求，因此高层建筑应运而生。商业大厦、高层住宅以及综合写字楼等高层建筑大大增加了居住面积。高层建筑供配电系统作为建筑主要的运行动力，其安全可靠性深受关注。本文通过研究高层建筑对供配电系统的要求、设计原则，综合各方面因素考虑，提出具体的高层建筑供配电系统设计方案，保证高层建筑使用效益最大化。

【关键词】高层建筑；供配电系统；设计原则

1、引言

当前我国高层建筑的主要特点是建筑楼层高、用电量大，电压负荷是远远大于传统建筑的，因此要保证高楼建筑供配电的安全性、可靠性，必须要设计出合理的供配电系统，比如低压供配电系统。

2、高层建筑对供配电系统的要求

高层建筑中的设施普遍具有电压负荷大、全天候工作的特点，因此电力系统运行的连续性和可靠性是高层建筑供配电系统设计最需要考虑的问题。一般情况下采用双电源运行方式，放射式与树干式相结合的供电模式。

2.1供电电源的可靠性

建筑物内部的供电电源的安全可靠性是影响人们日常生活的最直接的因素，也是建筑内相关设施运行的主要电力保障。目前建筑物发生火灾的现象层出不穷，大部分建筑物都有自己的消防设施以及逃生措施，来保证事故发生时的人身安全，而相应的绝大部分消防用具都是要靠供电电源才能启动运行的。这说明，如果发生火灾，供配电系统如果发生故障，消防设施和逃生措施将无法使用，对人员的逃生造成重大影响。

2.2保证供电的连续性

由于高层建筑一般包含消防水泵、防排烟设施、照明和电梯等必须连续性工作的设备，通常情况下不允许进行断电处理，除非发生了某种极端情况，所以高层建筑一般采用两个独立电源进行供电，可以从电网系统中的母线分离出来。但是内部负荷对于当前建筑物来说尤为重要，因此对建筑物的电源系统要进行不定期维护检修，并建立一个独立的电源来保证供配电系统能够供电正常，比如应急电源或柴油发电机的配备。也有一部分建筑物只有一个独立电源，那么柴油发电机就必须存在，作为备用。为保证建筑供电正常，务必保证建筑物存在两个或者两个以上的供电电源，且能够随时切换，电源之间的切换对于时间的要求也是很大的，所以电气设备运行程度也是显得极为要紧。

3、供配电系统的设计原则

3.1 安全性设计

高层建筑楼层多，用电量庞大，各种电线复杂多样，相互交错连接，也有未及时检修而导致电线老化漏电现象发生，对于供配电系统的安全性保证也是一大挑战，因此在设计时保证供配电系统电线线路的简洁性，并且注意定期维修，是提高安全性的重要措施。此外，高层建筑用电量大也是因为大量高电压、大容量电器的使用，使用危险系数也相对较高，因此在使用过程中要配备一定的保障措施，保护使用人员以及维修工作人员的生命安全。

3.2 可靠性设计

供配电系统的可靠性主要包括供配电系统的主接线、电源配置以及设备的可靠程度。对于主接线而言，它是供配电系统中具有关键作用的一部分。系统主线设备较多，应用也往往比较广泛，对于高层建筑而言，主线设备使用频繁，操作复杂，运行故障极容易对整个系统造成影响，所以在供配电系统的采用低压供配电以及系统集成的方式来减少运行成本，同时，采取结合了380/220V的交流放射式及树干式的供电方式（如图1），由此提高了系统主接线的安全可靠性。

对于供配电设备的可靠性而言，它是能够直接影响供配电系统可靠性的因素，因此通常会选择性能良好的供配电设备，比如继电保护器、变压器等，具有自动化智能化功能，在电气系统运行过程中能够进行自动调节，提高稳定性。

4、高层建筑供配电系统类型及设计步骤

高层建筑供配电系统主要分为三种类型：双电源相互独立、备用发电机、不间断电源装置。双电源相互独立的系统采用了两个不同的电源进线，却同属于一个母线供电。在正常工作时，只采用一端电源进线进行供电，如若发生故障，联络开关会迅速接入另一端电源进线，从而保障了电力的持续供给。因此这要求负荷能够拥有让允许断电时间大于电源切换时间的良好性能，同时，在火灾发生时，具有自动切断非消防负荷用电的功能，保证消防负荷供电的可靠性。备用发电机作为一种应急发电机组，大部分采用柴油发电机，它的使用一般不受外界因素的影响，在两边电源都出现故障的时候，能够保证对重要负荷的持续供电，快速启动的应急发电机组在十秒左右就能提供供电，对于高层建筑供配电系统来说是一个重要的备用设备。不间断电源装置对于重要负荷而言是非常实用的，它不仅可靠性高，而且切换时间也很快，经常用于消防系统的报警装置。此装置的UPS能够连续性供电，中断供电时间以毫米计，而它的EPS装置多用于应急照明的场所。

在供配电系统设计方面，一般包括了对负荷等级的界定、供电电源电压的确定、用电负荷的估计、变压器的选择等内容。高层建筑的用电量大，负载多，对各种用电负荷的级别分类是首先要界定的，保证一级负荷不会断电，一些不必要的负荷进行适当切除，既能保证重要负荷能够正常工作，又能最大程度上对资源进行合理配置，减少不必要的成本投入。通常情况下负荷分级是根据建筑物类别与不同用电负荷的特点进行分类的。高层建筑在安全等级上会分为一、二级别，而相对应的一级建筑物配备一級负荷的要求来提供电能，二级建筑物则是采取二级负荷。当然一些建筑物中也会存在特别重要的负荷，这时也应该采用一级负荷的供电方式来保证设备运行的稳定性。

用电负荷的计算我们经常采用需求系数法或者单位容量法，计算其总量，值得注意的一点是，在设计时要提前留好裕量，防止出现完工后的供配电系统不能承载建筑内过大的用电负荷的现象。

对于变压器来讲，需要足够大的变压器容量，现在大多数供配电系统都采用多台变压器并联的方式，先确定一种合理容量的变压器，然后根据实际负荷量对变压器进行投切，实现设备使用的合理性、经济性。同时，变压器的摆放位置也应该选择接近负荷中心、接近电源线的地方，比如地下室、最高层。

5、案例分析

电气火灾对于高层建筑而言不可避免的，只有设计合理的供配电系统才能一定程度上进行防范，以高层民用建筑供配电系统中的部分防火设计为例，分析如何选取合理的供配电系统。

配变电所方面，一类级别的高、低层建筑的变压器，一般选择干式气体进行绝缘或者具有阻燃性质的液体绝缘的变压器，二类级别的建筑也是如此，否则将采取防火措施。变压器选择，比如小区住宅，一般采用单台变压器不大于630KV的容量。在过去的配电装置中通常采用敞开式，变压器则均为油浸式。油浸式变压器的设置需要防爆隔间，而如今高层民用建筑更多会采用金属封闭式配电装置，分高压、低压和变压配电室已经没有必要。

在低压配电装置的选择上，应该满足所在网络的标称电，设备的操作、搬运与检修时要考虑的三种因素，比如整排的配电屏布置，在其长度超过6米时，屏后面的通道应该有两个通向其他房间的出口，且在通道的两侧。两出口之间的距离超过15米时还应该增加出口。

结语：

综上所述，安全性与可靠性是高层建筑供配电系统设计的出发点，以这两种特性为基本要求来确定供配电系统内部设备的配备，不管是对于高层建筑内部设施的运行稳定性，还是对于人们日常生活的便利性与效率性，都是重要的影响因素，因此在供配电系统设计初期，要实际考虑到各种因素，对于建筑电气系统的设计人员以及工作人员而言，都要了解和熟悉一定的电力系统知识，在其运行中能够使各设备有机配合，也能有效处理故障问题。

参考文献：

[1]陈季心，朱峰，崔海涛.高层建筑供配电系统的电气设计分析[J].建筑工程技术与设计，2017（11）：5202.

[2]王金刚.高层建筑供配电系统的安全设计分析[J].城市建设理论研究（电子版）.2012（15）：1.

[3]王宴荣.高层建筑电气设计低压供配电系统的可靠性分析[J].中国房地产业.2017（16）：194.

作者简介：

朱孝西（1983.2-），男，湖南资兴人，本科，工程师，主要从事电气设计工作。