高层建筑电气工程供配电系统设计分析

长沙电力设计院有限公司 姜超骏

对于高层建筑工程而言，电气工程较为重要，其供配电系统设计的优劣直接影响着人们的用电安全和稳定，作为一个专业性强、技术性强的工程专业，亟须做好整体规划、系统勘察工作，以此科学开展施工，并精准控制设计过程中的各种问题，以此提高电气工程供配电系统设计水平。

1 高层建筑电气工程供配电系统设计概述

在电气工程供配电系统中，功率的流向是单方向的，从电源端向着用户端单方向流动，该模式可以有效将电力系统中的电源通过优化配置输送给用户，在保证安全的同时，也可以满足低电压需求，最终通过用电设备转化成为需要的电能。当前，高层建筑供配电系统中对于电压值有明确的规定，对此在需要设计时还需要考虑用户用电数量、负荷和供电区域内的具体情况，以此设计最佳方案。另外，在完成设计后还需要检查方案的适用习惯，便于满足供配电系统运行各方面需求，最终确保其在未来有可拓展的空间[1]。

2 高层建筑电气工程供配电系统设计要求

一是可靠性，可靠性是供配电系统设计的内在要求，对此需要确保设计可靠，避免在供电的过程中出现各种故障、混乱的情况，通过科学设计，紧密控制，有效确保系统稳定运行。

二是质量，电能质量的好坏和电源频率和电压有着直接的关系，当前我国对于高层建筑电气工程供配电系统额定电压、额定功率都进行了明确规定，对于频率有允许存在的偏差。但是这种偏差存在会对供配电设备的安全性和使用寿命产生影响，严重者会导致设备直接无法使用。对此，在进行系统设计时需要确保电能质量达标，确保供电稳定，满足用户的用电需求。

三是灵活易操作，在进行供配电系统设计时需要遵循简单、灵活的原则，在满足负荷变化需求的基础上，可以在不同环境下自动切换状态，以此避免在具体运行过程中不会出现各种失误操作，在保证系统稳定运行的基础上，也可以实时检修系统。

四是在供配电系统设计时还需要遵循经济性原则，在技术要求下，以最少的投资实现最大的收益，对此人们在后期还需要优化设计方案，不断完善设计方案的功能和特点，以此更好地满足未来社会对电压等级、电气设备容量、安装的新需求。

五是节能性，节约电能是当前建筑行业现代化发展的主要方向，对此在高层建筑电气工程供配电系统设计中也需要遵循节能要求，以此满足各个行业的发展需求，提高电能利用率，以此满足节能高效的设计要求。当前，高层建筑物电气工程节能降耗目标，可以通过优化设计来实现，如可安装节能装置，在空调风机、水泵、马达的设计中，可以选择变频控制设计方法，该方法可以根据具体用电需求自动调整马达、水泵用电量，并根据其具体工作时间和特点有效控制电能的输送，最终提高能源利用率。

3 高层建筑电气工程供配电系统设计内容

3.1 高压配电系统设计

在高层建筑电气工程中，需要应用到大量的电气设备，尤其是高压配电系统，其作为整个配电系统核心，可以稳定高层建筑电气设备运行，当前高压配电系统主要表现为单母线分段式，该形式可以有效提高电路的稳定性，并根据具体运行情况自动切换设备，以此实现设备的通用。

另外，在具体设计时还需要遵循负荷等级和电源要求，其负荷等级主要以《民用建筑电气设计规范》《建筑设计防火规范》中对于不同等级高层民用建筑电气负荷和消防负荷具体规定进行设计。一般情况下，高层建筑物中的非消防负荷，如电梯电源、消防、网络系统、智能电灯等，都需要以最高负荷等级为标准进行设计，对于消防负荷等需要以一级负荷为标准进行设计。一级负荷标准主要有两路，一级负荷是可以同时停电的独立电源，二级负荷是双回路供电，对此在具体设计时需要和电力部门积极商讨，在满足上述要求的基础上进行设计，如果不符合要求，则需要设置备用电源，比如应急柴油发电机组等。

3.2 供配电系统导线选择

在高层建筑电气工程供配电系统设计中，电力线路发挥着重要的地位，其主要负责传输、分配电能，对此在高层建筑工程电气系统设计中，需要科学选择导线，以此确保系统运行安全。同时，电气人员在选择导线时需要遵守相关规范，在安全性基础上尽量节省导线。

3.3 电气设备低压断路器选择

为确保电网电压稳定运行，在必要情况下尽量不切断用户用电电路，需要按照失压保护装置，促使欠压脱和器线圈在电压上相互连接，当电压运行过程中会自动吸附衔铁，如果此时电压下降到额定电压以上时，内吸力则小于弹簧拉力，则此时衔铁会自动锁闭，促使触头自动断开。从以上原理可以看出，低压断路器主要负责保护线路，对于不同的线路还需要设置不同的保护装置，如在变电所内设置低压断路器时，不仅需要发挥保护功能，也需要设置远程控制功能，并在插座线路上发挥低压断路器的漏电保护功能。

3.4 供配电系统设计中配电箱设置

根据电气接电特点，在安装配电箱时需要将各种开关设备、保护电气、测量仪表以及其他设备等，进行封闭式组装或者半封闭式的屏蔽在金属柜内，以此形成一个封闭式的低压配电装置，在一般情况下，启动该装置时只需手动操作开关就可以直接接通电路。但是配电箱如果出现故障，则直接切断电路，其会自动发出报警信号，且在发、配、变电所中，需要通过测量仪表中的参数来分析电气运行情况，根据具体问题及时调整，以此确保配电箱内各个设备可以稳定运行。

3.5 变压器设计

变压器可以促使供配电系统更加安全、可靠的运行，对此需要重视变压器的设计，综合分析其运行情况，在具体设计时要科学选择变压器材料，选择耗能低的材料，以此降低成本，降低能耗率。当前，对于变压器最佳负荷率主要在70%左右，在此范围内变化，变压器可以稳定运行，不会出现意外情况，并提高自身的承载能力，促使供电系统稳定运行，提高电能利用率。高层建筑属于大型工程项目，其用电具有周期性、多变性、集中性特点，对此需要技术对变压器进行调整，根据具体用电时间段和集中点调节。如在夏冬季节对于空调的使用次数多，对此也可以及时调节变压器数值，在节约电能资源的同时，也可以确保建筑楼层稳定运行，降低经济成本。

3.6 插座和开关的选择

插座和开关是电气系统的终端，其也发挥着重要的作用，虽然开关和插座较小，但是主要负责高层建筑电气设备和照明灯具的闭合和启动功能，对其可以进行直接控制。但是在断开开关时，电气设备就会被切断，对于任何一种性能、功率的设备而言需要科学选择开关和插座，以此有效预防各种漏电等安全事故的发生，以此确保人们用电安全。

3.7 备用电源设计

在电气工程供配电系统设计中想要提高安全系数，确保系统运行安全，确保人们用电安全，需要在高层建筑每一级供电负荷下设置两个独立控制的供电电源，以此确保在集中用电下不会出现各种意外情况，确保供电安全和稳定。

3.8 降低线路能耗

高层建筑电气工程供配电系统设计复杂。在铺设电气线路时需要根据具体情况，具体需求科学规划设计，尽量避免交叉情况，确保电气设备安装顺利，在降低其能耗、保证安全、设计科学的基础上，不影响建筑物的美观度。且在具体设计时还需要优化布局，在保证敷设顺利的同时，也可以降低能耗，并确保电力系统在输送电能的过程中安全、可靠，避免因为各种故障情况导致电能损耗的情况出现，以此实现设计最佳。不同的电流流向，对于线路材质有着特殊的要求，对于电流的损耗也是不同的，对此在进行电气线路设计时需要科学选择材料，保证最佳设计，尽量减少线路中电阻的布设，确保电网可以稳定运行。

3.9 配电室设计

高层建筑负荷容量大，一般楼层越高，则需要在合适位置设置两个以上的配电室，并缩小配电室供电半径，以此降低电力损耗，确保变压器可以稳定运行，保证变压器的运行安全和可靠，想要满足以上条件，需要设计人员科学分析变压器的运行条件，尽量将控制成本，降低能耗。对于变压器容量可以根据其最佳运行状态来分析负荷，将负荷率控制在标准范围内，降低变压器的设置数量，控制变压器容量，以此有效降低能耗，提高电力能源的利用率。

对此，设计人员可以根据季节特点，或者白天和夜晚的工作特点设计专用变压器，以此根据具体需求自动切换工作状态，以此发挥变压器的经济价值。高层建筑一级负荷需要使用两路独立回路供电，将不同的回路设置在不同导管先或者线槽内，二级负荷需要使用双回路供电，如果低压配电室可以满足以上不同负荷级别的供电需求，则可以直接从母线馈出接入单回路供电。一般情况下，一级负荷比如消防泵房，消防控制室等需要启动放射式供电，或者树干式供电，但因高层建筑负荷类型复杂，电井空间容量有限，则尽量选择树干式供电方式，以此控制配电室引线回路数。

另外，在具体设计时还需要满足可靠性要求，将配电室设计成为可抽展柜子，以此减少维护次数和停电次数，对于同一配电室内相邻的母线中存在一级负荷时，需要在两条母线中设置防护措施，以此保证其安全、可靠。在早期设计时需要科学布置配电柜，根据具体要求设计柜前操作流程、两端的维护通道，并科学预留配电室内控制和面积，便于后期进行优化调整。且在具体设计时还需要处理好上进线和下进线、上出线和下出线之间的关系，在暖通工程设计中还需要加强和人员的沟通，处理好非消防回路布设问题，设计电气防火系统，便于及时监测各种火灾隐患问题。

3.10 柴油发电机组设计

在具体设计时先需要控制发电机组的台数、容量，一般可以分为消防负荷和非消防负荷两种，在完善功能的同时，也可以降低成本，提高消防电源的可靠性和安全性。对于出线母线可以对应分为消防母线和非消防母线，在突发故障时可以启动消防电源来供电，对此需要科学控制机组尺寸，根据规范要求预留面积，并考虑机房的烟气排放问题，此时就需要和通风工程人员进行交流，将机房设置在和通风管道较近的地方。另外，在设计发电机组时还需要考虑备用电源的启动时间，避免其和其他电源同时启动，以此确保发电机组内部不出现电气联锁的问题，以此影响其运行。一般情况下，可以设置专用双电源自动开关，在启动后可以自动延迟运行时间，并自动转化功能，不需要再次人为设置即可。

3.11 供电线路设计

高层建筑火灾隐患大，则需要根据具体情况对消防配电线路和非消防配电线路单独设置竖井，将竖井设置在电缆井两端，对于线路尽量选择绝缘，抗燃性强的，为了避免线路在安装时出现问题需要确保每一根都没有接头，并在安装时整段敷设，不需要穿过管线。

4 结语

总之，高层建筑电气工程设备多、性能多、用途多、线路复杂，对于施工、设计、技术等都有着较高的要求，对此在进行供配电系统设计时需要科学分析各方面因素，加强控制，优化设计方案，确保电气设备、供配电系统、电力系统等都可以安全、稳定运行。为了实现节能目标，确保人们用电安全，还需要设计人员遵循相关标准和原则以及科学技术，以此推动高层建筑电气工程健康发展。