高层建筑高低压供配电设计

刘准生

［润加物业服务（深圳）有限公司南宁分公司，广西 南宁 530000］

0 引言

在高层建筑设计过程中，高低压供配电设计过程复杂，对安全性能要求高，设计过程重要且困难。因此，如何克服困难，在高层建筑中设计出合理、实用的高低压供配电系统是每个设计工作者须研究和考虑的问题。

1 高层建筑供配电系统的特点

在高层建筑中，供配电系统的设计直接影响到其电力设施的安全使用。如今，建筑行业飞快发展，高层建筑的结构形式也越来越多，给供配电系统的设计和安装带来一定的困难。高层建筑的空间结构跨度很大，尤其是垂直方向上的跨度。高层建筑中使用的电器很多，如电梯、空调、风扇、电磁炉等，这些用电设备都要靠电力供应，都需要依靠安全的供配电系统。在现代社会，随着经济的迅速发展，居民的生活质量也越来越好，人们使用的家电、办公设备越来越多，消耗的电量也更大。因此，供配电系统的安全性能就变得尤为重要。

2 高层建筑对供配电设计的要求

2.1 供配电系统应具有较强可靠性

高层建筑运行时，因建筑物内各种电器和设备的电力消耗需求量大，因此对电力供应、配电系统的负荷有很高的标准和要求，因此在设计时要确保供配电系统的负荷能达到高层建筑的负荷标准，并在系统设计阶段就应认真做好高层建筑负荷的调查和分析，从而减少其故障率。此外，高层建筑在运行过程中，还涉及各种消防仪器的使用，这些消防仪器都要靠供电才能正常运行和使用，因此，供配电系统设计时应采用高抗火性的电线电缆，确保系统能够正常、安全、稳定运行[1]。

2.2 配供电系统电源应具适当的转换时间

高层建筑设计过程中，为确保供配电系统的稳定，一般都要安装两个相互独立的电源。因此，供配电系统设计时必须考虑某一电源可能出现的故障，必须保证电源切换时间达到相应的要求，以提高高层建筑供配电系统供电的稳定性。此外，对于电力供应稳定性有较高要求的超高层建筑，必须在供配电系统中安装柴油发电机，如果出现断电的情况，可将其作为后备电源补充使用。在选择ATSE 电源转换开关时，可优先考虑选用PC 级转换开关，然后对比开关的转换时间和允许转换时间，如果切换时间太长，需要安装UPS 电源。

3 高层建筑供配电系统设计存在的问题

3.1 能耗大，浪费资源

作为建筑工程的用电调度主控平台，供配电系统可以根据电网的运行方式进行电力资源的优化配置，从而加速区域电力生产过程的一体化建设。在建设初期，受各种主观和客观因素的制约，建筑工程的供配电系统出现很多调度性方面的问题，普遍存在“能耗大”的现象，直接影响建筑物的整体性能。如在家庭建筑中，房屋内部电路的不合理布置，使得家用电器在使用过程中，产生大量的能源消耗，不仅违背经济型建筑的要求，而且对住宅居民的居住环境造成一定的影响。

3.2 故障多，安全性能低

现阶段，国家对建筑行业标准进行明确规定，要求建筑行业注重技术创新，需定期不定期对建筑进行优化升级，给供配电系统创造良好的运行环境，降低不利因素对系统的影响；同时，要完善建立智能化供配电系统，优化供配电调度模式，通过供电系统和网络的相互作用，使建筑供配电系统更加安全可靠。然而，经过长时间的运行，建筑内部的供配电系统出现问题或故障的概率也越来越高，这会影响建筑物的正常运行，降低供电系统的安全可靠性。

3.3 功能不齐全，技术不到位

部分高层建筑供配电系统的功能不全，对建筑工程各项性能和指标产生影响，也影响建筑物的供配电系统设计的改造和升级[2]。如：部分建筑物供用电模式不完善，影响其供配电设计的优化。因传统的建筑物供配电系统缺陷较多，新的改造模式不适用，配电技术、操作系统、网络控制与调度等技术应用不到位，阻碍了建筑物特别是高层建筑整体功能的实现。

4 高层建筑高低压供配电设计方案

供电、配电系统设计前期，首先要依据有关规定，确定最大负荷等级和各等级相应的用电负荷的大小。只有做好用电负荷的计算，才能判断和选择何种类型的供电系统、仪器设备等装置。在电力系统的实际应用中，通常灵活采用单位建筑面积用电指标法和需要系数法或者两种同时使用的方式对用电负荷进行计算。用电负荷等级一般分为一级、二级和三级负荷，一级负荷必须有两个电源供电，其中一台电源出现故障，另一电源不会同时受损，如果一级负荷中有特殊的负荷要求，要增加一台备用电源，并禁止其他负荷与其连接；二级负荷一般由双回线供电；三线负荷则没有特殊要求。本文从高压和低压系统分别对高层建筑的供配电系统进行分析。

4.1 高压供电系统设计

4.1.1 确定高压供配电设计方案

电力设备在高层建筑中的应用较多，实际使用过程中，建筑中电力设备的总负荷较大，因此，高压供配电系统的线路电压一般超过10kV，要想确保高压供配电系统线路能够正常运行，可根据实际选择使用单侧、双侧或者环形的双回路模式。单侧的双回路模式建设成本最低，但其安全性和可靠性也较低；环形的双回路模式安全可靠性高，但建设成本也高；双侧的双回路模式安全可靠性居于单侧和环形的双回路模式之间。因此，在高压供配电系统的设计过程中，需根据高层建筑对供配电系统的安全可靠和建设成本的实际需求，确定选用什么类型的方案和供配电模式，以确保高层建筑系统高压供配电能够实现预期的效果[3]。

4.1.2 确定主接线设计方案

确定高压主接线施工方案时，不能脱离供配电系统方案内容，两个方案相对应才能发挥效果，同时，要考虑高层建筑运行时真实使用的电源，最后确定高压的主接线设计方案。要想保证高层建筑物的高压供配电系统能够安全、可靠运行，就要考虑选择复杂性建设方式，即在高压供配电系统内安装母线开关，然后分段成单个母线，通过这样的设计，在高压的供配电系统运行过程中，如果有电源出现故障，可立即通过母线开关提供临时性电力供应，弥补故障电源线路的问题，确保高压供配电系统的安全可靠运行。虽然供配电综合系统的建设成本较高，但目前高层建筑的供配电系统还是普遍使用高压供配电系统并长期运行。

4.2 低压供配电系统设计

高层建筑在建设低压配电系统时，一般采用的低压配电系统有树干式、辐射式、链式和混合式4 种。在高层建筑中混合式配电方式应用最广泛。

4.2.1 链式供配电系统设计

链式供配电方式主要是将电器或者配电箱与供配电系统的主干线路连接，直接供电运行。在供配电系统建设时，由于链式供配电方式线路分支节点不多，且更方便施工人员铺设电缆和电线，因此建设成本相对低。然而，链式供配电系统也有一定的弊端，系统在运行时，如果出现问题故障，在检修的时候要切断线路彻底断电，因此链式供配电模式的可靠性不高，在低压供配电系统中使用这种方式时，一般用在对供电安全可靠性要求不高的建筑内，且这种建筑链式供配电方式对用电仪器的容量要求不高。

4.2.2 树干式供配电系统设计

树干式供配电系统设计过程中，要求在供配电装置的主干线上合理设置节点，把主干线路电力传送到相应的配电箱，供应给使用的设备或电器，这种运行原理和链式供配电系统相近。树干式供配电系统施工工艺简单，造价低廉，而且与链式供配电系统相比，供配电的运行更加稳定和安全。不过，为了确保主干线路更加可靠，避免主干线路的任何一点出现故障，会对建筑的电力供应产生影响[4]。因此，在低压供配电系统建设时，如果对建筑的供配电系统功能可靠性不作高要求，且其用电负荷分布较均匀，则可以考虑采用此供配电系统。

4.2.3 放射式供配电系统设计

对于放射式供配电系统而言，其主要是通过将总配电箱的电力分配至各配电箱，放射式配电系统有一定的优势，可实现供配电各个子系统中电力的独立供应，如果供配电系统出现问题，出现问题的子系统不影响其他供配电子系统的运行，这样使得供配电系统故障的影响范围大大缩小，有利于实现供配电系统的安全、可靠性能。然而，放射式供配电系统在设计过程中，需要铺设的线缆较多，既提高了供配电系统工程的造价成本，又增加施工难度，且放射式供配电系统运行时灵活性不足。因此，在开展低压供配电系统建设工作时，一般考虑将其运用于供配电可靠性较高，且仪器设备容量较大的建筑工程中。

5 提高高层建筑高低压供配电设计的方法

5.1 提升电源保障能力

实际高层建筑高低压供配电系统中，一级负荷和二级负荷的供电方式不一样，一级负荷需要依靠两个供电电源输出电力，但二级负荷主要通过两个独立的专用回路输出电力。若要保证一级负荷不出现断电或其他故障，则应在系统中使用柴油发电机组。如果是紧急照明装置等特殊用途的电器，必须事先准备好电池，以便在出现故障时能够及时供电。对于可能发生的意外状况，要做好应急预案和预防措施，安装可以随时充电的独立运行的干电池应急灯，以备不时之需，如果建筑内发生安全事故，室内相关工作人员能短时间离开安全事故现场。

5.2 合理选择变电所

高层建筑如高楼大厦的变电所位置和设备的选择必须全面统筹考虑，最好选择距离负荷中心和电源位置较近的地方，便于仪器设施的安装和运输，同时确保变电所的良好通风和散热，但要强调的是，变电所的选址不能选在剧烈震动、潮湿和采光差的地方，且尽量避开有腐蚀性的地方安装和建设。

5.3 确保接地方式的安全

供配电系统设计过程中，线路的接地方式是保证供配电网安全的关键。对于高层建筑而言，可以将工作接地和保护接地两种方式相结合进行设计，这种组合式接地方式更方便使用。在实际应用中，接地电阻值一般都高于国家要求的相关标准值，因此要充分利用高层建筑钢筋的接地电阻，并通过人工接地，使得高层建筑接地网功能更加齐全，进一步提高高层建筑供配电系统的整体性能，实现预期目标[5]。

5.4 电源转换开关的选择

负荷特性是我们在选用ATSE 电源转换开关时的重要依据，应充分考虑其性质，并根据装置的断电时间间隔，优先选用PC 级的转换开关，将电源切换时间和重要负载的允许中断时间互相比较，当电源切换需要较长时间时，可通过增加UPS 电源的方式，以确保重要负荷供电的连续性。在设计过程中，要结合实际情况对其进行科学、合理的划分，使各供电地区的连续性得以实现。

5.5 应急柴油发电机组的设置

应急柴油发电机组是目前高层建筑一级负荷的供电、配电系统中一种常用的电力供配电方式。如果是使用一台发电机组进行发电，要尽量避免出现突发事故，因为一旦发生故障，电力供应就会变得非常困难，所以必须将应急电源与常用电源分开，并需要一台柴油发电机组作为紧急情况下的备用电源。若高层建筑的高度超过200m，垂直输送电力较困难，不能满足楼面承载能力时，则可以采用EPS、UPS 方式确保电力供应的连续性；若以上方法都不可行，且不会对建筑物及居民产生影响的情况下，可在高层建筑的顶端合理安装小型柴油发电机组。

6 结语

通过以上综合分析，我们对高低压供配电系统的概念、存在问题、系统设计和提高高层建筑高低压供配电设计的方法等都有了一个全面的认识。总而言之，为了能够更好地进行高层建筑的高压低压供配电综合系统的设计，还需要大量的专业人士和技术人员的经验积累，根据国内外的经验，针对高层建筑的实际需要进行了一系列的优化和完善，为高层建筑的高低压供配电综合系统的设计、施工提供了质量和效果保证。