高层建筑电气工程供配电系统设计

王潇 徐冰源

杭州中联筑境建筑设计有限公司 浙江 杭州 310014

引言

在供配电系统设计过程中，设计人员一定要从建筑实际情况出发，把握设计要点，合理设置线路位置并且要注意方便操作维护；同时，应做到根据实际用电需求量，灵活调整设计方案。除外，供配电系统的设计也需注意平衡经济效益与社会效益，根据其在电气工程中重要作用，明晰其设计原则及设计要点，准确把握高压配电系统、低压配电系统、电力负荷、变压器、接电安全保护、低压断路器等的设计内容，提高供配电系统的安全性与经济性。

1 电气工程供配电系统相关内容

由于高层建筑具有楼层高、结构复杂等特点，其必须安装更多设备系统，以满足建筑内居民基本生活需要，例如：电梯系统、高层排水系统，防排烟系统及其他消防系统等。一般来说，高层建筑的用电需求量较高，且高层建筑中的应急用电设施应采用独立供电电源，故此，高层建筑中供配电系统应达到能完全满足建筑电力系统整体需要的要求，这样才能保证高层建筑中电力运行的安全性及稳定性。同时，高层建筑的负荷相对较远，存在压降损耗等问题，合理的变电所位置，能够很大程度上降低投资方的资金成本。综上，设计过程中不能仅仅只依靠理论来设计供配电系统，一定要从建筑实际情况出发，综合考虑设计方案。

2 高层建筑中供配电系统设计应遵循的原则

2.1 安全性原则

安全问题应是所有工程施工过程中考虑的首要因素，特别是对于电气工程而言，安全问题更是尤为重要。因此在设计过程中，设计人员需始终考虑供配电系统的后期运行情况，确保其安全稳定，只有这样，才能为后续电力系统的安全稳定运行奠定良好基础。同时，设计人员还应科学合理设置供配电系统，有效控制电压与电流，提高供配电系统的安全性。

2.2 节能性原则

随着社会发展与人民生活水平的提高，公众对建筑设施提出了更高的要求及希望，其要求在建筑施工过程中能加入节能环保的理念，这就要求相关人员在供配电系统的设计环节应以节能环保为原则。现阶段，专业设计人员主要依靠降压来实现这一节能目标，因此，有必要对降压专业设备进行优化和创新，这样才能最终达到降低功耗的目的[1]。

2.3 合理性原则

一方面，合理设计供配电系统能起到节约电能的作用；另一方面，也有助于电力企业合理规划用电量，节约成本，提高经济效益。供配电系统合理性原则要求设计师应在满足住宅用电基础之上，尽量减少高层建筑的反向供电情况，并按照建筑内电气设备的实际设置情况，合理设计配电路径。如果供配电系统没有合理设计供电路径，会造成电气部件数量的增加，电压降的损耗，从而造成投资浪费，且伴有更高的供配电系统风险。此外，变电所位置也极大影响了配电线路设计方案，其一旦选在一个不合理的位置，势必会导致不科学、不规范的线路布局。故此，相关设计人员应提前考虑到变电所位置带来的影响，尽量使其靠近负荷中新，减少由于不必要线路而产生的电能损耗，例如：在换热站附近设置变电所。

3 高层建筑电气工程供配电系统设计要点

3.1 高压配电系统设计

高层建筑由于其自身独特性所以对电气工程质量要求更高，因此，这需要设计人员进行科学合理的电气工程设计，以便其能满足高层建筑运行发展需要。此外，常规高层建筑中消防负荷及主要通道及楼梯间用电；客梯用电；排水泵；生活水泵用电，为二级负荷甚至一级负荷，故其采用的上级电源基本都为相互独立的两路高压电源，以此来降低大规模断电现象的发生，提高电力使用效率及运行安全性。高压配电系统是高层建筑电气工程中的重要一环，其是满足居民用电需要及保障电力安全的核心。一般来说，高压配电系统都应选用单母线分段接线，主要目的是为了便于其实现自动切换，例如：如果一条线路发生故障，其能够立即切换另一条安全线路，达到保障电力运行的稳定性，满足用户生活需要。

3.2 低压配电系统设计

相较于高压配电系统，低压配电系统的作用也同样不容忽视。其能正常运行是保证整个建筑供电平稳的关键。故此，相关工作人员需务必对其开展多种防护措施，以期确保构成系统的每一环节都能安全、可靠运行，避免由此而造成的额外损失。低压配电系统内的电流电压容易受外部环境影响从而造成不稳定情况，妨碍电气工程正常运行。漏电事故是高层建筑中较为常见的安全事故，一旦发生就可能会造成极大影响，严重危害居民的生命健康。这就要求设计人员在设计低压配电系统时，一定要注重关注漏电风险，合理利用漏电断路器设备，提高电力系统运行安全，保障居民用电质量[2]。

3.3 关于电力负荷方面

在确定某个区域电力负荷等级时，不仅需要参考有关标准也要结合区域实际情况。一般而言，高层建筑电力负荷等级可以按以下标准划分：除了消防设施、电梯设施、安全防护设施、楼梯照明设施及生活泵等为一二级用电负荷外，其余设备均为三级用电负荷。民用住宅用电负荷在高层建筑电气用电总负荷中占比最大，因此，设计师在设计电力负荷时，一定先把握高层建筑中的基本用电情况，再根据工作、生活在楼盘的人员的常规作息及设备的季节性运行规律，制定出经济效益与社会效益相对平衡的方案。此外，需结合项目用电量和点位分布，本着“靠近负荷中心，满足当地供电部门的安装和使用要求”，合理设置变电所位置。

3.4 关于变压器方面

为了提高变压器运行时的安全稳定性，设计人员应在充分考虑变压器运行条件的情况下，以能源消耗及成本控制为选择变压器的首要考虑因素。因此，设计师在选择变压器时应以低能耗的高效变压器为主，并使其负荷率保持在最佳负荷状态的80%左右，如果变压器的负荷率与容量能始终维持平稳运行状态，就可以相对减少变压器数量转而增加其容量，以达到节约成本、提升变压器使用效率的目的[3]。由于电力负荷会因为季节变动而导致电能质量波动，故此，针对这一情况应选用专用变压器来调节，实现灵活切换，保障其经济运行，防止由于变压器空载运行而导致资源浪费；结合国家碳中和的宏伟目标，当前的新能源车充电桩设置需从长考虑，部分人流量大的公共场所，可以结合车位情况，适当预留变电所内充电桩专用变压器组空间，为将来新能源车的普及做好铺垫。

3.5 接地安全保护设置

设计师在设计供配电系统过程中，需要对各个方面都进行详细分析与考虑，安全问题更应该是考虑的重点，尤其是居民人身安全。由于高层建筑的人口密度普遍较大，数量较多，一旦发生安全事故，不但会造成更大危害，救援难度也会增加。所以，工作人员在设计高层建筑电气工程配供电系统时，要确保电气设备能够以自动的形式中断故障点，换言之，就是在供配电系统中一定要安排接地安全保护装置。在高层建筑电气工程中设计接地安全保护装置对建筑用电安全方面有极大帮助，一旦高层建筑中发生任何危险，其都能以最快速度切断故障点用电，继而防止发生电力危险，保护居民生命安全及财产安全[4]，常规的接地系统往往采用TT、TN、IT这3种形式，而目前以TN系统居多，TN系统是将电气设备的金属外壳与工作零线联结的保护系统，当设备出线外壳带电时，对地短路故障，保护开关动作，从而保证人员安全。

3.6 关于低压断路器方面

设计师在设计高层建筑供配电系统过程中，必须要重视低压断路器的作用，尤其是供电系统、照明系统安全运行的有力保障。与传统断路器设备（如保险丝、闸刀等）相比较，低压断路器的安全性及稳定性更高。设计师在选取低压断路器类型时，应防止出现因电压断路器选择不当，影响电能输送，从而导致供电系统、照明系统发生故障的现象；例如低压断路器上下级间的级差选择；远距离低压短路需结合供电距离选择适当的断路器整定值及脱口曲线等，设计师应结合实际建筑结构及用户具体用电需求，合理选择低压断路器，提高居民用电安全性。

3.7 关于变配电所位置选取

为了更好地方便居民生活，高层建筑中必然会配备更多的辅助设施，例如：换热站、空调机房、水泵站等，这些辅助设施的耗电量远远超过单个设施，因此，可将变电所位置设置于这些辅助设施附近，以达到缩短线路、节省电能的作用，同时可以有效能保障供电杆线的压降允许范围。故此，应根据以下几点合理选择变电所设计位置。第一，离负荷中心越近越好，且应注意进出线是否方便以及是否靠近电源侧；第二，在选择位置是应确保其有足够空间进行设备的运输及吊装；第三，严禁将变电所位置设计在可能有剧烈震动及靠近危险爆炸品的场所；第四；由于变电所应远离水源，故此厨房及浴室的下方或邻近区域也不应该被选择，避免出现水渍侵蚀等情况；第五，在高层建筑地下室设置配电所时，其位置应具有良好的通风散热效果；第六，不能出现将变电所放在高层建筑最底层的情况，如果建筑内仅包含地下一层，也应对其位置进行适当抬高处理，避免出现雨水倒灌等情况。

3.8 关于插座、开关的选择

虽然插座、开关是整个电气工程中最不起眼的零件，但其重要性不言而喻，甚至直接影响到整个建筑的安全用电问题，所以，工程设计师在设计电路线路图时，首先应明确插座、开关在整个电气系统中的排布方式，其次要确保开关无论处于开启及闭合的状态都能有效接通电源，这是电气供配电系统设计需要关注的重要内容，同时应根据不同设备的类型及具体使用

方法，合理选择开关类型，最大限度保障居民用电安全，降低因插座或开关而导致火灾事故的概率。

3.9 独立双电源系统

在高层建筑中配置独立双电源系统可以有效保障建筑用电安全。同时，一定要另外安装一条独立于正常电源外的专用馈电线路，且应配备自动投入装置，通过自动开关，将消防及非消防负荷分开，在发生火灾或事故后，能够将非消防电源切断，从而防止火灾或事故扩大并保证消防负荷能够可靠的供电。

4 结束语

随着时代日新月异发展，各行各业都在调整步伐，以期能在复杂的市场环境中获得更大发展。因此，高层建筑电气工程供配电系统设计工作也要顺应时代发展潮流，及时转变脚步。这就要求设计师在设计工作中要结合实际情况，发挥专业能力对高层建筑供配电系统进行科学设计；同时，面对设计过程中存在的故障，要参考以往经验，运用现代化科学手段制定出高效合理的解决方案。只有如此，才能保障高层建筑供配电系统的安全平稳运行，提升居民生活幸福感。