高层建筑电气中供配电系统设计研究

摘要：高层建筑供配电系统设计应综合全面考虑设计，不仅要考虑其可靠性、经济性，还要考虑安全性。高层建筑供配电系统还有许多特性，其设计还值得许多探讨研究，在设计过程中必须采取有效的对策，这对高层建筑发挥其高服务性能起着巨大的推动作用。

关键词：高层建筑；用电负荷；供配电系统；特点；设计

中图分类号：TU97文献标识码： A

一、用电负荷等级及分类

对高层建筑的负荷计算考虑一般按照两种负荷来计算，一种是稳定型负荷的建筑物，用电负荷虽然有一定的增长但是相对来说比较稳定；另外一种是发展型负荷的建筑物，此类建筑物既要考虑到目前的用电负荷水平，又要考虑到未来的发展需要。一级负荷：供电中断将造成重大的政治、军事、经济影响的或造成严重人身伤亡事故，中断供电将造成严重的公共场所秩序混乱。二级负荷：供电中断将造成比较大的政治、军事、经济影响，中断供电将造成公共场所秩序混乱。如有偶发性停电故障，则对一级负荷中的特别重要负荷应设置应急起动的柴油发电机组供电。其中对特别重要负荷设施根据需要配备不间断停电装置（UPS），此外在地震等特殊情况下，高层建筑内UPS装置都不能保障供电时，为了保证楼内人员安全撤离，需要设置独立的可充电干电池应急灯组。为了提高负荷供配电的可靠性，还可根据需要自行设置柴油发电机组等其他备用电源。

二、供配电系统的特点

由于高层建筑功能的多样性，结构的复杂性，用电需求的多元化，这些因素决定了高层建筑供配电系统的首要特性―可靠性。国内的高层建筑许多都采用了两路独立的电源进行供电互为备用以确保高层建筑的可靠供电。一类高层建筑因其用电量大，需采用高压供电，10 kV电压进线，设置备用柴油发电机，如设置两路独立电源有困难时，可采用一路专用线供电。高层建筑供配电的另一个特点是高压深入负荷中心，这是为了节省工程造价，节约了大量的电缆盒电线，因此变压器一般设置在建筑物内部，采用电缆放射式供电系统的习惯做法，依据负荷的不同分配，变压器可设置在建筑物的顶层或底层，在我国一般设置在底层或者地下室部位，这样设置有利于运输、施工安装以及保养维护又不至于影响建筑物的外观。由于高层建筑供配电的复杂性，对供配电系统的另一个重要要求是电器设备能防火，确保安全，因此一般采用具有防潮、防火、低噪的干式变压器和环氧树脂浇注式变压器，断路器也多采用真空断路器或气体绝缘断路器。

三、供配电设计的原则

3.1供电系统优化原则

在供电系统优化原则中首先要保证的就是系统的适应性，这时为了让电气设备的功能得到最大的发挥。然后是需要考虑供配电系统的安全可靠性。在设计线路的时候，必须要让线路具有绝对的绝缘强度和距离、热稳定性能和负荷性能都必须稳定，才可以保证尾电设备安全有效的使用。在设计供配电系统的时候，需要设置一定的防雷击设备和防雷设备。在一些条件相对特殊的环境中还需要设置防浪涌技术和防静电技术作为保障。还需要根据建筑物的等级和潜在的火灾危险设置非常有必要的预防措施。最后是在满足普通电气设备用电的安全基础和适用基础之上，采取世界上最为先进的用电节能技术，推动电力的合理有效利用。

3．2高效运行原则

尽可能的减少电能的直接损耗或者间接损耗，将损耗的数值降到剥氏在已经满足建筑物的使用功能条件下和确保安全无误的情况下减少供配电系统的建设资源，最大限度的缩减能源的消耗。在设计供配电系统的时候，做到负荷均衡、线损最低、减少维修费用和使用节能设备等方面，完全提高能源的利用效率。

3.3科学调整负荷原则

在设计的时候选择合适的设计系数，在提高设备利用率的时候尽可能的调整负荷的指数，在特殊清况下选用恰当的节能设备和技术达到节约用电的最终目的。

四、供配电系统设计

4.1负荷登记的确定和负荷容量的计算

负荷量等级的确定应该按照相关程序进行，通常情况下，具体步骤是按照以下标准进行的。一类高层建筑一级负荷包括了走道照明、值班照明、警卫照明、障碍照明用电，主要计业务和计算机系统用电，安防系统用电，电子信息设备机房用电，客梯用电，排污泵、生活水泵用电及消防电梯、应急照明、消防风机、水泵等消防负荷设备。二类高层二级负荷包括生活泵、排水泵电力和客户使用的电梯电力，主要通道及楼梯间照明用电。三级负荷就是除去一级负荷和二级负荷之外的所有电负荷。根据负荷三种级别不同的适用范围，大致的把电力负荷划分为居民用电和商业用电。因为居民用电和商业用电的计算方法不一样，所以在设置的时候会分别设置居民变电配置房和商业变电配置房。居民用电一般都包括了生活相关的照明和动力等方面的用电，由居民变电配置房提供；电力商业用电一般都有售楼中心、商业电梯、地下室照明等，全部用电都是由商业变电房提供。我们在计算建筑负荷的方法有单位容量法和负荷密度法等，这两种都是我们在计算的时候最常用的方法。

4．2供配电电压设计

在电压系统的设计中，为了很好的保证供电系统的安全运行，我们在设计电压的时候需要根据相关的设计章程进行。一般清况下，当用电设备总容量在250kW及以上或变压器容量在160kVA及以上时，宜以10(6)kV供电；当用电设备总容量在250kW以下或变压器容量在160kVA以下时，可由低压（380/220V）供电。对大型公共建筑，应根据空调冷水机组的容量以及地区供电条件，合理确定机组的额定电压和用电单位的供电电压，并应考虑大容量电动机启动时对变压器的影响。

4.3变电设备所的布局

一般清况下都是根据负荷的分布和负荷容量的大小，确定变电所的具置和配置数量。选择变压器容量的时候，我们采取的负荷率一般都是75% -85%之间。低压线路的供电半径通常都是200m之内，当高层建筑的电容量超过500kW的时候，供配电的相关距离必须超过200m，需要考虑增加新的变配电所。在商业建筑中，一层楼房的商业价值都会很高，所以一般商业建筑的变电配置所都是安置在负一层这个位置，而且非常便于地下车道运输和装置变电设备。

4.4高低电压的结线和运行方式

对于高层建筑物来说，高低电压供电系统中的结线方式和运行方式都会按照如下的设计路线进行：首先是高压线采用一路的10kV进线，结线的方式利用的是单母线运行。变压器的低压侧边部分利用的是单母线分段结线运行方式，每一台变压器都对应的结一段单母线，每个母线段之间都是通过母联开关操控的。正常运行的情况下，每一段的母线都是独立工作的，当中间任何一台变压器出现故障退出正常运行的时候，通过手动方式关闭母联开关，那么同一组中的另一台变压器就会承担非常重要的负荷供电当变压器恢复正常倩况之后，母联开关就会自动开启，再次回到正常运行模式中。然后是在变压器低压部分的侧边设置一段应急母线，通过正常的电源用电和柴油发动机电源的供给向应急母线段提供电量，目的是为了保证应急状态下一级负荷的用电量，双向开关没有机械联锁和电气设置，目的是预防向市政供电所反向供电，消防设施的负荷用电就是采用双回路供电方式，并且在变电配置所的末端可以进行电箱之间的相互切换。

4.5高层建筑供配电系统节能设计

高层建筑以其高耗电特性，高层建筑的供配电系统必须考虑节能降耗要求，这就要求必须详细统计计算高层建筑内部的用电负荷情况，照明供电系统的优化与节能灯具的设计布置，各种机械及电气设备的优化设计，消防安全设施等的技能规划设计，还包括各种新能源的综合利用优化设计，例如太阳能发电、风力发电和热电冷三联供系统等再生能源系统的优化节能设计。

五、结束语

总而言之，对于高层建筑的供配电设计，负荷容量计算的准确性直接决定了电源选取和变电设备选择的正确性。供配电系统运行时的稳定性和经济性，直接反映出供配电系统设计的优劣。

【参考文献]

[1]王红梅.建筑电气供配电系统可靠性浅议[J].科技风，2010.

[2]林洪钟.供配电系统可靠性探讨[J]l.建筑电气2011.

[3]陈潮俊.提高供配电系统可靠性的措施及其实施效率[J].建材与装饰(下旬刊)2011.

[4] 杨祖斌.现代高层建筑供配电系统设计[J].冶金矿山设计与建设，1995（5）.

[5] 彭炼.高层建筑供配电技术分析[J].建筑设备，2002（2）.

[6] 刘雁，孙金洲.关于高层建筑供配电系统的特点及有关问题[J].沈阳大学学报，2002（2）.