超高层综合楼供配电系统设计探讨

【摘 要】随着我国经济的快速发展，城市化进程的不断扩大，城市建设步伐也日益加快，高层和超高层建筑在生活当中随处可见。超高层建筑当中的配电系统设计有着非常重要的作用，对整个建筑的质量起着影响。超高层建筑队电气设计的要求比一般建筑更高。针对超高层建筑物有着高建筑高度、人员密集、多功能的特点，用电需求量也大，配电系统的设计要结合超高层建筑的特点，合理安全地进行设计。

【关键词】超高层；配电；设计

随着我国国民经济的快速持续发展，城市化进程的不断推进，城市建设的继续加快，越来越多出现的高层综合建筑也成为了城市建设的明显标志，在生活当中随处可见。超高层建筑对用电设备的要求更高，需要的种类更多，有着用电量大且负荷高的特点，超高层建筑内部电气线路多且复杂，对供电的可靠性要求很高，因此对电气设计的要求也就更为严苛。对于高层和超高层又有着怎样的定义与划分呢，我们一起来了解一下，通常情况下居住建筑10层及以上为高层建筑，超过100米的民用建筑为超高层。

根据超高层建筑的用途不同，电气设计也可以分为商业用电、住宅用电以及办公用电等，需要分别设置商业变配电房与住宅变配电房。通常会习惯使用负荷密度法与单位容量法来对超过层建筑用电负荷进行核算。超高层公共建筑与住宅楼还不一样，具有功能多、内部配套设备多、人员密度高、保安要求高和设有地下室的特点。这种建筑往往集居住、商业、娱乐等功能于一身，具有多元化的功能。功能多、标准高，既要有舒适的居住生活环境，又要有现代化的办公娱乐环境，内部配套设备也就自然多。并且超高层建筑中大批人员逗留，来往，特别是商业、娱乐场所的人员密度更加高，因此这类建筑中必须保证高度安全。而且这类建筑中一般都设有地下层，地下层里一般都有设置配电室、消防水泵间、空调机房、制冷机房等，建筑要求较高。

1 保证供电电源的可靠性

超高层建筑工程造价高，人员密度高且集中，供电的安全性直接关系着建筑的运作和人员的安全。这类建筑的电力负荷大，为了保证供电的安全可靠性，一般应该采取两个电源同时供电，并且同时设置柴油发电机来作为应急电源。还应装设自带电源的应急照明灯，和疏散标志灯，以便在非常的情况下，保障楼内人员的安全疏散。

正常的工作电源应该与应急电源分开各自成独立的系统，分别独立配电。电力与照明分开供电，应该设有分别的正常工作电源系统，同时设有事故时的应急电源配电系统来辅助应对非常情况。消防用电等一类负荷在发生火灾的情况下，可以由应急电源系统来连续供电，保证两回路供电的迅速切换。

关于供电的可靠性的问题，不仅受限于供配电系统的接线方式，在设备的选型，内部元器件的选择都有着很大的关系。在设备的选择是，应该与供电的性能要求保持一致，这样更加能够确保供电的可靠性和稳定性。具体的供配电流程是怎样的呢？供配电系统先从发电厂出来到升压变压器（升压）到线路___中枢变电所这一部分为供电系统从中枢变电所___经线路___用户变压器___开关柜这一部分完成大的配电系统从用户变电所___到各个厂区或用电负荷完成全部的配电。

2 合理安排供配电系统网络设计

超高层综合楼建筑一般都采用混合式配电系统，而建筑中的地下室部分多采用放射式配电系统，即根据电量符负荷的大小和楼层的多少，从底层直至顶层，树干式分区配电的配电系统。供配电系统的网络设计应充分考虑超高层建筑物面积大，高度高的特点，尽量减少在地坪内直埋的铺线方式，尽量采用在竖井和吊顶内封闭铺线的方式，这样更加利于施工、维修和管理。

在一定条件下，由于电力的问题，完全可以采用柴油发电机进行补充，不会直接影响到供配电的质量。就一般情况来看，不管是柴油发电机还是其他方式，都必须保证电源的容量较大，而且保证正常的运行。而且就一般正常情况来说，超高层综合楼都是有避难层的，然而避难层一般都设有中高区使用变压器，而设置变压器的主要目的也是为了能够更好的深入到供配电负荷中心，在很大程度上减少了因为路程距离而导致大部分电能被损耗。

2.1 电气主接线设计

某超高层建筑共有36层，合计大约167米，该超高层建筑的电气主接线如下图所示。

该系统中的高压系统以单母线分段运行模式为主，两路由市电同时进行供电，各带50%的容量，而且100%互为备用。其中一路出现安全故障时，其他的线路会自动投切。进线柜、母联柜中的三个真空断路设备采用的是电气加机械联锁，确保最多同时只有两个发挥作用，确保两路市电不出现并列现象。

2.2 应急电源设计

通常情况下，一路市电加才有发电机就可以满足一级负荷，其中自启动信号来自于专门的变压器低压进线开关。如果停电，应急发电机组会立即启动，并且能够维持一级负荷、非消防负荷所需电力，直到市电恢复正常后发电机组才会自动退出，然后将负荷有效的转移到供电系统之中。在此过程中，为确保整个应急电源系统的环保性、经济性，可采用风冷式发电机，将热风直接排到首层室外空区，而且其排烟在水的作用下，沿烟道引至屋顶位置，排放掉。

2.3 配电设计

对于超高层建筑而言，由于其工程建筑面积非常的大，而且负荷相对比较分散，因此设置有效的水平、垂直供电路径显得尤为重要。在整个超高层建筑的不同位置，设三组强弱电井，这样不但有效的确保了末端设备供电路径科学合理性，而且还可以有效降低配电线路的线损，为施工、维护工作提供了方便。在此过程中，笔者建议配电系统接地方式可选择TN-S 系统，电力配电以放射式、树干式配电为宜，其中冷冻机房和水泵房等设备系统，可采用放射式供电模式，塔楼则以树干式配电形式为宜。

对于消防、应急以及重要负荷而言，其配电均应当选择双电源供电自动切换。

2.4 电气负荷与电源配置设计

在超高层建筑电气负荷及电源配置设计过程中，工程负荷的分级应当严格参照民用建筑电气设计规范来执行，其中主要一级负荷有消防控制中心、水泵、电梯以及防排烟设施和火灾自动报警与联动系统，同时还包括自动灭火系统、疏散指示标志以及应急照明等非消防重要设备；主要客梯、电动卷帘、排污泵以及梯间照明和生活泵等，都属于一级负荷。除此之外的均为二级负荷，比如冷水机组、水泵、电梯以及风机和大量的餐饮、商业以及办公和客房用电等。根据具体电网的实际情况，两路10KV电源分别引自不同的区域变电站，这样就可以有效满足超高层一级供电的双重电源需求。同时，根据电力部门的相关规定及项目重要性，可设一台自启动柴油发电机组，以为一级负荷的两个独立电源备用，机组在变压器一级负荷停电后根据规范要求应立即启动。

2.5 变配电所布设

对于高层综合建筑用电设备而言，其负荷通常比较大，而且其中很大一部分属于一级和 二级负荷，因此通常会要求变电所规模和容量要大，而且配电所要设置在地下层，以确保变配电所靠近用电负荷。就超高层综合建筑总变配电而言，管线进出样式非常的多，有高压、低压电缆。各变配电室配电系统中，进线设置过流、延时速断、零序保护；母联设置过流及速断保护；出线设置过流保护、延时速断保护、零序保护以及超高温跳闸保护等。变压器的高压侧设置真空金属封闭关柜， 装设高分断能力的真空断路器作保护，变压器还设有超温报警及自带风机功能以确保变压器安全可靠地运行，各变配电房的配电及计量独立。

2.6 防雷设计

超高层综合建筑的防雷设计，应当严格按照建筑物防雷规范之要求进行，在屋顶适当位置设置接闪网，而且全部的金属管道外壳均应当有效接地。接地过程中，在防侧击雷时，每三层均压环应当保证与超高层建筑结构主体的钢筋有效的连通起来，尤其是雷击发生较为频繁的区域，应考虑楼层区域均压环位置布设浪涌保护设备，以有效解决局部泄放雷电流引起的过电压问题。超高层建筑的接地保护， 应该采用防雷接地与弱电系统共用接地极的，共用接地方式。电源系统应该考虑设置三级浪涌保护装置，弱点信号线缆系统在引入建筑处设置浪涌保护器。

3 结语

随着经济的飞速发展，就建筑方向和趋势我们很明显可以发现，越来越多的人口和越来越少的建筑用地，我们不得不往高层发展，那么这就对建筑的供配电系统提出了更高的要求，以上我们通过多种方式对高层供配电系统进行了研究，这就为将来我们城市化进程的发展指明更好的供配电方向，对经济社会的发展做出一定的贡献。然而随着城市化进程的加快，供配电系统个也是有大的变化与发展的，具体表现为数字化，远程化，功率越来越大。

参考文献：

[1]戴瑜兴，黄铁兵.民用建筑电气设计手册[J].中国建筑工业出版社，2007（8）.

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