高層建筑電氣工程供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

高桂根 GAO Gui-gen

（華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司安徽分公司，合肥 230000）

（East China Architectural Design &Research Institute Anhui Branch，Hefei 230000，China）

1 概述

城市在不斷發(fā)展過(guò)程中出現(xiàn)了速度越來(lái)越快的情況，而且，在施工項(xiàng)目數(shù)量方面也出現(xiàn)了越來(lái)越多的情況，這樣就使得城市在發(fā)展過(guò)程中出現(xiàn)了很多的高層建筑，這些建筑的出現(xiàn)對(duì)城市發(fā)展有一定的影響，因此，在進(jìn)行高層建筑電氣設(shè)計(jì)工作的時(shí)候一定要非常認(rèn)真，對(duì)設(shè)計(jì)方案要進(jìn)行反復(fù)的推敲，這樣在功效方面能夠得到保證，同時(shí)也滿足了社會(huì)發(fā)展對(duì)高層建筑的各項(xiàng)需求，從而更好地促進(jìn)社會(huì)的發(fā)展。

和高層建筑物電氣相關(guān)的用電設(shè)施種類(lèi)很多。室內(nèi)、樓梯以及安全通道的照明都是電器照明設(shè)施；運(yùn)貨電梯以及載客電梯等設(shè)施；生活以及消防水泵等排水設(shè)施；冷卻塔風(fēng)機(jī)與水機(jī)組制冷設(shè)施；引風(fēng)設(shè)施以及鼓風(fēng)等鍋爐設(shè)施；排風(fēng)設(shè)施、冰箱等廚房設(shè)施；空調(diào)中的送風(fēng)、回風(fēng)、風(fēng)機(jī)管盤(pán)等送電設(shè)施；正壓、排煙風(fēng)機(jī)等消防設(shè)施。除此之外，高層建筑的使用功能不一樣所需的電量也不一樣，但是總的來(lái)講需要的電量都很大，還有高層建筑中的消防、客梯、應(yīng)急等用電都要有自己?jiǎn)为?dú)的電源。

高層建筑電氣進(jìn)行設(shè)計(jì)，首先需要考慮的就是電力負(fù)荷，如果不對(duì)其進(jìn)行科學(xué)而又客觀的計(jì)算和估計(jì)，那么其精確程度將嚴(yán)重影響到超高層建筑中設(shè)備的使用安全。而在進(jìn)行電力負(fù)荷計(jì)算的時(shí)候，需要采用負(fù)荷密度法或是需要系數(shù)法對(duì)其進(jìn)行計(jì)算，這樣得到的數(shù)據(jù)更加真實(shí)，從而為超高層的電氣設(shè)計(jì)奠定良好的基礎(chǔ)。此外，在電氣設(shè)計(jì)時(shí)，為了保障建筑供電的可靠性以及安全性，必須提供兩個(gè)或是兩個(gè)以上的供電電源，這樣才能保證供電的需求。供電電源需要當(dāng)?shù)氐墓╇姴块T(mén)提供一些必要的支持，這樣才能保證供電能力。在進(jìn)行供電時(shí)，需要保證兩個(gè)供電電源同時(shí)供電，將彼此都作為備用電源。

2 高層建筑電氣設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題

①高層建筑由于需要負(fù)荷很多的照明和空調(diào)，再加上運(yùn)輸設(shè)備和排水設(shè)備非常多，所以對(duì)電的需求量很大，并且對(duì)供電的可靠性要求很高。

②在高層建筑中，照明與動(dòng)力基本上不共用干線。動(dòng)力負(fù)荷多采用放射式供電，照明負(fù)荷則多采用母線槽配電，與動(dòng)力分開(kāi)。

③由于在結(jié)構(gòu)上多數(shù)采用大柱距，形成大空間，使墻面安裝的設(shè)備增多，必然使地面管道增多。

④由于建筑構(gòu)件的預(yù)制裝配化及干法施工；縮短了施工周期，而且頂棚一般采用標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化的吊頂。

⑤電氣設(shè)備的管線應(yīng)采取防火措施。

⑥空調(diào)設(shè)備等主要用電設(shè)備分散，多數(shù)要求集中管理，即要求采用電腦管理和監(jiān)控系統(tǒng)。

⑦采取防震措施。如配電屏、燈具等電氣設(shè)備的防震；管線的層間貫通和建筑伸縮縫與沉降縫的耐震處理等。

⑧消防要求高。由于高層建筑具有高度高，體量大，人員密集，設(shè)備多等特點(diǎn)，具有很多的火災(zāi)隱患，因此對(duì)消防要求是很高的。

⑨電能與企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益及人們的日常生活息息相關(guān)，因此節(jié)約用電是很有必要的，尤其是在高層建筑中。高層建筑的節(jié)電設(shè)計(jì)方案，應(yīng)根據(jù)技術(shù)先進(jìn)、安全適用、經(jīng)濟(jì)合理、節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境的原則確定。采用合理的配電方式，采用高效率變壓器、電動(dòng)機(jī)和照明光源、無(wú)功功率補(bǔ)償裝置和設(shè)備監(jiān)控電腦系統(tǒng)等措施，減少電能損耗，節(jié)約用電。采用壁燈時(shí)需將容量提高一級(jí)或增加盞數(shù)。

⑩照明要求。

1）混合照明：該照明方式是由一般照明和局部照明組成的。通常來(lái)講，混合照明中一般照明的照度應(yīng)高于混合照明總照度的5-10%，同時(shí)要求其最低照度高于20lx。如果沒(méi)有達(dá)到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，很可能因?yàn)榱炼确植疾贿m當(dāng)而出現(xiàn)眩光。

2）事故照明：出現(xiàn)故障全部工作照明都被熄滅后，供暫時(shí)繼續(xù)工作或供人員疏散用的照明稱(chēng)為事故照明。

3 高低壓配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

①高壓配電系統(tǒng)：一般來(lái)說(shuō)，現(xiàn)代高層建筑都是采用兩路獨(dú)立的10kV 電源同時(shí)供電。通常高壓采用單母線分段，自動(dòng)切換，互為備用。母線分段數(shù)目，與電源進(jìn)線回路數(shù)相適應(yīng)。只有當(dāng)供電電源為一主一備時(shí)，才考慮采用單母線不分段的結(jié)線。電源進(jìn)線幾乎全部采用電纜進(jìn)線。

②計(jì)費(fèi)方式，采用高供高計(jì)。但在低壓側(cè)，仍裝設(shè)計(jì)費(fèi)電度表，采用將照明與動(dòng)力分開(kāi)的兩部電價(jià)法。有些地方供電部門(mén)又把空調(diào)設(shè)備的用電，全部劃入照明計(jì)價(jià)系統(tǒng)，一般做法是安裝總表及動(dòng)力表，由總表減去動(dòng)力表以后，全部為照明電費(fèi)。

③為減少變壓器臺(tái)數(shù)，單臺(tái)變壓器的容量選擇一般都大于1000kVA。為限制低壓側(cè)的短路電流，正常時(shí)變壓器解列運(yùn)行，中間設(shè)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)。照明和動(dòng)力分開(kāi)設(shè)變壓器，當(dāng)動(dòng)力用電容量太小時(shí)，動(dòng)力變壓器可不分開(kāi)裝設(shè)，而在低壓側(cè)應(yīng)對(duì)動(dòng)力負(fù)荷分類(lèi)計(jì)費(fèi)。

④高壓系統(tǒng)及低壓干線的配電方式基本上都采用放射式系統(tǒng)。樓層配電則為混合式系統(tǒng)。配電設(shè)備中的主要部分是干線?，F(xiàn)代高層建筑的豎井多采用插接式母線槽。水平干線因走線困難，多采用全塑電纜與豎井母干線聯(lián)接。每層樓豎井設(shè)層問(wèn)配電小問(wèn)。層間配電箱經(jīng)插接自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)從豎井母干線取得電源。當(dāng)層數(shù)較多負(fù)荷數(shù)較大時(shí)，一般按層數(shù)分區(qū)供電，或?qū)⒆儔浩鞣稚⒃O(shè)在地下層、中間層或最頂層。

⑤低壓配電系統(tǒng)各級(jí)開(kāi)關(guān)均采用自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)（斷路器），設(shè)置瞬時(shí)、短延時(shí)、長(zhǎng)延時(shí)三級(jí)過(guò)流保護(hù)裝置。各級(jí)自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)的保護(hù)整定，應(yīng)注意選擇性配合，防止越級(jí)跳閘。

⑥所有電梯均要求采用兩路不同變壓器引出的專(zhuān)用電纜進(jìn)線。在電梯機(jī)房的末端配電箱，設(shè)兩路電源的自動(dòng)切換裝置，互為備用。

⑦功率因數(shù)按規(guī)定應(yīng)補(bǔ)償?shù)?.9-0.95。無(wú)功補(bǔ)償都采用集中補(bǔ)償方式。為降低變壓器容量，多集中裝設(shè)在低壓側(cè)，與配電屏放在一起，但必須采用干式移相電容器。

4 高層建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.1 高層建筑的配電變壓器的節(jié)能選型設(shè)計(jì)

在實(shí)際工作中，為了實(shí)現(xiàn)變壓器的節(jié)能目的，需要對(duì)投資與年耗電量等諸多因素進(jìn)行綜合性考慮。通過(guò)實(shí)踐我們知道，經(jīng)濟(jì)合理的配電變壓器，在選型和設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)配電變壓器的投資回收年限來(lái)最終確定具體型號(hào)。一般采用變壓器投資費(fèi)用價(jià)差和年耗電的電費(fèi)價(jià)差來(lái)獲取。

對(duì)于配電變壓器節(jié)能優(yōu)化選型，需要依據(jù)高層建筑所需的實(shí)際電負(fù)荷要求，通常要稍高于變壓器最佳負(fù)荷來(lái)選擇型號(hào)。達(dá)到變壓器負(fù)荷率保持在70%左右具有最高的經(jīng)濟(jì)性。選擇相應(yīng)型號(hào)時(shí)，需要首選空載損耗與負(fù)載損耗等方面較小的節(jié)能型變壓器。例如：在選擇315kVA 的l0kV配電變壓器時(shí)，一般選擇S13節(jié)能型配電變壓器，這種變壓器與傳統(tǒng)變壓器對(duì)比可以大大降低負(fù)責(zé)損耗與空載損耗。對(duì)于配電變壓器的優(yōu)化選型設(shè)計(jì)，通常首選三角形的立體卷鐵芯高效節(jié)能經(jīng)濟(jì)型配電變壓器，這種變壓器已開(kāi)始逐步取代常規(guī)插片式高能耗的配電變壓器。該變壓器可以很好地提高建筑供配電系統(tǒng)的電能轉(zhuǎn)換效率，還可以有效降低配電變壓器運(yùn)行能耗。此外，還能夠延長(zhǎng)配電變壓器的使用壽命。

4.2 高層建筑照明系統(tǒng)的優(yōu)化節(jié)能設(shè)計(jì)

在熒光燈與高強(qiáng)度氣體放電燈進(jìn)行優(yōu)化與選型設(shè)計(jì)中需要滿足GB50034-2004《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中的相關(guān)技術(shù)規(guī)定。同時(shí)，需嚴(yán)格控制照明系統(tǒng)的相關(guān)節(jié)能指標(biāo)。通常在高層建筑照明系統(tǒng)中采用智能化自動(dòng)控制系統(tǒng)。一旦將智能化控制系統(tǒng)和高層建筑照明性能有效結(jié)合，就可大幅提高系統(tǒng)的照明質(zhì)量，有效的提高照明的人性化服務(wù)水平。同時(shí)，智能照明系統(tǒng)能有效根據(jù)具體環(huán)境中的溫濕度與自然光照情況，通過(guò)科學(xué)分析后制定出節(jié)能效果明顯的控制方案。從而使照明系統(tǒng)的控制更為準(zhǔn)確、更加精細(xì)。并且能夠很好地提高建筑照明系統(tǒng)電能轉(zhuǎn)換效率最終實(shí)現(xiàn)節(jié)能設(shè)計(jì)目標(biāo)。

4.3 高層建筑中電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)

通常，電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生的能耗占所有電器能耗90%以上。并且多數(shù)拖動(dòng)系統(tǒng)電能轉(zhuǎn)換利用效率很低。實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗可以在電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)中多做文章。一般對(duì)于200kW 以下選擇低壓電機(jī)可以大大降低投資。而355kW或者以上功率的電機(jī)必須選擇高壓電。而在200～355kW范圍之間的，需要綜合考慮技術(shù)、投資與運(yùn)行節(jié)能的經(jīng)濟(jì)性等諸多因素。最終確定更為節(jié)能的電機(jī)實(shí)際功率。這就需要結(jié)合建筑電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)具體情況，選用適用的變頻調(diào)速與軟啟動(dòng)等先進(jìn)控制方案。做到對(duì)電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)控制模式的科學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)運(yùn)行的高效與節(jié)能。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著城市現(xiàn)代化進(jìn)程的推進(jìn)速度越來(lái)越快，高層建筑在我國(guó)各城市特別是大城市得到迅速發(fā)展，在進(jìn)行高層建筑電氣設(shè)計(jì)工作的時(shí)候一定要非常認(rèn)真，對(duì)設(shè)計(jì)方案要進(jìn)行反復(fù)的推敲，其負(fù)荷容量計(jì)算是否準(zhǔn)確，供電電源選擇及變配電所布置是否合理，供配電系統(tǒng)是否經(jīng)濟(jì)，運(yùn)行是否能保持穩(wěn)定、安全等方面，將決定其最終成果的優(yōu)劣。這樣才能在功效方面能夠得到保證，同時(shí)也滿足了社會(huì)發(fā)展對(duì)高層建筑的各項(xiàng)需求。

[1]曾德慧.高層建筑低壓配電系統(tǒng)漏電的火災(zāi)危險(xiǎn)性及其防范措施研究[J].科技信息，2010（29）.

[2]秦紅梅.高層建筑電氣設(shè)計(jì)中有關(guān)消防設(shè)備的設(shè)置與控制等問(wèn)題的探討[J].中華民居（下旬刊），2013（11）.

[3]王宏偉.高層建筑電氣設(shè)計(jì)中低壓配電系統(tǒng)安全性探討[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012（22）.

[4]曹劍鋒.火力發(fā)電廠電氣設(shè)計(jì)中低壓配電系統(tǒng)安全性探討[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（14）.

[5]趙元立，王振華，袁書(shū)生.故障樹(shù)分析法在變、配電系統(tǒng)火災(zāi)危險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].艦船電子工程，2011（11）.