高層建筑供配電的設(shè)計(jì)方案探討

郝志強(qiáng)

(山西省建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030013)

0 引言

城市的現(xiàn)代化建設(shè)步伐隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不斷加快，城市的用地愈發(fā)緊張，城市建設(shè)不得不開始從縱向?qū)で蟀l(fā)展空間，于是大量的高層建筑便涌現(xiàn)出來。作為城市發(fā)展的一個(gè)重要標(biāo)志，高層建筑對(duì)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮著不可忽視的作用，對(duì)高層建筑的供配電設(shè)計(jì)也越來越引人關(guān)注。

1 高層建筑對(duì)供配電的兩個(gè)需求

1.1 基本需求

通常情況下，高層建筑多為超大型建筑，其建筑空間相對(duì)比較大，具有極為復(fù)雜的功能性。并且，這種建筑的內(nèi)部用電設(shè)備也非常多。所以，該建筑對(duì)供配電的要求也會(huì)隨之增加，持續(xù)性、可靠性、安全性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性以及技術(shù)先進(jìn)性等都必不可少。高層建筑的用電量較大，負(fù)荷較強(qiáng)，其供配標(biāo)準(zhǔn)和要求都是按照電力負(fù)荷的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和一級(jí)要求進(jìn)行的。在具體的電力供應(yīng)和配送規(guī)劃過程中，電力企業(yè)除了要充分保障建筑內(nèi)部相應(yīng)電氣設(shè)備的日常用電外，還要承擔(dān)保證消防、排煙、照明、電梯以及污水處理等供電。另外，還要確保在大型安全事故發(fā)生之前，建筑內(nèi)部群體能夠進(jìn)行自我緊急救助，同時(shí)能夠?yàn)橄嚓P(guān)消防單位和機(jī)構(gòu)在建筑樓層中創(chuàng)設(shè)較為良好的援救環(huán)境和救助條件。至此，上述所有要求都對(duì)其供配電系統(tǒng)提出了較高的要求，為了避免各種電氣設(shè)備的電源在某些特定時(shí)刻或關(guān)鍵時(shí)刻出現(xiàn)問題或故障，高層建筑中通常應(yīng)該安裝雙電源，并采用雙電源互投形式的供電系統(tǒng)。

1.2 技術(shù)需求

高層建筑的供配電系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，主要包含了兩個(gè)重要環(huán)節(jié)，即配送電能環(huán)節(jié)和使用電能環(huán)節(jié)。因?yàn)楣┡潆娤到y(tǒng)所要面對(duì)的直接對(duì)象是整個(gè)高層建筑中的所有電力相關(guān)人、事、物，即所有的電器設(shè)備及其相關(guān)使用者和工作內(nèi)容。所以，一定要使其足夠安全，并絕對(duì)可靠。在供配電系統(tǒng)運(yùn)行的具體過程中，功率的進(jìn)行形式通常都是單向流動(dòng)。這種進(jìn)行形式的具體流動(dòng)過程是功率自電源處出發(fā)，經(jīng)各種線路，最終流入客戶端。

2 高層建筑供配電設(shè)計(jì)要點(diǎn)

因?yàn)楦邔咏ㄖ旧淼膹?fù)雜性和特殊性，高層建筑的供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)也顯示出了極強(qiáng)的復(fù)雜性和特殊性。在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，不能盲目進(jìn)行，必須要在不違背高層建筑特點(diǎn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行。在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)之前，首先要把握好如下幾個(gè)要點(diǎn):

第一，因?yàn)楦邔咏ㄖ?fù)荷的空調(diào)和照明很多，并且建筑內(nèi)還有很多的排水和運(yùn)輸設(shè)備。所以，其電需求量非常之大，并且，其對(duì)電的可靠性要求非常高。

第二，通常情況下，高層建筑的照明和動(dòng)力一般不會(huì)公用干線，對(duì)動(dòng)力負(fù)荷而言，大多采用放射式供電形式。而對(duì)照明負(fù)荷而言，則大多采用的是母線槽配電形式。

第三，高層建筑大多采用的是大柱距結(jié)構(gòu)，空間相對(duì)較大，墻面所安裝的設(shè)備也由此而增多，這在很大程度上增加了地面的管道。

第四，對(duì)建筑構(gòu)件采用預(yù)制裝配化和干法是能夠在一定程度上縮短施工周期，通常情況下，頂棚要采用系統(tǒng)化和標(biāo)準(zhǔn)化的吊頂。

第五，所有電器設(shè)備管線都必須要采取相應(yīng)的防火措施。

第六，將主要的用電設(shè)備分散開來，空調(diào)就是其中之一。其他的大多數(shù)設(shè)備都需要進(jìn)行集中的管理，通常情況下，都要求將監(jiān)控系統(tǒng)和電腦管理結(jié)合起來。

第七，要對(duì)燈具、電瓶等電氣設(shè)備采取一定的防震措施，管線層間的貫通、建筑沉降縫與伸縮縫之間等，都要進(jìn)行一定的耐震處理。

第八，因?yàn)楦邔咏ㄖ母叨韧ǔ６急容^高，體量偏大，人員較為密集，設(shè)備也比較多，因此存在一定的安全隱患，必須做好消防工作。

第九，因?yàn)殡娔軙?huì)對(duì)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和人們?nèi)粘Ｉ町a(chǎn)生極為重要的影響，但是電能并不是取之不盡用之不竭的，所以，節(jié)約用電就顯得尤為必要。尤其是在對(duì)高層建筑進(jìn)行供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，必須以經(jīng)濟(jì)合理、安全使用、節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)為原則。利用合理的配電方式，選用高效率的變壓器，以減少電能的損耗。

第十，要遵循照明要求，具體表現(xiàn)在兩個(gè)方面:

一方面，采用一般照明和局部照明同時(shí)進(jìn)行的混合照明方式。在通常情況下，一般照明的照度應(yīng)該比混合照明的照度高5%～10%。而如果沒有滿足這一要求，就很有可能會(huì)引發(fā)照明事故。

另一方面，就是事故照明方式的采用，當(dāng)故障出現(xiàn)時(shí)，工作照明全部都會(huì)被中斷，這時(shí)就需要提供事故照明，以供工作的持續(xù)或者是人員的疏散。

3 高層建筑供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

3.1 高層建筑概況

某市現(xiàn)存一幢高樓層數(shù)為21 層的民居建筑，其-1 層為人防地下室，1 層～21 層都是居民的住所?，F(xiàn)階段，電力公司為該幢高層建筑所配送的電壓為10 kV，在通過變壓器之后，電壓的等級(jí)升級(jí)成為380 V/220 V，放射式和樹干式相結(jié)合是其主要的配電方式。電纜的進(jìn)線一直從變配電室延伸至地下配電室，地下配電室中所敷設(shè)的電纜一直從架橋至豎井，能夠?yàn)檎备邔咏ㄖ峁╇娏Α?/p>

3.2 負(fù)荷等級(jí)

雖然這幢高層建筑是群眾的居所，但是其中包含的各種用電設(shè)備和電力儀器還是較為齊全的。生活水泵、消防設(shè)備、應(yīng)急照明系統(tǒng)、消防及民用電梯等，樣樣齊全，一樣不差。為這棟建筑供應(yīng)的主電路干路均屬一級(jí)負(fù)荷，其他相關(guān)設(shè)備為三級(jí)負(fù)荷。其中，主供電源為10 kV 電壓供給，并應(yīng)用應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組作為備用電源以備不時(shí)之需。

3.3 照明系統(tǒng)供電

首先，在電壓選擇方面。

在這整幢建筑內(nèi)，常規(guī)照明所采用的是數(shù)值為220 V 的額定電壓。這種電壓主要的供電方法是三相四線制法，其電壓范圍應(yīng)是380 V/220 V。建筑當(dāng)中，用于照明的網(wǎng)絡(luò)配電線路通常都比較長(zhǎng)。而這種長(zhǎng)線路又很有可能使供電線路的電壓大幅度地?fù)p失。所以，需要對(duì)其最小損失值作出一個(gè)較為硬性的規(guī)定。每一件照明設(shè)備在通常情況下的實(shí)際電壓都不能小于額定電壓，即便是最低限度，也要是其額定電壓數(shù)值的97%。

其次，在照明供電方式的選擇方面。

整幢高層建筑所采用的是一級(jí)負(fù)荷電源，并且還采用了雙電源雙電路的供電模式，所以，在設(shè)計(jì)供配電系統(tǒng)時(shí)，首先必須要做的就是要將電力一級(jí)和照明一級(jí)這二者的負(fù)荷功率加以比較。當(dāng)二者數(shù)值都比較大時(shí)，就采用雙電路高電壓供電模式。而如果二者數(shù)值都不大，便可以使其中一路采取電源供電模式，剩下的一路則采用應(yīng)急發(fā)電模式作為備用。當(dāng)供配電系統(tǒng)中只需照明負(fù)荷進(jìn)行承擔(dān)而不需要承擔(dān)電力負(fù)荷時(shí)，則可以選用蓄電池組當(dāng)作備用電源。

3.4 設(shè)計(jì)方案及流程

在該建筑中，住宅供電電纜傳送方向是從變配電室到地下配電室的，所以，在進(jìn)行整幢高層建筑的照明插座設(shè)計(jì)時(shí)，需要保證前18 層中每6 層至少分配到6 個(gè)供電回路，以保證有足夠的電源可供使用。在19 層～21 層，只需設(shè)置3 個(gè)供電回路即可，并且，每一層的配電箱都必須采用樹干式配電方式，對(duì)電源進(jìn)行分配和輸送。每一條主配電干線可設(shè)置六路支線加以輔助，同時(shí)，還要將支線和電表箱AW 進(jìn)行匹配和連接。另外，該建筑還同時(shí)采用了主副兩路電源進(jìn)行電能供應(yīng)，其中，主配變電主要負(fù)責(zé)樓層照明和配電照明，而副電與主電同時(shí)作用，為整個(gè)建筑內(nèi)的消防系統(tǒng)、排風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)以及地下一層排水泵等進(jìn)行供電。

3.5 備用安保電源的設(shè)置

由上文可知，高層建筑中，存在著不少火災(zāi)隱患，為了消除這些隱患，提升建筑的安全性，則需要提升供配電技術(shù)的可靠性。通常情況下，可以在建筑內(nèi)設(shè)置以供備用的自動(dòng)切換型安保電源，相較傳統(tǒng)電源而言，這一安保電源的穩(wěn)定性更強(qiáng)。該建筑就使用了安保電源，其優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面:

首先，對(duì)安保電源而言，其連接和斷開的操作是完全自動(dòng)化的，不需要人為的操作。

其次，安保電源也和其他電源一樣，由兩個(gè)發(fā)電機(jī)電源組成，一旦主電源出現(xiàn)故障，其便會(huì)自動(dòng)地切換到備用的發(fā)電機(jī)電源，以保證供電的持續(xù)性。

然后，安保電源開關(guān)兩側(cè)的電壓是其進(jìn)行自動(dòng)切換的最主要依據(jù)，其能夠量化分析供配電電壓和電流，進(jìn)而使人為的預(yù)估誤差降到最低，保證電源切換的安全。

最后，對(duì)安保電源而言，其主電源和備用電源所采用的連接方式是串聯(lián)。因此，其切換的速度相對(duì)比較快，這也在很大程度上增加了安保電源的實(shí)用性，降低了電路切換時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)語

供配電的設(shè)計(jì)對(duì)高層建筑而言，非常重要，不僅會(huì)影響高層建筑中住戶的生活質(zhì)量，還會(huì)對(duì)其人身安全造成一定影響。所以，在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，一定要進(jìn)行全方位、多角度的考慮。要明確高層建筑中供配電系統(tǒng)的基本需求和技術(shù)需求，把握好高層建筑供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的十個(gè)要點(diǎn)，然后再結(jié)合高層建筑的實(shí)際情況，進(jìn)行具體深入的分析，準(zhǔn)確判定其負(fù)荷等級(jí)、合理選擇電壓數(shù)值和照明供電方式，定能設(shè)計(jì)出較好的供配電方案。

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