高層建筑電氣工程供配電系統(tǒng)設(shè)計分析

霍延明

【摘 要】在現(xiàn)代高層建筑規(guī)模不斷擴大的趨勢下，人們對于高層建筑供電設(shè)計的要求也越來越高。配電系統(tǒng)作為電力系統(tǒng)的基本組成部分，是現(xiàn)代建筑建設(shè)中的基礎(chǔ)設(shè)施。配電系統(tǒng)主要由用電設(shè)備、配電線路及配電裝置組成，其設(shè)計質(zhì)量的好壞將直接關(guān)系著高層建筑的供電質(zhì)量和功能使用。因此，加強有關(guān)高層建筑配電系統(tǒng)設(shè)計的分析，對于改善配電系統(tǒng)設(shè)計水平具有重要的現(xiàn)實意義。

【關(guān)鍵詞】建筑工程；電氣供配電系統(tǒng)；節(jié)能設(shè)計

引言：

隨著經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，能源消耗與日俱增，隨之而來的能源問題也越來越突出。而建筑能耗在社會能源消耗中占有很大的比例，為了降低電力能源消耗，緩解能源緊張的問題，加強建筑供配電設(shè)計中的節(jié)能技術(shù)水平尤為重要。在供配電設(shè)計中，要加強電力設(shè)計的節(jié)能應(yīng)用，促進我國電力行業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

一、概述

城市在不斷發(fā)展過程中出現(xiàn)了速度越來越快的情況，而且，在施工項目數(shù)量方面也出現(xiàn)了越來越多的情況，這樣就使得城市在發(fā)展過程中出現(xiàn)了很多的高層建筑，這些建筑的出現(xiàn)對城市發(fā)展有一定的影響，因此，在進行高層建筑電氣設(shè)計工作的時候一定要非常認(rèn)真，對設(shè)計方案要進行反復(fù)的推敲，這樣在功效方面能夠得到保證，同時也滿足了社會發(fā)展對高層建筑的各項需求，從而更好地促進社會的發(fā)展。和高層建筑物電氣相關(guān)的用電設(shè)施種類很多。

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)機與水機組制冷設(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)機管盤等送電設(shè)施；正壓、排煙風(fēng)機等消防設(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單獨的電源。

高層建筑電氣進行設(shè)計，首先需要考慮的就是電力負荷，如果不對其進行科學(xué)而又客觀的計算和估計，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。而在進行電力負荷計算的時候，需要采用負荷密度法或是需要系數(shù)法對其進行計算，這樣得到的數(shù)據(jù)更加真實，從而為超高層的電氣設(shè)計奠定良好的基礎(chǔ)。此外，在電氣設(shè)計時，為了保障建筑供電的可靠性以及安全性，必須提供兩個或是兩個以上的供電電源，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提供一些必要的支持，這樣才能保證供電能力。在進行供電時，需要保證兩個供電電源同時供電，將彼此都作為備用電源。

二、供配電系統(tǒng)設(shè)計的合理性

1、電容量的調(diào)查和估計

電氣節(jié)能的基礎(chǔ)來自于合理的供配電系統(tǒng)，供電方案的合理性取決于企業(yè)對用電量的預(yù)測。在設(shè)計供配電系統(tǒng)中，對企業(yè)的用電模式控制極其嚴(yán)格，很多企業(yè)的供配電系統(tǒng)在投入使用不久后，就可能因為大量用電設(shè)備的增加而難以滿足需求，從而進行擴容改造，導(dǎo)致資源的浪費。因此設(shè)計供配電系統(tǒng)中，就要做好充分的調(diào)研工作，對提供的數(shù)據(jù)進行仔細的分析估算。如果這項工作不到位，那么無論任何節(jié)能技術(shù)方法，使用任何節(jié)能產(chǎn)品都無法做到真正的節(jié)能。

2、科學(xué)設(shè)計企業(yè)內(nèi)部配電系統(tǒng)

對于企業(yè)建筑而言，配電系統(tǒng)的合理性同等重要。企業(yè)建筑內(nèi)配電設(shè)計要減少配電級數(shù)和設(shè)計科學(xué)的配電路徑。配電級數(shù)的數(shù)量不但造成上下級配合復(fù)雜，還會增加元器件的數(shù)量，而增加故障上升率，并且會使配線電纜的放大。線纜的加長以及供電質(zhì)量的問題都與配電路徑是否合理有關(guān)。配電路徑的不科學(xué)主要原因是配電間不合理的位置所致，所以在設(shè)計企業(yè)內(nèi)部配電系統(tǒng)時，要及時優(yōu)化其位置，否則難以發(fā)揮節(jié)能的效果。

三、電氣供配電系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計

1、高層建筑的配電變壓器的節(jié)能選型設(shè)計

在實際工作中，為了實現(xiàn)變壓器的節(jié)能目的，需要對投資與年耗電量等諸多因素進行綜合性考慮。通過實踐我們知道，經(jīng)濟合理的配電變壓器，在選型和設(shè)計時要根據(jù)配電變壓器的投資回收年限來最終確定具體型號。一般采用變壓器投資費用價差和年耗電的電費價差來獲取。對于配電變壓器節(jié)能優(yōu)化選型，需要依據(jù)高層建筑所需的實際電負荷要求，通常要稍高于變壓器最佳負荷來選擇型號。達到變壓器負荷率保持在70%左右具有最高的經(jīng)濟性。選擇相應(yīng)型號時，需要首選空載損耗與負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，一般選擇S13節(jié)能型配電變壓器，這種變壓器與傳統(tǒng)變壓器對比可以大大降低負責(zé)損耗與空載損耗。對于配電變壓器的優(yōu)化選型設(shè)計，通常首選三角形的立體卷鐵芯高效節(jié)能經(jīng)濟型配電變壓器，這種變壓器已開始逐步取代常規(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行能耗。此外，還能夠延長配電變壓器的使用壽命。

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

在熒光燈與高強度氣體放電燈進行優(yōu)化與選型設(shè)計中需要滿足GB50034-2004《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》中的相關(guān)技術(shù)規(guī)定。同時，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，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。并且能夠很好地提高建筑照明系統(tǒng)電能轉(zhuǎn)換效率最終實現(xiàn)節(jié)能設(shè)計目標(biāo)。

3、合理選擇配電變壓器容量與臺數(shù)

為了保證在設(shè)計時選擇的配電變壓器在使用期內(nèi)能夠預(yù)留適當(dāng)?shù)娜萘?，綜合考慮損耗、投資費用等方面因素的影響后，推薦變壓器的設(shè)計負載率在75%-85%較為適宜，這樣不僅能夠獲得較高的經(jīng)濟性，同時又能確保變壓器的容量能夠滿足后期一定程度的擴容需求，增加其使用壽命和技術(shù)經(jīng)濟性。在配電變壓器經(jīng)濟調(diào)度方案優(yōu)化節(jié)能設(shè)計過程時，應(yīng)結(jié)合負荷特性合理分配用電負荷、合理計算優(yōu)選配電變壓器容量與臺數(shù)，即通過科學(xué)合理的調(diào)控設(shè)計方案，使配電變壓器能夠長時間運行在高效工況，有效降低變壓器運行總損耗。為了降低供配電網(wǎng)絡(luò)的電能損耗，達到最佳節(jié)能降耗效果，對于2臺及以上配電變壓器共同聯(lián)合運行時，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)負荷波動情況建立聯(lián)合經(jīng)濟調(diào)度運行模式。當(dāng)配電負荷率低于30%時，應(yīng)根據(jù)實際運行負荷需求切換到小容量變壓器；當(dāng)負荷率超過80%并通過設(shè)計計算不利于經(jīng)濟調(diào)度運行時，則在容量選擇過程中需要考慮放大一級容量來進行節(jié)能設(shè)計。當(dāng)建筑電氣系統(tǒng)運行負荷功率較為穩(wěn)定時，在合理分配負荷的情況下，應(yīng)盡可能減少變壓器的設(shè)計臺數(shù)，應(yīng)優(yōu)先選擇大容量、節(jié)能型配電變壓器。如建筑電氣系統(tǒng)計算負荷在2000kV·A左右時，宜優(yōu)先選擇2臺1000kV·A的變壓器，不宜選4臺500kV·A的變壓器，這樣一方面便于兩臺變壓器并聯(lián)進行經(jīng)濟調(diào)度運行，另一方面，前者總運行損耗要比后者低，且其成本和運行經(jīng)濟效益較后者要優(yōu)。

4、高層建筑中電機拖動系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計

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

結(jié)束語：

隨著城市現(xiàn)代化進程的推進速度越來越快，高層建筑在我國各城市特別是大城市得到迅速發(fā)展，在進行高層建筑電氣設(shè)計工作的時候一定要非常認(rèn)真，對設(shè)計方案要進行反復(fù)的推敲，其負荷容量計算是否準(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，運行是否能保持穩(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，同時也滿足了社會發(fā)展對高層建筑的各項需求。

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