探析高層建筑供配電技術(shù)方案及可靠性

齊建剛

【摘要】近年來，我國告訴發(fā)展的經(jīng)濟(jì)帶動了建筑行業(yè)的發(fā)展。然而，我國的城市資源有限，土地十分緊缺，在這種矛盾下我國的建筑開始向高層發(fā)展，可是快速發(fā)展的高層建筑為其相關(guān)配套系統(tǒng)帶來了新的難題，其中最為突出的就是供電系統(tǒng)的問題。本文首先介紹了高層建筑的負(fù)荷與供配電特點(diǎn)，然后探討了供配電技術(shù)方案，最后對可靠性進(jìn)行分析。

【關(guān)鍵詞】高層建筑，供配電，方案，可靠性

我國正在大力進(jìn)行的高層建筑，既是為了緩解建筑需要與土地緊張的矛盾，也是為了改善我國的城市風(fēng)貌，使百姓獲得更好的居住體驗(yàn)。高層建筑較傳統(tǒng)的建筑形式更容易發(fā)生質(zhì)量事故，供電系統(tǒng)的失靈和破損就是最為主要的原因。因此，提高高層建筑的質(zhì)量就一定要提高高層供電系統(tǒng)的安全可靠性。

1、高層建筑的負(fù)荷與供配電特點(diǎn)

1.1高層建筑及其負(fù)荷的可靠性分級

現(xiàn)代高層建筑幾乎集中了各種現(xiàn)代化的電氣設(shè)施和技術(shù)，具備諸多安全和服務(wù)系統(tǒng)。各類負(fù)荷的運(yùn)行特點(diǎn)和重要程度不同，對供電的可靠性要求也各不相同.對于高層建筑供用電的負(fù)荷容量我國《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB50045-95（2005年版）中規(guī)定：根據(jù)居住區(qū)內(nèi)建筑物及配套設(shè)施負(fù)荷性質(zhì)不同分為一、二、三級負(fù)荷.一級負(fù)荷包括：高級住宅的電梯、泵房、消防設(shè)施、應(yīng)急照明用電等；19層及以上居住類建筑的電梯、泵房、消防設(shè)施、應(yīng)急照明用電等；Ⅰ類汽車庫、機(jī)械停車設(shè)備以及采用升降梯作車輛疏散出口的升降梯用電；建筑面積大于5000m2的人防工程.二級負(fù)荷包括：10層至18層居住類建筑的電梯、泵房、消防設(shè)施、應(yīng)急照明用電等；Ⅱ、Ⅲ類汽車庫；建筑面積小于或等于5000m2的人防工程；區(qū)域性的增壓泵房、智能化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中心等。三級負(fù)荷是指其他不屬于上述一級或二級的負(fù)荷。

1.2供電可靠性要求

由于高層建筑存在著一、二級負(fù)荷，因此高層建筑配電系統(tǒng)的供電電源應(yīng)有兩個獨(dú)立的回路供電或采用一條回路電源和備用電源（發(fā)電機(jī)）供電。高層建筑一級負(fù)荷的邏輯聯(lián)鎖必須且重要?！冻鞘须娏W(wǎng)規(guī)劃設(shè)計導(dǎo)則（試行）》（能源電[1993]228號）第五節(jié)第134條、第135條《高層建筑用戶》中提出：10層及10層以上的住宅建筑（包括底層設(shè)置商業(yè)服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)的住宅）以及高度超過24m的其他民用建筑應(yīng)備有保安備用電源，必要時還應(yīng)自備發(fā)電機(jī)組等以作為緊急備用。當(dāng)其中一路電源失電時，母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)自動投入，以保證大多數(shù)用電負(fù)荷的正常供電。當(dāng)兩路10kV電源均失電時，自備應(yīng)急發(fā)電機(jī)組自動啟動，并在30s內(nèi)投入低壓母線供電，以保證供電的可靠性。

1.3用電設(shè)備多

由于高層建筑復(fù)雜的空間跨度以及各種立足于城市生活的功能設(shè)施，使得高層建筑較之于傳統(tǒng)建筑需要更多的用電設(shè)備。這些用電設(shè)備主要分為三種類型：照明設(shè)備、通風(fēng)設(shè)備、自動化設(shè)施。高層建筑由于其特殊的功能，需要更為復(fù)雜和更為多樣的照明設(shè)施，這些照明設(shè)施通常分為兩大類：室內(nèi)照明和樓面照明。高層建筑尤其是用作商業(yè)和酒店的綜合體，需要在原有照明系統(tǒng)上增加一部分輔助設(shè)施作為建筑整體的外部燈光造型體系，這使得供電系統(tǒng)需要在更多隱蔽工程的位置進(jìn)行更為周密的布置，即為系統(tǒng)設(shè)計增加了難度，也為施工帶來了不便。

這些地方在建筑整體完成之后，很難進(jìn)行后續(xù)的施工維護(hù)，一旦發(fā)生故障，整體功能不容易在短時間內(nèi)恢復(fù)。高層建筑的通風(fēng)設(shè)施也更為復(fù)雜，需要地上和地下兩部分通風(fēng)系統(tǒng)。供電系統(tǒng)需要圍繞通風(fēng)設(shè)施進(jìn)行更為細(xì)致的設(shè)計。高層建筑綜合體中往往存在比較多的自動化設(shè)施，這些自動化設(shè)施需要更為靈敏穩(wěn)妥的電力供應(yīng)，比如監(jiān)控系統(tǒng)和電梯系統(tǒng)，是建筑功能的重要組成部分，常常因?yàn)楣╇妴栴}導(dǎo)致失靈，在進(jìn)行電路設(shè)計的同時需要更進(jìn)一步的進(jìn)行輔助電力維護(hù)，以免影響建筑的使用功能。

2、高層建筑供配電系統(tǒng)的設(shè)計方案

2.1電源的合理布置

電源的布置應(yīng)該合理適宜，這和建筑主體的施工不同，施工中為了確保安全往往在原有設(shè)計的基礎(chǔ)之上進(jìn)行多余的配料和布置，但電力系統(tǒng)的布置應(yīng)該以此為忌，如果供電的電源電壓大于實(shí)際的建筑需求，就會容易因?yàn)檫^大的電流引發(fā)火災(zāi)。設(shè)計者應(yīng)該充分考慮建筑實(shí)際的用電負(fù)荷，二級負(fù)荷的供電系統(tǒng)應(yīng)該采用兩個回路進(jìn)行電流的引導(dǎo)，防止局部發(fā)熱而引起火災(zāi)。如果建筑需要一級負(fù)荷的供電，建筑內(nèi)部就應(yīng)該設(shè)置兩個供電電源，防止因?yàn)橐粋€電源的失靈而導(dǎo)致供電回路的中斷。在一些城市特定的商圈建造的高層綜合體，內(nèi)部商場、酒店、娛樂設(shè)施較為密集，建筑單位還應(yīng)該設(shè)置應(yīng)急電源，防止因?yàn)橐粫r的電力間斷遭受經(jīng)濟(jì)損失。

2.2供電電源電壓及主結(jié)線

高層建筑由于用電負(fù)荷較大，它一般采用高壓來供電，供電電壓國內(nèi)多為10KV（香港地區(qū)11KV，日本22KV，美國13.8KV）。高壓供電系統(tǒng)主結(jié)線一般多采用單母線制。單母線制主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，需用的設(shè)備少，投資省，經(jīng)濟(jì)性好，因而一般高層建筑及工礦企業(yè)采用較多。

2.3有關(guān)用電負(fù)荷的計算問題

對于高層的電負(fù)荷計算目前尚無一個權(quán)威而準(zhǔn)確的計算方法，國內(nèi)外大都是采用需要系數(shù)法或變形的需要系數(shù)法及單位容量法等。

2.4變壓器的選擇

現(xiàn)在高層建筑中使用大容量變壓器（單機(jī)容量超過1600KVA）已非少見，相對而言，大容量變壓器效率較高，但投入時涉及的負(fù)荷面一也寬，因此，科學(xué)地綜合各種因素，再根據(jù)各相關(guān)專業(yè)的用電要求，適當(dāng)?shù)拇_定變壓器單機(jī)容量及其臺數(shù)是很有必要的。一般說來，根據(jù)空調(diào)設(shè)備的分組來設(shè)置專用的變壓器是比較合適的，這樣就可隨著空調(diào)機(jī)組的投切來投切相應(yīng)的變壓器，從而取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

2.5變配電所位置的選擇

城市土地緊張，高層建筑輔助設(shè)施用房如換熱站、空調(diào)機(jī)房、水泵房、廚房等而這些機(jī)電設(shè)備的用電量很大，變電所進(jìn)樓后靠近這些電機(jī)設(shè)備，以縮短供電線路，減少電能損失，同時為保證對高層部分供電干線的最大壓降不超過允許值，變電所的設(shè)置地點(diǎn)應(yīng)有所選擇。住宅小區(qū)可設(shè)獨(dú)立式配變電所，也可附設(shè)在建筑物內(nèi)或選用戶外預(yù)裝式變電所。一般來說，變電所的選址有以下幾種：①在地下室和最高層設(shè)變電站；②分別在地下室、最高層和中間層設(shè)變電站；③僅在中間層設(shè)變電站。

3、提高供電線路的可靠性

3.1選用合理的供電系統(tǒng)連接設(shè)備

供電系統(tǒng)的連接設(shè)備主要包括導(dǎo)線和其相關(guān)配套設(shè)備。在進(jìn)行供電系統(tǒng)的布局設(shè)計時，要根據(jù)建筑的實(shí)用功能合理的選擇導(dǎo)線，這個過程要對后續(xù)的擴(kuò)大電流留有充分的發(fā)展余地。由于高層建筑的房地產(chǎn)營銷策略，很多高層建筑的使用功能不能在初始階段得到充分的發(fā)揮。一些用于商業(yè)和辦公的高層建筑在建設(shè)完成后招商還沒有結(jié)束，這就為建筑的使用功能帶來較大的變數(shù)，用電需求也相應(yīng)的產(chǎn)生變化，如果前期的電力系統(tǒng)布置不夠合理，就會使得整個建筑物的電力供應(yīng)處于滿負(fù)荷的狀態(tài)，造成火災(zāi)隱患。設(shè)計者要選擇能夠充分保障建筑安全的導(dǎo)線，防止由于電流的熱量效應(yīng)而發(fā)生老化熔斷。與導(dǎo)線

相配套的發(fā)電設(shè)備也要充分適應(yīng)建筑功能的變化，在設(shè)計中留有提升的余地。

3.2選擇盡可能安全的接地方式

想要提高供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性，最重要的就是進(jìn)行更為安全的接地系統(tǒng)設(shè)置。在高層建筑中，接地系統(tǒng)比以前更為復(fù)雜，常常是保護(hù)接地和工作接地都合在一處，進(jìn)行接地系統(tǒng)的整合。首先接地系統(tǒng)的整體電阻要小于我國規(guī)定的4Ω國家標(biāo)準(zhǔn)，其次可以結(jié)合建筑物的建造基礎(chǔ)，如果基礎(chǔ)中的鋼筋等結(jié)構(gòu)原料可以滿足電阻的要求，就能夠以此為基礎(chǔ)進(jìn)行人工接地系統(tǒng)的鋪設(shè)，將不同高層建筑的基礎(chǔ)連成一個接地網(wǎng)，加強(qiáng)了相互供應(yīng)，大大提高了供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。

3.3變電所位置的合理設(shè)置

高層建筑的變電所要在設(shè)置過程中盡可能的靠近電源，并回避使用過程中的震動。值得注意的是，變電所的設(shè)備容易受到環(huán)境的影響，在安裝設(shè)置的過程中不能安裝在浴室、廁所等的下方，防止受到水汽和潮氣侵?jǐn)_，帶來使用的可靠性下降。

結(jié)語

供電系統(tǒng)是高層建筑的功能基礎(chǔ)，需要從業(yè)人員不斷探究，應(yīng)當(dāng)根據(jù)相應(yīng)的設(shè)計規(guī)范，對高層建筑的供配電技術(shù)方案進(jìn)行合理的設(shè)計，從根本上保證高層建筑的質(zhì)量安

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