淺談高層建筑高低壓供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

王延昌

摘 要：筆者結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)高層建筑高低壓供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用進(jìn)行探討研究。高層建筑的高低壓配電系統(tǒng)是一項(xiàng)復(fù)雜工程，它不僅關(guān)系到市民的生命安全與財(cái)產(chǎn)安全，也與市民的平時(shí)生活緊密相連。因此供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)要全面，在設(shè)計(jì)中一定要以安全第一為首要原則，同時(shí)也不能忽視供電效率，以減少不必要的電能浪費(fèi)。

關(guān)鍵詞：高層建筑；高低壓；供配電系統(tǒng)；

引言

20 世紀(jì) 80 年代開始，我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城市化進(jìn)程也逐漸加快，城市在不斷發(fā)展

與擴(kuò)張，諸多相關(guān)問(wèn)題也日益突出。城市化的出現(xiàn)導(dǎo)致大量農(nóng)村人口進(jìn)入城市，房屋建筑從中高層轉(zhuǎn)向高層化發(fā)展是必然的趨勢(shì)。在這樣的趨勢(shì)下，高層建筑對(duì)供配電系統(tǒng)提出了更高的要求，設(shè)計(jì)出既安全又實(shí)用的高低壓配電系統(tǒng)成為重中之重。為達(dá)到這樣的目標(biāo)，設(shè)計(jì)師需要對(duì)樓房的特點(diǎn)、用電設(shè)備的品質(zhì)以及樓房外部條件進(jìn)行多方面考慮，這樣才能設(shè)計(jì)出一個(gè)既合理又經(jīng)濟(jì)實(shí)用的供配電系統(tǒng)。將從高低壓供配電系統(tǒng)的各方面來(lái)探討如何設(shè)計(jì)出完善的高層建筑高低壓供配電系統(tǒng)。

1 高層建筑供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容

在對(duì)高層建筑的供配電系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)之前，有兩個(gè)方面要明確，一是計(jì)算用電負(fù)荷，二是確定用電負(fù)荷的等級(jí)。用電負(fù)荷的計(jì)算是選擇供電系統(tǒng)、電氣設(shè)備、變壓器容量、儀表量程以及導(dǎo)線截面的重要根據(jù)。就目前的發(fā)展水平來(lái)看，我國(guó)還沒有誕生一套十分完整準(zhǔn)確且權(quán)威的用電負(fù)荷計(jì)算方法，所以在實(shí)際設(shè)計(jì)中，采用的計(jì)算方法常是單位容量法與需要系數(shù)法。比如計(jì)算相同類型建筑的用電負(fù)荷大小可以根據(jù)已投入使用的高層建筑電負(fù)荷大小和變壓器容量來(lái)進(jìn)行適當(dāng)估算。一般樓層較高所需要的用電量累計(jì)下來(lái)也就較多，所以用電負(fù)荷也比較大，在確定用電負(fù)荷等級(jí)的時(shí)候就要對(duì)其進(jìn)行區(qū)分對(duì)待。一般一級(jí)用電負(fù)荷都是有兩個(gè)電源來(lái)對(duì)其進(jìn)行供電，一個(gè)正常使用，一個(gè)備用，這樣其中一個(gè)電源出現(xiàn)故障的時(shí)候，另外一個(gè)能夠在最短的時(shí)間內(nèi)快速取代故障電源，并解決斷電問(wèn)題。下面將從高低兩個(gè)供配電系統(tǒng)方面來(lái)分析高層建筑的供配電系統(tǒng)。

1.1 低壓配電系統(tǒng)

低壓配電系統(tǒng)主要是由配電變電所、高低壓配電線路、配電變壓器以及其他控制設(shè)備組成。在高層建筑中經(jīng)常使用的配電方式有樹干式、鏈?zhǔn)?、放射式和混合式四種主要形式。其中混合式配電方式使用最多，也是最適合高層建筑配電使用。

（1）樹干式

顧名思義就是利用一條主干線將各個(gè)分配電箱與總電線互相連接起來(lái)的配電方式。這種配電方式的優(yōu)點(diǎn)十分明顯，投資建設(shè)使用的成本較低，而且施工建設(shè)十分方便。不過(guò)不足之處也是十分顯著，比如一點(diǎn)配電主干線出現(xiàn)問(wèn)題，受到斷電影響的范圍十分大。所以樹干式的配電方式一般在對(duì)供電可靠性不高的場(chǎng)所使用，其用電負(fù)荷比較平均，電源設(shè)備容量也不大。

（2）鏈?zhǔn)?/p>

鏈?zhǔn)脚c樹干式有點(diǎn)類似，就是在一條主供電線路上連接多個(gè)分配電箱或用電設(shè)備，這種供電方式因?yàn)榫€路上缺少分支點(diǎn)，所以投資成本不高，對(duì)電纜線路的鋪設(shè)十分適合。不過(guò)當(dāng)出現(xiàn)供電故障的時(shí)候，對(duì)線路進(jìn)行檢修時(shí)要對(duì)所有的用電設(shè)備進(jìn)行停電，所以供電的可靠性相對(duì)較差，一般適合可靠性要求不高的小容量用電設(shè)備。

（3）放射式

放射式是由總配電箱直接將電供給分配電箱的方式。這種分配方式由于是各個(gè)負(fù)荷單獨(dú)受電，所以一旦發(fā)生斷電故障的時(shí)候，不會(huì)對(duì)其他分配電箱設(shè)備產(chǎn)生影響，因此其供電的可靠性相對(duì)較高，而且在實(shí)施過(guò)程中比較容易集中控制，不過(guò)不足之處就是線路太多，系統(tǒng)的靈活性不高。放射式分配方式適合于設(shè)備容量十分大，需要集中控制電源的場(chǎng)合。

1.2 高壓供電系統(tǒng)

（1）高壓供電方案

高層建筑因其樓層較高，使用的供電負(fù)荷也就相對(duì)較大，一般供電高壓都在 10 kV 左右，所以高壓供電方案采用三種形式，即環(huán)形雙回路供電、雙側(cè)雙回路供電和單側(cè)雙回路供電。每一種配電方案都有其優(yōu)缺點(diǎn)，環(huán)形雙回路供電的投資成本在三者中最大，但獲得的供電可靠性也是最高的。雙側(cè)雙回路供電擁有兩個(gè)同時(shí)供電的電源，所以供電可靠性居中。單側(cè)雙回路供電投資成本最低，供電可靠性也最差。因此在確定高壓供電方案的時(shí)候會(huì)根據(jù)不同投資成本來(lái)選擇相對(duì)應(yīng)適合的供電方式。

（2）高壓主接線

高壓主接線會(huì)根據(jù)高壓電源供電方式的不同而不同。比如當(dāng)兩個(gè)高壓電源同時(shí)對(duì)其供電時(shí)，采取的高壓主接線方式就是單母線分段，不過(guò)不會(huì)對(duì)母聯(lián)設(shè)置開關(guān)。這種方式由于結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，所以需要的設(shè)備也比較少，投資成本不高。不過(guò)其供電的靈活性與可靠性都相對(duì)較差，在出現(xiàn)故障對(duì)母線進(jìn)行檢修時(shí)需要將所有用戶斷電。而兩路的高壓電源一個(gè)使用一個(gè)備用時(shí)，采用的方式也是單母線不分段，雖然此方式線路比較簡(jiǎn)單，投資成本也不高，但是較靈活。

2 高層建筑對(duì)配電系統(tǒng)的需求

（1）提高供電電源的可靠性

高層建筑的建造成本比其他建筑要高，而且人員十分集中，所以供電是否可靠直接與企業(yè)運(yùn)行、工作人員與設(shè)備安全緊密相關(guān)。特別是當(dāng)高層建筑出現(xiàn)火災(zāi)的時(shí)候，所有人員以及消防人員都要利用建筑物內(nèi)本身?yè)碛械南涝O(shè)施來(lái)進(jìn)行滅火、疏散人員和物資。一般建筑內(nèi)的消防設(shè)施都與電有關(guān)，大部分設(shè)備都需要電來(lái)供應(yīng)，所以擁有一個(gè)可靠性十分高的電源相當(dāng)重要，否則無(wú)法在最短的時(shí)間內(nèi)報(bào)警、滅火還有快速疏散人群與物資，對(duì)控制火勢(shì)蔓延也不利，會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失與人員傷亡。所以為了保障高層建筑中消防設(shè)備的正常供電，要合理確定電力負(fù)荷的等級(jí)，從而提高供電可靠性。

（2）電源轉(zhuǎn)換的時(shí)間性和方式

一般能夠提供兩個(gè)相互獨(dú)立電源的高層建筑，按照規(guī)定基本上已經(jīng)滿足一級(jí)與二級(jí)負(fù)荷的要求，不過(guò)這個(gè)要求針對(duì)的也只是一般的高層建筑，對(duì)那些十分重要的高層建筑或者超高層建筑，其內(nèi)部設(shè)置的供電負(fù)荷就要考慮一個(gè)電源正常使用出現(xiàn)故障后，備用電源又不能夠正常使用的嚴(yán)重情況。這種情況下就要設(shè)置應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組，讓其作為備用應(yīng)急電源。而對(duì)那些只能提供一路電源的高層建筑，更要將柴油發(fā)電機(jī)組作為第二供電電源。這個(gè)時(shí)候的發(fā)電機(jī)組不再是應(yīng)急電源，而是作為備用電源來(lái)使用。

3 提高高層建筑供配電技術(shù)的措施

（1）不同負(fù)荷等級(jí)的電源保障

正常情況下，一級(jí)負(fù)荷是要有兩個(gè)相互獨(dú)立的電源進(jìn)行電力支持的，而二級(jí)負(fù)荷需要一個(gè)到兩個(gè)專用回路來(lái)提供電力，而且為了讓一級(jí)負(fù)荷的供電不停，最好要啟用用于應(yīng)急的柴油發(fā)電機(jī)組。對(duì)一些不同尋常的設(shè)備，比如事故照明燈或者計(jì)算機(jī)中心等地，需要設(shè)置蓄電池，確保電源出現(xiàn)故障時(shí)能夠不間斷供電。為了預(yù)防可能出現(xiàn)的情況，比如房屋倒塌、地震等，也需要設(shè)置可用于隨時(shí)充電且相互獨(dú)立的干電池應(yīng)急燈群，這樣才能夠保證高層建筑中的相關(guān)操作人員能夠盡快安全撤離。

（2）采用安全的接地方式

高層建筑供配電系統(tǒng)的安全系數(shù)與接地方式有很大關(guān)系，想要保障供配電系統(tǒng)的安全就要采用安全的接地方式。我國(guó)目前的高層建筑是將電氣設(shè)備的工作接地與保護(hù)接地混在一起，組成一個(gè)使用方便的接地系統(tǒng)。一般接地電阻需要高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 4 Ω，這樣才能夠以高層建筑基礎(chǔ)鋼筋下的自然接地電阻為基礎(chǔ)，將人工接地方式設(shè)置好，形成一個(gè)完整的高層建筑接地網(wǎng)，這樣做對(duì)高層建筑供配電系統(tǒng)的可靠性有很大提高。

（3）選擇合適的變 （ 配 ） 電所位置

確定高層建筑的配電所位置要進(jìn)行綜合考慮，進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要考慮如下原則。

1）要和負(fù)荷中心和電源側(cè)接近，設(shè)備吊裝運(yùn)輸要方便。

2）不能將配電所的位置設(shè)置在會(huì)發(fā)生劇烈震動(dòng)的地方。

3）不能將其設(shè)置在會(huì)經(jīng)常積水地方的正下方，比如廁所、浴室下方。

4）絕對(duì)不適合將配電所設(shè)置在具有腐蝕性與會(huì)常出現(xiàn)塵霧的地方。

配電所的位置要避開這些地點(diǎn)，要選擇通風(fēng)與散熱都十分良好的場(chǎng)所。

4 結(jié)束語(yǔ)

時(shí)代不斷發(fā)展，我國(guó)的高層建筑也在不斷增多，人們對(duì)高層建筑中的供配電系統(tǒng)也越來(lái)越關(guān)注，如果供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)不完善，那么高層建筑中的消防設(shè)施也就存在隱患，但高層建筑的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，用電容量與供電負(fù)荷的性質(zhì)都十分鮮明，所以在進(jìn)行供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要先不斷深入研究，這樣綜合各方面資料與研究結(jié)果，將高層建筑中的高低壓供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加完善，從而提高高層建筑供電可靠性，減少斷電帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失。