高層建筑供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

陳巧勤

1 引言

目前，我國(guó)民用建筑的數(shù)量及規(guī)模不斷擴(kuò)大，供配電系統(tǒng)的安全可靠性與經(jīng)濟(jì)性成為民用建筑供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的兩個(gè)重要衡量指標(biāo)，然而，在具體的施工過(guò)程中，由于受到建筑布局、電氣設(shè)備、設(shè)計(jì)人員水平等多方面因素的影響，很難有效的平衡供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的可靠性與經(jīng)濟(jì)性。因此，對(duì)高層建筑工程供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)探究迫在眉睫。

2 高層建筑供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

2.1 滿足供電電源的可靠性

人們的日常生產(chǎn)生活中已離不開電能的支持，供配電系統(tǒng)的可靠性對(duì)人們的人身安全和財(cái)產(chǎn)安全有著重要的影響作用。近些年來(lái)，由于人口的大幅度增長(zhǎng)和可用土地的短缺，出現(xiàn)了大量高層建筑，而在高層建筑的使用過(guò)程中，最容易出現(xiàn)的安全風(fēng)險(xiǎn)就是火災(zāi)?，F(xiàn)階段，進(jìn)行高層滅火的主力是消防官兵們，火災(zāi)發(fā)生時(shí)如果消防人員無(wú)法及時(shí)趕到失火現(xiàn)場(chǎng)，就會(huì)對(duì)高層建筑內(nèi)部設(shè)備造成極為嚴(yán)重的破壞，甚至發(fā)生重大安全事故，因此，在供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)合理應(yīng)用火災(zāi)預(yù)警技術(shù)，保證供電電源穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 保障供電的持續(xù)性和電源時(shí)間性

對(duì)于通過(guò)電網(wǎng)就可以提供兩個(gè)單獨(dú)電源的建筑形態(tài)來(lái)說(shuō)，基本上可以滿足人們的正常生活需求。但是對(duì)不同于普通建筑的情況來(lái)說(shuō)，內(nèi)部的用電系統(tǒng)有著較高的負(fù)荷，設(shè)計(jì)時(shí)要綜合建筑物特性進(jìn)行考慮，出現(xiàn)緊急情況時(shí)，一定要保證備用電源能夠正常啟用。

3 高層建筑供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 電力負(fù)荷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)民用建筑供配電系統(tǒng)方案時(shí)，設(shè)計(jì)人員首先需要對(duì)該建筑所需的電力負(fù)荷等級(jí)進(jìn)行深入的了解與調(diào)研，然后根據(jù)配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的可靠性及中斷供電后可能給政治方面和經(jīng)濟(jì)方面造成損失的嚴(yán)重程度，將建筑負(fù)荷等級(jí)分為一、二、三個(gè)等級(jí)的負(fù)荷，其中，供配電系統(tǒng)在中斷供電時(shí)，若造成了人員的嚴(yán)重傷亡、經(jīng)濟(jì)的巨大損失、建筑內(nèi)秩序的異?；靵y等現(xiàn)象為一級(jí)負(fù)荷；若造成了經(jīng)濟(jì)的較大損失、建筑內(nèi)秩序的混亂等現(xiàn)象則為二級(jí)負(fù)荷；其余現(xiàn)象則屬于三級(jí)負(fù)荷。為此，在進(jìn)行供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于一級(jí)負(fù)荷應(yīng)該采用兩個(gè)獨(dú)立電源供電系統(tǒng)，以確保在發(fā)生故障時(shí)，其中一個(gè)供電系統(tǒng)能夠正常為建筑供電，考慮到兩個(gè)供電系統(tǒng)可能同時(shí)發(fā)生故障或需要檢修時(shí)，會(huì)影響到整個(gè)電力系統(tǒng)的供電，故而還需要增加應(yīng)急備用的電源，根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)的實(shí)際情況及負(fù)荷要求確定其能供電的時(shí)間段。對(duì)于二級(jí)負(fù)荷需要在供配電設(shè)計(jì)階段考慮供電屬性的多變性，其配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方案要能確保在線路或變壓器發(fā)生故障時(shí)，能夠正常的持續(xù)供電或是在短暫的中斷供電后快速的恢復(fù)供電功能。對(duì)于三級(jí)負(fù)荷，設(shè)計(jì)人員只需要確保所有供電設(shè)備都能在正常情況下進(jìn)行工作為建筑持續(xù)供電即可。

3.2 高壓供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于高層建筑的供電負(fù)荷通常比較大，故其供電一般采用10kV的高壓，并且主要包括環(huán)形雙回路、單側(cè)回路和雙側(cè)雙回路三種供電方案。其中，環(huán)形雙回路的供電方案投入成本和可靠性都比較高；單側(cè)回路的供電方案投入成本和可靠性都比較低；雙側(cè)雙回路的供電方案由于采用了兩個(gè)電源同時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行供電，故其供電有著較高的可靠性。在對(duì)高層建筑高壓供電系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，通常需要根據(jù)建筑施工方的投入成本選擇適當(dāng)?shù)墓╇姺桨浮Ｓ捎诓煌母邏弘娫淳哂胁煌墓╇娦问?，因而高壓主接線的方式也會(huì)隨之不同。當(dāng)兩路高壓電源對(duì)系統(tǒng)同時(shí)進(jìn)行供電的情況下，一般是采用單母線分段的形式，但是對(duì)母聯(lián)開關(guān)卻不進(jìn)行設(shè)置。這種供電形式的特點(diǎn)在于所需要的設(shè)備非常少，而且結(jié)構(gòu)相對(duì)來(lái)說(shuō)也比較簡(jiǎn)單，同時(shí)投資成本也比較低，但是其供電的可靠性和靈活性都比較低。當(dāng)兩路高壓電源對(duì)系統(tǒng)采用一個(gè)供電一個(gè)備用的情況下，一般是采用單母線不分段的形式，這種供電形式的特點(diǎn)在于其線路相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單。當(dāng)供電系統(tǒng)中一個(gè)電源發(fā)生故障時(shí)，另一個(gè)備用電源就能立刻取代原電源對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行供電。目前，在高層建筑中應(yīng)用比較廣泛的供電方案是設(shè)置母聯(lián)開關(guān)，并且單母線分段進(jìn)行供電，當(dāng)系統(tǒng)中任一電源發(fā)生故障時(shí)，母聯(lián)開關(guān)自投，對(duì)故障電源側(cè)的負(fù)荷恢復(fù)供電。這種供電形式雖然接線相當(dāng)復(fù)雜，而且投資成本也最高，同時(shí)其供電系統(tǒng)的可靠性也是最高的。

3.3 低壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

①在一般情況下在對(duì)高層建筑中的電氣系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵循以下幾條原則：第一，應(yīng)當(dāng)對(duì)建筑物內(nèi)的電氣設(shè)備進(jìn)行充分的了解，以確保建筑用電的安全性，進(jìn)而在最大程度上避免電力事故對(duì)人身及其財(cái)產(chǎn)造成危害，在對(duì)高層建筑中的電氣進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，在對(duì)建筑電氣進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，在電氣系統(tǒng)中要進(jìn)行自動(dòng)切斷故障電路的設(shè)備的設(shè)置以及接地保護(hù)的設(shè)計(jì)。我國(guó)現(xiàn)階段的高層建筑中通常利用TN系統(tǒng)、Ti系統(tǒng)、Tr系統(tǒng)這3種接地保護(hù)模式，雖然環(huán)節(jié)不同，但是進(jìn)行保護(hù)的目的一樣的，均是為了避免外部危險(xiǎn)電壓對(duì)建筑內(nèi)電路造成不良的影響。三種對(duì)接地保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置的方法，為用電安全提供一定的保障，具體的選擇要根據(jù)建筑電氣和建筑工程的特點(diǎn)來(lái)定，不管是采用哪種接地的保護(hù)形式，都要圍繞供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，對(duì)高層建筑電氣系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，第一時(shí)間將故障電路切斷。例如Tr系統(tǒng)對(duì)電氣系統(tǒng)進(jìn)行接地的保護(hù)設(shè)置時(shí)，采用電流保護(hù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)總等電位進(jìn)行聯(lián)結(jié)，而TN系統(tǒng)主要保護(hù)金屬性短路的電氣系統(tǒng)以及發(fā)生故障電流較大的電氣系統(tǒng)，Ti系統(tǒng)主要針對(duì)的接地故障保護(hù)是外漏設(shè)置的導(dǎo)電部分，是針對(duì)電流短路或者是電路負(fù)荷的保護(hù)設(shè)置，在進(jìn)行接地保護(hù)的設(shè)計(jì)方式的選擇的時(shí)候，要根據(jù)電氣回路中的保護(hù)線截面情況以及接地的形式來(lái)確定。②為了保證建筑物供配電可靠性，進(jìn)而避免發(fā)生斷電事故，非消防Ⅰ、Ⅱ級(jí)負(fù)荷的供配電方案的設(shè)計(jì)，以此來(lái)確保電量的充足，可以設(shè)置雙重電源以及備用電源的方式，采取回路來(lái)同時(shí)供電，確保一個(gè)電源出現(xiàn)故障時(shí)，整個(gè)電源依然可以正常供電，對(duì)于具有十分重要作用的負(fù)荷，比如在民用高層建筑中應(yīng)當(dāng)將主電源、備用電源與專用回路雙電源獨(dú)立開來(lái)。對(duì)于非消防Ⅱ級(jí)負(fù)荷，例如商用高層建筑系統(tǒng)，可以采用雙回路電源來(lái)供電，包括主要電源和變電系統(tǒng)，進(jìn)行供電[2]。③在一般性的高層建筑，如住宅的低壓供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，要滿足了規(guī)范化設(shè)計(jì)的要求，還要有效地確保供配電的可靠性，需設(shè)置應(yīng)急備用電源，將低壓?jiǎn)文妇€進(jìn)行分段，獨(dú)立兩路電源和兩臺(tái)變壓器，分列運(yùn)行，尤其是高層建筑具有非常大的負(fù)荷，可以通過(guò)一路電源與一臺(tái)變壓器對(duì)低壓母線進(jìn)行分段；在電源線低壓側(cè)將2個(gè)回路電源引出來(lái)，有效滿足消防負(fù)荷和非消防負(fù)荷的使用要求，并且分別應(yīng)用到不同的低壓分母線段之中。但是，該種方案適用于住宅類高層建筑，不適用于超大負(fù)荷的高層建筑。

4 高層建筑供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例

某高層建筑工程是由商務(wù)辦公樓、地下室以及其他配套設(shè)施所組成的，建筑工程總高度為115m，其中，地上結(jié)構(gòu)25層，地下結(jié)構(gòu)5層，建筑面積約為7.8×104m2。在該高層建筑工程供配電設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們需要注意以下幾點(diǎn)：①保障用電安全。在配線方式方面，盡量采用樹干形式，同時(shí)減少配電級(jí)數(shù)以及電力線路長(zhǎng)度，對(duì)于線纜以及保護(hù)管材料，必須滿足國(guó)家規(guī)范要求。②提升用電可靠性。采用兩路高壓進(jìn)線方式，電源分別來(lái)自于不同的電站，為了提升建筑工程消防水平以及電力負(fù)荷，在地下一層結(jié)構(gòu)中，需要設(shè)置一臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)，保證該建筑工程用電穩(wěn)定性。③為了提升用電合理性，在配電房設(shè)置過(guò)程中，應(yīng)該盡量將配電房深入至負(fù)荷中心，同時(shí)縮短供電線路的長(zhǎng)度，對(duì)于地下一層以及地上九層，還需要設(shè)置變配電房，確保其供電合理性。

圖1 變壓器低壓母線電路圖

5 結(jié)語(yǔ)

總而言之，在高層建筑領(lǐng)域的發(fā)展過(guò)程中，完善低壓供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性發(fā)展研究是整個(gè)電氣工程發(fā)展的基礎(chǔ)性內(nèi)容。因?yàn)楦邔咏ㄖ?nèi)部電氣設(shè)備呈現(xiàn)出多樣化的發(fā)展趨勢(shì)，在具體施工中帶有一定復(fù)雜性，用電量過(guò)大造成帶能超負(fù)荷。因此，在進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)的過(guò)程中，必須不斷優(yōu)化低壓供配電運(yùn)行環(huán)境，保證其系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性，提升電氣設(shè)備整體功能，實(shí)現(xiàn)電力行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

[1]謝維.超高層建筑供配電管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2010，18（2）4：916～919.

[2]王文亮，申健.智能建筑供配電監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電源技術(shù)，2010，34（2）7：726～728.

[3]劉昌明.建筑供配電線路的節(jié)能設(shè)計(jì)[J].四川建筑科學(xué)研究，2011，37（2）1：257～259.