高層建筑電氣工程供配電系統(tǒng)設計分析

長沙電力設計院有限公司 姜超駿

對于高層建筑工程而言，電氣工程較為重要，其供配電系統(tǒng)設計的優(yōu)劣直接影響著人們的用電安全和穩(wěn)定，作為一個專業(yè)性強、技術性強的工程專業(yè)，亟須做好整體規(guī)劃、系統(tǒng)勘察工作，以此科學開展施工，并精準控制設計過程中的各種問題，以此提高電氣工程供配電系統(tǒng)設計水平。

1 高層建筑電氣工程供配電系統(tǒng)設計概述

在電氣工程供配電系統(tǒng)中，功率的流向是單方向的，從電源端向著用戶端單方向流動，該模式可以有效將電力系統(tǒng)中的電源通過優(yōu)化配置輸送給用戶，在保證安全的同時，也可以滿足低電壓需求，最終通過用電設備轉(zhuǎn)化成為需要的電能。當前，高層建筑供配電系統(tǒng)中對于電壓值有明確的規(guī)定，對此在需要設計時還需要考慮用戶用電數(shù)量、負荷和供電區(qū)域內(nèi)的具體情況，以此設計最佳方案。另外，在完成設計后還需要檢查方案的適用習慣，便于滿足供配電系統(tǒng)運行各方面需求，最終確保其在未來有可拓展的空間[1]。

2 高層建筑電氣工程供配電系統(tǒng)設計要求

一是可靠性，可靠性是供配電系統(tǒng)設計的內(nèi)在要求，對此需要確保設計可靠，避免在供電的過程中出現(xiàn)各種故障、混亂的情況，通過科學設計，緊密控制，有效確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

二是質(zhì)量，電能質(zhì)量的好壞和電源頻率和電壓有著直接的關系，當前我國對于高層建筑電氣工程供配電系統(tǒng)額定電壓、額定功率都進行了明確規(guī)定，對于頻率有允許存在的偏差。但是這種偏差存在會對供配電設備的安全性和使用壽命產(chǎn)生影響，嚴重者會導致設備直接無法使用。對此，在進行系統(tǒng)設計時需要確保電能質(zhì)量達標，確保供電穩(wěn)定，滿足用戶的用電需求。

三是靈活易操作，在進行供配電系統(tǒng)設計時需要遵循簡單、靈活的原則，在滿足負荷變化需求的基礎上，可以在不同環(huán)境下自動切換狀態(tài)，以此避免在具體運行過程中不會出現(xiàn)各種失誤操作，在保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行的基礎上，也可以實時檢修系統(tǒng)。

四是在供配電系統(tǒng)設計時還需要遵循經(jīng)濟性原則，在技術要求下，以最少的投資實現(xiàn)最大的收益，對此人們在后期還需要優(yōu)化設計方案，不斷完善設計方案的功能和特點，以此更好地滿足未來社會對電壓等級、電氣設備容量、安裝的新需求。

五是節(jié)能性，節(jié)約電能是當前建筑行業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的主要方向，對此在高層建筑電氣工程供配電系統(tǒng)設計中也需要遵循節(jié)能要求，以此滿足各個行業(yè)的發(fā)展需求，提高電能利用率，以此滿足節(jié)能高效的設計要求。當前，高層建筑物電氣工程節(jié)能降耗目標，可以通過優(yōu)化設計來實現(xiàn)，如可安裝節(jié)能裝置，在空調(diào)風機、水泵、馬達的設計中，可以選擇變頻控制設計方法，該方法可以根據(jù)具體用電需求自動調(diào)整馬達、水泵用電量，并根據(jù)其具體工作時間和特點有效控制電能的輸送，最終提高能源利用率。

3 高層建筑電氣工程供配電系統(tǒng)設計內(nèi)容

3.1 高壓配電系統(tǒng)設計

在高層建筑電氣工程中，需要應用到大量的電氣設備，尤其是高壓配電系統(tǒng)，其作為整個配電系統(tǒng)核心，可以穩(wěn)定高層建筑電氣設備運行，當前高壓配電系統(tǒng)主要表現(xiàn)為單母線分段式，該形式可以有效提高電路的穩(wěn)定性，并根據(jù)具體運行情況自動切換設備，以此實現(xiàn)設備的通用。

另外，在具體設計時還需要遵循負荷等級和電源要求，其負荷等級主要以《民用建筑電氣設計規(guī)范》《建筑設計防火規(guī)范》中對于不同等級高層民用建筑電氣負荷和消防負荷具體規(guī)定進行設計。一般情況下，高層建筑物中的非消防負荷，如電梯電源、消防、網(wǎng)絡系統(tǒng)、智能電燈等，都需要以最高負荷等級為標準進行設計，對于消防負荷等需要以一級負荷為標準進行設計。一級負荷標準主要有兩路，一級負荷是可以同時停電的獨立電源，二級負荷是雙回路供電，對此在具體設計時需要和電力部門積極商討，在滿足上述要求的基礎上進行設計，如果不符合要求，則需要設置備用電源，比如應急柴油發(fā)電機組等。

3.2 供配電系統(tǒng)導線選擇

在高層建筑電氣工程供配電系統(tǒng)設計中，電力線路發(fā)揮著重要的地位，其主要負責傳輸、分配電能，對此在高層建筑工程電氣系統(tǒng)設計中，需要科學選擇導線，以此確保系統(tǒng)運行安全。同時，電氣人員在選擇導線時需要遵守相關規(guī)范，在安全性基礎上盡量節(jié)省導線。

3.3 電氣設備低壓斷路器選擇

為確保電網(wǎng)電壓穩(wěn)定運行，在必要情況下盡量不切斷用戶用電電路，需要按照失壓保護裝置，促使欠壓脫和器線圈在電壓上相互連接，當電壓運行過程中會自動吸附銜鐵，如果此時電壓下降到額定電壓以上時，內(nèi)吸力則小于彈簧拉力，則此時銜鐵會自動鎖閉，促使觸頭自動斷開。從以上原理可以看出，低壓斷路器主要負責保護線路，對于不同的線路還需要設置不同的保護裝置，如在變電所內(nèi)設置低壓斷路器時，不僅需要發(fā)揮保護功能，也需要設置遠程控制功能，并在插座線路上發(fā)揮低壓斷路器的漏電保護功能。

3.4 供配電系統(tǒng)設計中配電箱設置

根據(jù)電氣接電特點，在安裝配電箱時需要將各種開關設備、保護電氣、測量儀表以及其他設備等，進行封閉式組裝或者半封閉式的屏蔽在金屬柜內(nèi)，以此形成一個封閉式的低壓配電裝置，在一般情況下，啟動該裝置時只需手動操作開關就可以直接接通電路。但是配電箱如果出現(xiàn)故障，則直接切斷電路，其會自動發(fā)出報警信號，且在發(fā)、配、變電所中，需要通過測量儀表中的參數(shù)來分析電氣運行情況，根據(jù)具體問題及時調(diào)整，以此確保配電箱內(nèi)各個設備可以穩(wěn)定運行。

3.5 變壓器設計

變壓器可以促使供配電系統(tǒng)更加安全、可靠的運行，對此需要重視變壓器的設計，綜合分析其運行情況，在具體設計時要科學選擇變壓器材料，選擇耗能低的材料，以此降低成本，降低能耗率。當前，對于變壓器最佳負荷率主要在70%左右，在此范圍內(nèi)變化，變壓器可以穩(wěn)定運行，不會出現(xiàn)意外情況，并提高自身的承載能力，促使供電系統(tǒng)穩(wěn)定運行，提高電能利用率。高層建筑屬于大型工程項目，其用電具有周期性、多變性、集中性特點，對此需要技術對變壓器進行調(diào)整，根據(jù)具體用電時間段和集中點調(diào)節(jié)。如在夏冬季節(jié)對于空調(diào)的使用次數(shù)多，對此也可以及時調(diào)節(jié)變壓器數(shù)值，在節(jié)約電能資源的同時，也可以確保建筑樓層穩(wěn)定運行，降低經(jīng)濟成本。

3.6 插座和開關的選擇

插座和開關是電氣系統(tǒng)的終端，其也發(fā)揮著重要的作用，雖然開關和插座較小，但是主要負責高層建筑電氣設備和照明燈具的閉合和啟動功能，對其可以進行直接控制。但是在斷開開關時，電氣設備就會被切斷，對于任何一種性能、功率的設備而言需要科學選擇開關和插座，以此有效預防各種漏電等安全事故的發(fā)生，以此確保人們用電安全。

3.7 備用電源設計

在電氣工程供配電系統(tǒng)設計中想要提高安全系數(shù)，確保系統(tǒng)運行安全，確保人們用電安全，需要在高層建筑每一級供電負荷下設置兩個獨立控制的供電電源，以此確保在集中用電下不會出現(xiàn)各種意外情況，確保供電安全和穩(wěn)定。

3.8 降低線路能耗

高層建筑電氣工程供配電系統(tǒng)設計復雜。在鋪設電氣線路時需要根據(jù)具體情況，具體需求科學規(guī)劃設計，盡量避免交叉情況，確保電氣設備安裝順利，在降低其能耗、保證安全、設計科學的基礎上，不影響建筑物的美觀度。且在具體設計時還需要優(yōu)化布局，在保證敷設順利的同時，也可以降低能耗，并確保電力系統(tǒng)在輸送電能的過程中安全、可靠，避免因為各種故障情況導致電能損耗的情況出現(xiàn)，以此實現(xiàn)設計最佳。不同的電流流向，對于線路材質(zhì)有著特殊的要求，對于電流的損耗也是不同的，對此在進行電氣線路設計時需要科學選擇材料，保證最佳設計，盡量減少線路中電阻的布設，確保電網(wǎng)可以穩(wěn)定運行。

3.9 配電室設計

高層建筑負荷容量大，一般樓層越高，則需要在合適位置設置兩個以上的配電室，并縮小配電室供電半徑，以此降低電力損耗，確保變壓器可以穩(wěn)定運行，保證變壓器的運行安全和可靠，想要滿足以上條件，需要設計人員科學分析變壓器的運行條件，盡量將控制成本，降低能耗。對于變壓器容量可以根據(jù)其最佳運行狀態(tài)來分析負荷，將負荷率控制在標準范圍內(nèi)，降低變壓器的設置數(shù)量，控制變壓器容量，以此有效降低能耗，提高電力能源的利用率。

對此，設計人員可以根據(jù)季節(jié)特點，或者白天和夜晚的工作特點設計專用變壓器，以此根據(jù)具體需求自動切換工作狀態(tài)，以此發(fā)揮變壓器的經(jīng)濟價值。高層建筑一級負荷需要使用兩路獨立回路供電，將不同的回路設置在不同導管先或者線槽內(nèi)，二級負荷需要使用雙回路供電，如果低壓配電室可以滿足以上不同負荷級別的供電需求，則可以直接從母線饋出接入單回路供電。一般情況下，一級負荷比如消防泵房，消防控制室等需要啟動放射式供電，或者樹干式供電，但因高層建筑負荷類型復雜，電井空間容量有限，則盡量選擇樹干式供電方式，以此控制配電室引線回路數(shù)。

另外，在具體設計時還需要滿足可靠性要求，將配電室設計成為可抽展柜子，以此減少維護次數(shù)和停電次數(shù)，對于同一配電室內(nèi)相鄰的母線中存在一級負荷時，需要在兩條母線中設置防護措施，以此保證其安全、可靠。在早期設計時需要科學布置配電柜，根據(jù)具體要求設計柜前操作流程、兩端的維護通道，并科學預留配電室內(nèi)控制和面積，便于后期進行優(yōu)化調(diào)整。且在具體設計時還需要處理好上進線和下進線、上出線和下出線之間的關系，在暖通工程設計中還需要加強和人員的溝通，處理好非消防回路布設問題，設計電氣防火系統(tǒng)，便于及時監(jiān)測各種火災隱患問題。

3.10 柴油發(fā)電機組設計

在具體設計時先需要控制發(fā)電機組的臺數(shù)、容量，一般可以分為消防負荷和非消防負荷兩種，在完善功能的同時，也可以降低成本，提高消防電源的可靠性和安全性。對于出線母線可以對應分為消防母線和非消防母線，在突發(fā)故障時可以啟動消防電源來供電，對此需要科學控制機組尺寸，根據(jù)規(guī)范要求預留面積，并考慮機房的煙氣排放問題，此時就需要和通風工程人員進行交流，將機房設置在和通風管道較近的地方。另外，在設計發(fā)電機組時還需要考慮備用電源的啟動時間，避免其和其他電源同時啟動，以此確保發(fā)電機組內(nèi)部不出現(xiàn)電氣聯(lián)鎖的問題，以此影響其運行。一般情況下，可以設置專用雙電源自動開關，在啟動后可以自動延遲運行時間，并自動轉(zhuǎn)化功能，不需要再次人為設置即可。

3.11 供電線路設計

高層建筑火災隱患大，則需要根據(jù)具體情況對消防配電線路和非消防配電線路單獨設置豎井，將豎井設置在電纜井兩端，對于線路盡量選擇絕緣，抗燃性強的，為了避免線路在安裝時出現(xiàn)問題需要確保每一根都沒有接頭，并在安裝時整段敷設，不需要穿過管線。

4 結語

總之，高層建筑電氣工程設備多、性能多、用途多、線路復雜，對于施工、設計、技術等都有著較高的要求，對此在進行供配電系統(tǒng)設計時需要科學分析各方面因素，加強控制，優(yōu)化設計方案，確保電氣設備、供配電系統(tǒng)、電力系統(tǒng)等都可以安全、穩(wěn)定運行。為了實現(xiàn)節(jié)能目標，確保人們用電安全，還需要設計人員遵循相關標準和原則以及科學技術，以此推動高層建筑電氣工程健康發(fā)展。