民用高層建筑供配電系統電氣設計要點探討

維諦技術有限公司西安分公司 李偉光

城市化進程提升了土地價格，為優(yōu)化成本配置，民用建筑進一步提高了建筑的實際高度，為保證建筑在正常使用過程中擁有穩(wěn)定安全的供電系統，除在系統的安全和可靠性方面進行重視和研究外，還要在使用功能方面定制完善設計方案。由于高層建筑在使用電力系統時涉及大量電器設備的使用問題，因此，要保持實際用電負荷等級的合理性，確保電力能源的安全使用。

民用高層建筑在設計供配電系統的過程中，需要在保持建筑定量供應能力的基礎上，按照設計原則規(guī)劃系統設置方案，保持電力系統的正常穩(wěn)定運行，同時維護運行環(huán)境的絕對安全。因此在針對照明系統和變電器進行設計時，要注意結合使用需求與供電負荷情況完成選擇，從而保障穩(wěn)定電力供應效果和安全控制作用，滿足高層民用建筑的實際規(guī)劃要求。

1 設計原則

可靠性。由于高層民用建筑具有大量人群的密集特點，所以在對供配電系統開展合理設計時，需重點分析系統在運行過程中的安全性和供應能力，另外還要對實際用電負荷等級進行正確分析，確保為供配電系統的正常運行和電力供應能力提供必要保障。

簡潔性。由于這類建筑在使用電力能源的過程中，涉及大量不同種類的電氣設備，所以在配電系統的線路設計方面，也要考慮到日常應用和維護期間的運行效果。線路的設計應保持簡單清楚，可在維修或更換的過程中清晰辨認線路的實際連接情況。盡量避免使用大量電氣設備產生系統運行壓力，保持線路的易操作性，可在故障問題的排查和處理工作中簡化操作的復雜程度，及時排除問題情況，盡快恢復電力的正常供應能力。

安全性。在電力設備和功能需要滿足建筑的日常使用情況下，須保證系統的安全運行狀態(tài)，為操作人員提供安全的工作環(huán)境，同時還應該在電氣設備的運營過程中起到一定安全維護效果，防止出現各種安全問題引發(fā)危險事故。

節(jié)約效果。在進行設計時需注意使用節(jié)能措施進行配合，有助于提高建筑的實際使用功能和經濟效果，在設計過程中除需證滿足建筑物的正常使用功能外，還應該在設計系數的選擇方面進行合理把握。通過合理選用設備基本型號并使用節(jié)能環(huán)保材料的方式，在減少供電配電系統的建設資源后，通過科學控制設計方案的合理程度，可有效降低電能的損耗問題，對電能經濟的合理使用情況起到一定控制作用[1]。

2 供配電系統設計內容

應急發(fā)電機供電系統。在民用高層建筑中能起到一定安全保障作用，在進行大量實踐后可確定，一旦供電系統出現故障的問題無法正常供應電力時，會立刻進行反應使用應急發(fā)電機進行供電。這一系統在設置使用后可滿足要求較高的系統使用要求，通?？煽刂圃?5秒內啟動進行供電。如線路中出現的故障問題位置在切換箱中的配電線路、而外部線路運行良好的情況下，則不會使被動電源進入啟動狀態(tài)。

不間斷電源供電系統。在供配電系統的設計過程中也要考慮到建筑的主體高度問題，因此為保證系統的正常運行安全，還要注意消防設計是否符合工程實際安全使用要求。大部分工程建筑在進行線路設計時，會采用發(fā)電機平臺或不間斷的電源控制系統，而不間斷電源控制系統在設置時為了提高安全與使用效益，會在消防負荷中進行適當添加。不僅能在可持續(xù)供電系統中使用，還能在容許幾毫秒電源暫停時間的控制系統中使用。

雙電源獨立系統。這一系統在使用的過程中，外部建筑電源需在達到建筑整體消防要求的情況下，始終保持獨立的應用狀態(tài)，這種系統可在供電中斷時間較長的系統中運用，通過開關可在消防負荷和非消防負荷中進行有效區(qū)分。通過自身母線可進行分段式供電，一旦出現火災事故，可為保證安全性利用自身的自動切斷功能，停止非消防電源的正常供應，保證消防負荷供電功能的正常運作和安全性[2]。

3 設計要點

3.1 確保變壓器的選擇合理性

供電力分配控制系統的設計工作，在一般民用工程建筑中也一定要保證其供電能力，在運行過程中，需保持良好安全性和穩(wěn)定性，其實規(guī)避可能產生的低供電風險問題。在使用變壓器時，由于這一電力設備可在使用過程中發(fā)揮重要使用價值，起到一定調節(jié)電壓的作用，所以在選擇配電變壓器時應結合建筑的實際使用需求，并認真分析相關使用年限等參數確定最終選擇型號。

一般在選定機型時，都必須事先對變壓器的投入價差和年后電量電費差做出測算，還須在選型過程中注意到怎樣提高節(jié)電環(huán)保效益，以適應市場多元化供電負荷要求的情況下，還要盡量減少能源消耗浪費問題，保持良好的環(huán)保效果。所以在具體選擇型號時需結合實際情況，并控制在合理造價成本范圍內，選擇具有節(jié)能減耗效果與空載、負載損耗低的節(jié)能型產品[3]。

3.2 照明系統的設計

照明系統的設計問題，同時也是建筑與供配電系統中的重要內容，直接關系著人類的生活質量與便捷性。如存在設計方案的合理性問題，建筑的照明系統就會在使用的過程中可能出現大量能源損耗。在設計方案時需要嚴格規(guī)范的以節(jié)能指標開展工作，結合智能化設計理念和創(chuàng)新設計方法完成方案規(guī)劃，不但可提升照明系統的實際使用效果，還可結合人性化的特點，進一步提升人們的居住舒適程度。

3.3 電機拖動系統設計

電機拖動系統在建筑中所使用的電能消耗量龐大，經過大概計算能在總能耗的消耗占比中超過90%。在現代化城市發(fā)展過程中為追求節(jié)能效果，應重點針對這一系統的運行效率和消耗問題進行分析。目前電機拖動系統在出現電能轉化率較低的情況下，缺少循環(huán)利用設計提升節(jié)能效果，可在規(guī)劃設計時適當增加資金投入，比如選擇電機時增加200～355kW 的設備數量。同時還要對推動系統進行更加細致地研究分析工作，以保證系統在實際運營過程中展現一定節(jié)能效果[4]。

3.4 配電站與變電站設計

由于高層建筑和一般建筑對電氣設備的使用需求方面存在區(qū)別，所以會在設計中采取不同的定制方案完成配置工作。在配電站和變電站的設計工作開展時，需首先考慮各方面因素的影響和使用需求，在供電半徑和低壓配電線路的選擇方面進行重視，通過合理分析建筑實際使用需求，再依照實際情況選擇相應的規(guī)格類型。在設計過程中，建筑的高度也會影響到設計方案的規(guī)劃復雜程度，通常為保證系統的正常運作效果，在數量設置方面需考慮建筑高度是否超過設計要求標準，通常高度以100m 作為分界線。

此外，還須在設計過程中特別注意配電站與變電所的設置狀況，也需確保作為電力系統運行負荷的承載中心具備安全運作效果。一般建筑在對電力系統進行規(guī)劃時，會把高壓配電室的設置地點預留到建筑物底層部位。在配電站和變電所的地點選擇方面，可結合實際情況，如較高層建筑在滿足一定要求的情況下，可在避難層預留設置空間[5]。

3.5 高低壓配電系統

目前所使用的高低壓配電系統設計方案中，為保證系統的整體運行效果不錯，可選擇兩路10kV的電源進行使用，但在實際設計方面須保證線路形式的科學規(guī)劃程度，須處于安全穩(wěn)定的運行情況下才可落實設計。高壓配電可使用單母線分段連接的方式，能夠在系統運行和自主切換的過程中保持安全性，對自主切換可能產生的危險性起到一定預防作用?，F階段民用高層建筑在施工時所使用的插接式母線槽，在實際使用效果方面還需進行優(yōu)化改進，容易在配電系統進行規(guī)劃設計時提高工作難度。

3.6 防雷接地

目前所常見的防雷措施和防雷技術種類繁多，但目前市面上出現的大部分防雷技術還存在更多爭議，在沒有得到專業(yè)理論支持的情況下，無法保證其使用效果可達到良好程度。在民用高層建筑所可使用的有效措施中，可利用金屬接地管作為引導裝置，利用剪力墻和地面連接的方式減少雷擊影響。通過將多余電流引導到地下釋放的方式，對建筑本身和內部電氣設備的運行情況提供安全保障。另外還可在建筑物頂部相應位置，使用避雷針等相關設施進行布置安裝，起到避免雷擊影響的效果。

3.7 消防設計

建筑電氣防火設計在開展過程中，需注意消防應急照明及疏散指示系統等多項設計情況，在設計時要結合建筑的內部結構空間，在保持合理布局的情況下選擇應急照明系統的布置方式。在燈具形式的布設與控制形式等方面，都應以在建筑物內部定制的疏散指揮方案為基礎并加以選擇，才能在出現緊急情況或火災事故時，為人群提供必要的照明和疏散指引作用。

火災自動報警控制系統的設置與安裝，涉及到各種火災檢測器和自動報警按鈕等設備，可直接對建筑物內的安全狀況實施監(jiān)控，如果發(fā)現火災早期特征時能發(fā)揮報警功能，并還能夠迅速傳達消息，及時利用消防聯動控制器的啟動，發(fā)出報警信號并提示人群迅速撤離。在聯合消防聯動設備的正常啟動情況下，可在疏散和救援速度方面起到一定保障作用，減免危險問題的出現概率。

在現代科技技術的高速發(fā)展下，還能配備較為完善的消防電源監(jiān)測系統達到有效監(jiān)管效果，可在對電源進行現場監(jiān)測的過程中，及時發(fā)現問題情況并報警。防火門的監(jiān)測裝置數量也應進行合理增加，以能在火災發(fā)生時通過有效控制并發(fā)揮保護功能，以防止出現火勢的迅速擴散和對人員的傷害損失，同時能對人類的生命財產安全發(fā)揮一定保障功能，以控制火災發(fā)生時的波及范圍。電氣火災監(jiān)控系統的增設，可在使用剩余電流探測器時進行自動檢測，對可能出現的漏電現象進行預警，有效抑制火災隱患情況的發(fā)生[6]。

3.8 對網絡系統進行優(yōu)化

供配電系統可從三方面進行優(yōu)化提升：首先可從中壓供配電方面加以優(yōu)化，即在電網構建方法的選擇過程中，利用雙環(huán)網能在滿足一定安全標準的情況下，對各中低壓配電價格系統的獨立性提供正常保護效果，但同時應注重對設備裝接情況進行合理規(guī)劃，避免出現設計問題和容量問題；其次，也可在確保供配電能力得到基礎保障的情況下，確保夠供電與變電網的構建合理性，在對電壓進行明確區(qū)分后，選擇將應供電模式，可在電網系統的正常運行過程中保證平穩(wěn)運行狀態(tài)，減少短路以及斷路問題的出現；最后，還必須在對高壓電網的設計優(yōu)化方面有所注意，即在設備進行合理設計時要確保電網具有簡化效果，以保證各種電器設備的正常工作狀態(tài)。

3.9 供電線路的設計

供電電源須在保持安全可靠的基礎上承擔電力負荷的使用壓力，在供電線路進行規(guī)劃設計時，應按照建筑物的性質特點和用電設備等方面特點，在設計方案中保持科學合理的敷設效果。在設計時應盡量減少出現污染物或外部熱源等干擾因素，保證供配電系統在設置后處在潔凈安全的空間內，預防出現損傷等問題影響到電力的正常供應。另外，建筑物自身所可能出現的伸縮、沉降等問題，也可能會在供配電系統中造成故障問題及損害，需在設計方案中進行綜合考量后完成布局設計。

綜上，建筑供配電系統的設計工作在開展時，須將建筑規(guī)模及電力供應等方面因素進行全面調查，以掌握信息數據作為設計工作的開展依據，另外在設計過程中也要考慮到建筑的實際使用需求，保證電力系統在成功構建后，可完全滿足建筑的運行電量使用壓力。在優(yōu)化設計方案時，應保證以安全可靠的工作開展原則，盡量滿足居住人群的用電消耗量。