高層建筑電氣工程供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王瀟 徐冰源

杭州中聯(lián)筑境建筑設(shè)計(jì)有限公司 浙江 杭州 310014

引言

在供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員一定要從建筑實(shí)際情況出發(fā)，把握設(shè)計(jì)要點(diǎn)，合理設(shè)置線路位置并且要注意方便操作維護(hù)；同時，應(yīng)做到根據(jù)實(shí)際用電需求量，靈活調(diào)整設(shè)計(jì)方案。除外，供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也需注意平衡經(jīng)濟(jì)效益與社會效益，根據(jù)其在電氣工程中重要作用，明晰其設(shè)計(jì)原則及設(shè)計(jì)要點(diǎn)，準(zhǔn)確把握高壓配電系統(tǒng)、低壓配電系統(tǒng)、電力負(fù)荷、變壓器、接電安全保護(hù)、低壓斷路器等的設(shè)計(jì)內(nèi)容，提高供配電系統(tǒng)的安全性與經(jīng)濟(jì)性。

1 電氣工程供配電系統(tǒng)相關(guān)內(nèi)容

由于高層建筑具有樓層高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)，其必須安裝更多設(shè)備系統(tǒng)，以滿足建筑內(nèi)居民基本生活需要，例如：電梯系統(tǒng)、高層排水系統(tǒng)，防排煙系統(tǒng)及其他消防系統(tǒng)等。一般來說，高層建筑的用電需求量較高，且高層建筑中的應(yīng)急用電設(shè)施應(yīng)采用獨(dú)立供電電源，故此，高層建筑中供配電系統(tǒng)應(yīng)達(dá)到能完全滿足建筑電力系統(tǒng)整體需要的要求，這樣才能保證高層建筑中電力運(yùn)行的安全性及穩(wěn)定性。同時，高層建筑的負(fù)荷相對較遠(yuǎn)，存在壓降損耗等問題，合理的變電所位置，能夠很大程度上降低投資方的資金成本。綜上，設(shè)計(jì)過程中不能僅僅只依靠理論來設(shè)計(jì)供配電系統(tǒng)，一定要從建筑實(shí)際情況出發(fā)，綜合考慮設(shè)計(jì)方案。

2 高層建筑中供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則

2.1 安全性原則

安全問題應(yīng)是所有工程施工過程中考慮的首要因素，特別是對于電氣工程而言，安全問題更是尤為重要。因此在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員需始終考慮供配電系統(tǒng)的后期運(yùn)行情況，確保其安全穩(wěn)定，只有這樣，才能為后續(xù)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行奠定良好基礎(chǔ)。同時，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)科學(xué)合理設(shè)置供配電系統(tǒng)，有效控制電壓與電流，提高供配電系統(tǒng)的安全性。

2.2 節(jié)能性原則

隨著社會發(fā)展與人民生活水平的提高，公眾對建筑設(shè)施提出了更高的要求及希望，其要求在建筑施工過程中能加入節(jié)能環(huán)保的理念，這就要求相關(guān)人員在供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)應(yīng)以節(jié)能環(huán)保為原則。現(xiàn)階段，專業(yè)設(shè)計(jì)人員主要依靠降壓來實(shí)現(xiàn)這一節(jié)能目標(biāo)，因此，有必要對降壓專業(yè)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化和創(chuàng)新，這樣才能最終達(dá)到降低功耗的目的[1]。

2.3 合理性原則

一方面，合理設(shè)計(jì)供配電系統(tǒng)能起到節(jié)約電能的作用；另一方面，也有助于電力企業(yè)合理規(guī)劃用電量，節(jié)約成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。供配電系統(tǒng)合理性原則要求設(shè)計(jì)師應(yīng)在滿足住宅用電基礎(chǔ)之上，盡量減少高層建筑的反向供電情況，并按照建筑內(nèi)電氣設(shè)備的實(shí)際設(shè)置情況，合理設(shè)計(jì)配電路徑。如果供配電系統(tǒng)沒有合理設(shè)計(jì)供電路徑，會造成電氣部件數(shù)量的增加，電壓降的損耗，從而造成投資浪費(fèi)，且伴有更高的供配電系統(tǒng)風(fēng)險。此外，變電所位置也極大影響了配電線路設(shè)計(jì)方案，其一旦選在一個不合理的位置，勢必會導(dǎo)致不科學(xué)、不規(guī)范的線路布局。故此，相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)提前考慮到變電所位置帶來的影響，盡量使其靠近負(fù)荷中新，減少由于不必要線路而產(chǎn)生的電能損耗，例如：在換熱站附近設(shè)置變電所。

3 高層建筑電氣工程供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 高壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

高層建筑由于其自身獨(dú)特性所以對電氣工程質(zhì)量要求更高，因此，這需要設(shè)計(jì)人員進(jìn)行科學(xué)合理的電氣工程設(shè)計(jì)，以便其能滿足高層建筑運(yùn)行發(fā)展需要。此外，常規(guī)高層建筑中消防負(fù)荷及主要通道及樓梯間用電；客梯用電；排水泵；生活水泵用電，為二級負(fù)荷甚至一級負(fù)荷，故其采用的上級電源基本都為相互獨(dú)立的兩路高壓電源，以此來降低大規(guī)模斷電現(xiàn)象的發(fā)生，提高電力使用效率及運(yùn)行安全性。高壓配電系統(tǒng)是高層建筑電氣工程中的重要一環(huán)，其是滿足居民用電需要及保障電力安全的核心。一般來說，高壓配電系統(tǒng)都應(yīng)選用單母線分段接線，主要目的是為了便于其實(shí)現(xiàn)自動切換，例如：如果一條線路發(fā)生故障，其能夠立即切換另一條安全線路，達(dá)到保障電力運(yùn)行的穩(wěn)定性，滿足用戶生活需要。

3.2 低壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

相較于高壓配電系統(tǒng)，低壓配電系統(tǒng)的作用也同樣不容忽視。其能正常運(yùn)行是保證整個建筑供電平穩(wěn)的關(guān)鍵。故此，相關(guān)工作人員需務(wù)必對其開展多種防護(hù)措施，以期確保構(gòu)成系統(tǒng)的每一環(huán)節(jié)都能安全、可靠運(yùn)行，避免由此而造成的額外損失。低壓配電系統(tǒng)內(nèi)的電流電壓容易受外部環(huán)境影響從而造成不穩(wěn)定情況，妨礙電氣工程正常運(yùn)行。漏電事故是高層建筑中較為常見的安全事故，一旦發(fā)生就可能會造成極大影響，嚴(yán)重危害居民的生命健康。這就要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)低壓配電系統(tǒng)時，一定要注重關(guān)注漏電風(fēng)險，合理利用漏電斷路器設(shè)備，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行安全，保障居民用電質(zhì)量[2]。

3.3 關(guān)于電力負(fù)荷方面

在確定某個區(qū)域電力負(fù)荷等級時，不僅需要參考有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也要結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H情況。一般而言，高層建筑電力負(fù)荷等級可以按以下標(biāo)準(zhǔn)劃分：除了消防設(shè)施、電梯設(shè)施、安全防護(hù)設(shè)施、樓梯照明設(shè)施及生活泵等為一二級用電負(fù)荷外，其余設(shè)備均為三級用電負(fù)荷。民用住宅用電負(fù)荷在高層建筑電氣用電總負(fù)荷中占比最大，因此，設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)電力負(fù)荷時，一定先把握高層建筑中的基本用電情況，再根據(jù)工作、生活在樓盤的人員的常規(guī)作息及設(shè)備的季節(jié)性運(yùn)行規(guī)律，制定出經(jīng)濟(jì)效益與社會效益相對平衡的方案。此外，需結(jié)合項(xiàng)目用電量和點(diǎn)位分布，本著“靠近負(fù)荷中心，滿足當(dāng)?shù)毓╇姴块T的安裝和使用要求”，合理設(shè)置變電所位置。

3.4 關(guān)于變壓器方面

為了提高變壓器運(yùn)行時的安全穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)人員應(yīng)在充分考慮變壓器運(yùn)行條件的情況下，以能源消耗及成本控制為選擇變壓器的首要考慮因素。因此，設(shè)計(jì)師在選擇變壓器時應(yīng)以低能耗的高效變壓器為主，并使其負(fù)荷率保持在最佳負(fù)荷狀態(tài)的80%左右，如果變壓器的負(fù)荷率與容量能始終維持平穩(wěn)運(yùn)行狀態(tài)，就可以相對減少變壓器數(shù)量轉(zhuǎn)而增加其容量，以達(dá)到節(jié)約成本、提升變壓器使用效率的目的[3]。由于電力負(fù)荷會因?yàn)榧竟?jié)變動而導(dǎo)致電能質(zhì)量波動，故此，針對這一情況應(yīng)選用專用變壓器來調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)靈活切換，保障其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，防止由于變壓器空載運(yùn)行而導(dǎo)致資源浪費(fèi)；結(jié)合國家碳中和的宏偉目標(biāo)，當(dāng)前的新能源車充電樁設(shè)置需從長考慮，部分人流量大的公共場所，可以結(jié)合車位情況，適當(dāng)預(yù)留變電所內(nèi)充電樁專用變壓器組空間，為將來新能源車的普及做好鋪墊。

3.5 接地安全保護(hù)設(shè)置

設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)供配電系統(tǒng)過程中，需要對各個方面都進(jìn)行詳細(xì)分析與考慮，安全問題更應(yīng)該是考慮的重點(diǎn)，尤其是居民人身安全。由于高層建筑的人口密度普遍較大，數(shù)量較多，一旦發(fā)生安全事故，不但會造成更大危害，救援難度也會增加。所以，工作人員在設(shè)計(jì)高層建筑電氣工程配供電系統(tǒng)時，要確保電氣設(shè)備能夠以自動的形式中斷故障點(diǎn)，換言之，就是在供配電系統(tǒng)中一定要安排接地安全保護(hù)裝置。在高層建筑電氣工程中設(shè)計(jì)接地安全保護(hù)裝置對建筑用電安全方面有極大幫助，一旦高層建筑中發(fā)生任何危險，其都能以最快速度切斷故障點(diǎn)用電，繼而防止發(fā)生電力危險，保護(hù)居民生命安全及財產(chǎn)安全[4]，常規(guī)的接地系統(tǒng)往往采用TT、TN、IT這3種形式，而目前以TN系統(tǒng)居多，TN系統(tǒng)是將電氣設(shè)備的金屬外殼與工作零線聯(lián)結(jié)的保護(hù)系統(tǒng)，當(dāng)設(shè)備出線外殼帶電時，對地短路故障，保護(hù)開關(guān)動作，從而保證人員安全。

3.6 關(guān)于低壓斷路器方面

設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)高層建筑供配電系統(tǒng)過程中，必須要重視低壓斷路器的作用，尤其是供電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)安全運(yùn)行的有力保障。與傳統(tǒng)斷路器設(shè)備（如保險絲、閘刀等）相比較，低壓斷路器的安全性及穩(wěn)定性更高。設(shè)計(jì)師在選取低壓斷路器類型時，應(yīng)防止出現(xiàn)因電壓斷路器選擇不當(dāng)，影響電能輸送，從而導(dǎo)致供電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)發(fā)生故障的現(xiàn)象；例如低壓斷路器上下級間的級差選擇；遠(yuǎn)距離低壓短路需結(jié)合供電距離選擇適當(dāng)?shù)臄嗦菲髡ㄖ导懊摽谇€等，設(shè)計(jì)師應(yīng)結(jié)合實(shí)際建筑結(jié)構(gòu)及用戶具體用電需求，合理選擇低壓斷路器，提高居民用電安全性。

3.7 關(guān)于變配電所位置選取

為了更好地方便居民生活，高層建筑中必然會配備更多的輔助設(shè)施，例如：換熱站、空調(diào)機(jī)房、水泵站等，這些輔助設(shè)施的耗電量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過單個設(shè)施，因此，可將變電所位置設(shè)置于這些輔助設(shè)施附近，以達(dá)到縮短線路、節(jié)省電能的作用，同時可以有效能保障供電桿線的壓降允許范圍。故此，應(yīng)根據(jù)以下幾點(diǎn)合理選擇變電所設(shè)計(jì)位置。第一，離負(fù)荷中心越近越好，且應(yīng)注意進(jìn)出線是否方便以及是否靠近電源側(cè)；第二，在選擇位置是應(yīng)確保其有足夠空間進(jìn)行設(shè)備的運(yùn)輸及吊裝；第三，嚴(yán)禁將變電所位置設(shè)計(jì)在可能有劇烈震動及靠近危險爆炸品的場所；第四；由于變電所應(yīng)遠(yuǎn)離水源，故此廚房及浴室的下方或鄰近區(qū)域也不應(yīng)該被選擇，避免出現(xiàn)水漬侵蝕等情況；第五，在高層建筑地下室設(shè)置配電所時，其位置應(yīng)具有良好的通風(fēng)散熱效果；第六，不能出現(xiàn)將變電所放在高層建筑最底層的情況，如果建筑內(nèi)僅包含地下一層，也應(yīng)對其位置進(jìn)行適當(dāng)抬高處理，避免出現(xiàn)雨水倒灌等情況。

3.8 關(guān)于插座、開關(guān)的選擇

雖然插座、開關(guān)是整個電氣工程中最不起眼的零件，但其重要性不言而喻，甚至直接影響到整個建筑的安全用電問題，所以，工程設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)電路線路圖時，首先應(yīng)明確插座、開關(guān)在整個電氣系統(tǒng)中的排布方式，其次要確保開關(guān)無論處于開啟及閉合的狀態(tài)都能有效接通電源，這是電氣供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要關(guān)注的重要內(nèi)容，同時應(yīng)根據(jù)不同設(shè)備的類型及具體使用

方法，合理選擇開關(guān)類型，最大限度保障居民用電安全，降低因插座或開關(guān)而導(dǎo)致火災(zāi)事故的概率。

3.9 獨(dú)立雙電源系統(tǒng)

在高層建筑中配置獨(dú)立雙電源系統(tǒng)可以有效保障建筑用電安全。同時，一定要另外安裝一條獨(dú)立于正常電源外的專用饋電線路，且應(yīng)配備自動投入裝置，通過自動開關(guān)，將消防及非消防負(fù)荷分開，在發(fā)生火災(zāi)或事故后，能夠?qū)⒎窍离娫辞袛啵瑥亩乐够馂?zāi)或事故擴(kuò)大并保證消防負(fù)荷能夠可靠的供電。

4 結(jié)束語

隨著時代日新月異發(fā)展，各行各業(yè)都在調(diào)整步伐，以期能在復(fù)雜的市場環(huán)境中獲得更大發(fā)展。因此，高層建筑電氣工程供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作也要順應(yīng)時代發(fā)展潮流，及時轉(zhuǎn)變腳步。這就要求設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)工作中要結(jié)合實(shí)際情況，發(fā)揮專業(yè)能力對高層建筑供配電系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)；同時，面對設(shè)計(jì)過程中存在的故障，要參考以往經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)用現(xiàn)代化科學(xué)手段制定出高效合理的解決方案。只有如此，才能保障高層建筑供配電系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運(yùn)行，提升居民生活幸福感。