高層建筑電氣工程供配電系統(tǒng)研究

宋立立，孫 妍

（北京市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100045）

0 引言

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)和生產(chǎn)力水平不斷提高的同時(shí)，人們對(duì)于電的使用越來(lái)越顯著，這個(gè)對(duì)于電力工程供配電系統(tǒng)帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。在高層建筑中的供配電系統(tǒng)往往存在一定對(duì)的特殊性與復(fù)雜性，無(wú)論是設(shè)計(jì)過(guò)程還是建設(shè)過(guò)程，都有著一定的難度。因此，施工單位必須要充分分析電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)理念與存在的實(shí)際問(wèn)題，結(jié)合自身專業(yè)化的知識(shí)和施工水平對(duì)電氣工程進(jìn)行全方位設(shè)計(jì)。本文將高層建筑電氣工程供配電系統(tǒng)進(jìn)行分析，利用科學(xué)化措施提升建筑中電氣工程質(zhì)量。

1 高層建筑電氣工程供配電系統(tǒng)研究的主要內(nèi)容

1.1 高壓電配電系統(tǒng)

高層建筑因?yàn)樽陨黼姎夤こ碳卸雀?、電氣工程?fù)雜等特點(diǎn)，在建設(shè)過(guò)程中往往需要對(duì)電氣工程進(jìn)行良好的設(shè)計(jì)，保證建筑中人們使用的整體需求。在高層建筑中，人們使用的方式通常是辦公和居住，此情況也就導(dǎo)致城市建筑內(nèi)電力設(shè)備逐漸增多，施工單位在此過(guò)程中應(yīng)利用兩路獨(dú)立的10kW電源作為建筑電力系統(tǒng)的主要電源，由兩路獨(dú)立電源之間的互補(bǔ)，確保建筑內(nèi)用電安全與電力使用效果發(fā)生質(zhì)的改變[1]。由于現(xiàn)階段建筑中的高壓配電系統(tǒng)是保證建筑電氣工程得以良好發(fā)展的重要組成部分，是解決當(dāng)前中高層建筑供電系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，因此在此工程中的高壓支配系統(tǒng)大多選擇的都是單母線進(jìn)行分段，方便于在線路運(yùn)行時(shí)可以進(jìn)行自動(dòng)轉(zhuǎn)換。雙方都可作為對(duì)方的備用設(shè)備，當(dāng)其中一條發(fā)生問(wèn)題和事故后，另一條便能夠及時(shí)發(fā)揮作用，確保用戶用電需求得以滿足。

1.2 低壓配電系統(tǒng)

在高層建筑電氣項(xiàng)目中，低壓配電系統(tǒng)是重要的。因此，針對(duì)低壓配電系統(tǒng)這一關(guān)鍵作用，施工單位必須要利用多元化的防護(hù)措施，保證低壓配電系統(tǒng)中的各個(gè)部門(mén)能夠相互配合、穩(wěn)定工作，避免出現(xiàn)不必要的問(wèn)題。對(duì)于低壓配電系統(tǒng)的保護(hù)，可以很好地起到保護(hù)高層建筑供電系統(tǒng)的作用，更能避免低壓配電系統(tǒng)發(fā)生突發(fā)情況，對(duì)安全用電產(chǎn)生一定的影響。在低壓配電系統(tǒng)施工建設(shè)時(shí)，可以利用較為常見(jiàn)的方式進(jìn)行考察，如低壓配電IT系統(tǒng)、TT系統(tǒng)、TN系統(tǒng)等。

當(dāng)高層建筑出現(xiàn)漏電狀況時(shí)，很有可能對(duì)建筑物中的人們形成安全危險(xiǎn)。所以，在針對(duì)大型高層建筑的供電體系設(shè)計(jì)時(shí)，要對(duì)漏電設(shè)備予以特別注意，防止漏電工作的合理實(shí)施才能夠提高建筑物內(nèi)動(dòng)力系統(tǒng)的總體利用效益，從而促進(jìn)整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)都能得到正常穩(wěn)定工作。

2 高層建筑電氣工程供配電系統(tǒng)所需要遵循的原則

2.1 安全性原則

無(wú)論何種工程在建設(shè)過(guò)程中都不能缺少安全，尤其在高層建筑的電氣工程中。在專業(yè)人員設(shè)計(jì)研究過(guò)程中，應(yīng)及時(shí)重視供配電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，保證電氣工程運(yùn)行的安全與穩(wěn)定[2]。與此同時(shí)，專業(yè)人員要積極結(jié)合供配電系統(tǒng)能夠進(jìn)行科學(xué)化、全方位的設(shè)置，確?？梢杂行У貙?shí)行電壓與電流的合理化控制，促進(jìn)電氣工程整體規(guī)劃更加合理化安全化。

2.2 節(jié)能性原則

在當(dāng)前我國(guó)快速發(fā)展的時(shí)代背景下，人們生活質(zhì)量提升的同時(shí)對(duì)于建筑施工有著更高的要求和需求。此外，人們環(huán)保與節(jié)約意識(shí)的加強(qiáng)，要求在高層建筑在建設(shè)施工時(shí)能夠融入環(huán)保節(jié)能的理念，所以高層建筑供配電系統(tǒng)要重視節(jié)能原則的遵循。現(xiàn)階段高層建筑中達(dá)到節(jié)能目的的主要方式便是降低電壓，但是在這一過(guò)程中更需要對(duì)專業(yè)建設(shè)設(shè)備進(jìn)行不斷完善和優(yōu)化，最終達(dá)到節(jié)能的最終目標(biāo)。

2.3 簡(jiǎn)易性原則

在高層建筑配供電中要注意設(shè)備設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)潔性，以避免由于設(shè)施的設(shè)計(jì)復(fù)雜而影響整個(gè)供電體系的工作穩(wěn)定和安全性，使后續(xù)運(yùn)行方式變化得更為便捷簡(jiǎn)單。若是供配電系統(tǒng)的操作復(fù)雜度較高，那么在電力工程發(fā)生事故時(shí)，由于難度較高，，操作不當(dāng)往往會(huì)造成工作效率的降低，甚至?xí)霈F(xiàn)維修時(shí)間變長(zhǎng)，損失變得越來(lái)越大。

3 高層建筑電氣工程供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的具體研究

3.1 高壓配電系統(tǒng)的設(shè)置

在高層建筑中對(duì)于電氣工程有著十分高的要求，所以施工單位要充分重視電氣工程的設(shè)計(jì)工作，確保高層建筑能夠在良好的電氣工程中平穩(wěn)運(yùn)作。高層建筑通常所涉及的居住人群較多，內(nèi)部所使用的電氣設(shè)備更是復(fù)雜多樣的，為保證安全性與滿足用電需求，通常所采用的方式便是利用兩路獨(dú)立電源，對(duì)于穩(wěn)定供電有著重要作用[3]。另外，在高壓配電設(shè)計(jì)中所使用的是單母線分段式設(shè)計(jì)，母線使用的是分段數(shù)目方式，所以母線可以與電源線回路做出優(yōu)化匹配。

3.2 供配電系統(tǒng)中配電箱的合理設(shè)置

為確保電氣工程中的接線正確，配電箱應(yīng)將開(kāi)關(guān)設(shè)備電氣測(cè)量?jī)x表和其他輔助設(shè)備進(jìn)行組裝，放置于密封或半密封的金屬柜中，保證可以形成低壓配電設(shè)備，利用自動(dòng)或手動(dòng)開(kāi)關(guān)的方式達(dá)到電路接通的目的。若是電路發(fā)生故障或問(wèn)題時(shí)，工作人員便能夠?qū)⑵溆嗑€路切斷并發(fā)出警報(bào)[4]。測(cè)量?jī)x器的使用可以很好地對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)和控制，并調(diào)節(jié)電氣參數(shù)。在高層建筑中，燈具及配電柜的電路要適應(yīng)房間照明需要，而居室、餐廳、廚房等地方的電源插座也應(yīng)獨(dú)立化的回路來(lái)實(shí)現(xiàn)供電。在空調(diào)控制電路設(shè)計(jì)中，也要形成獨(dú)立性的電路回路，除壁掛式空調(diào)電源插座以外，其余電源插座中的集成電路都要設(shè)有漏電保護(hù)，為人們的安全用電提供保障。

3.3 高層建筑電氣低壓斷路器的選擇

現(xiàn)階段我國(guó)的高層建筑中，往往因?yàn)榻ㄖ?nèi)部的照明系統(tǒng)、供電系統(tǒng)等需要通過(guò)低壓斷路器對(duì)室內(nèi)電器進(jìn)行保護(hù)與電力控制，因此低壓斷路器的設(shè)置極為重要，為電力使用的安全性提供了可靠的保障。相比于傳統(tǒng)保險(xiǎn)絲、電閘等斷路器，低壓斷路器具備更加全方面的功能，對(duì)于建筑內(nèi)部的變電所和供電系統(tǒng)等提供較為全面的保護(hù)功能。

電氣設(shè)備低壓斷路器大致上可分成直流與交流的兩類電路，根據(jù)構(gòu)造型式還可分成封閉式和框架型的二類低壓電路[5]。在空氣開(kāi)關(guān)中如果是裝有失壓保護(hù)裝置，當(dāng)產(chǎn)生電流小于額定電壓的50%時(shí)，就必須對(duì)部分用戶進(jìn)行低電壓關(guān)閉，以防止由于失壓而引起電機(jī)損耗以及產(chǎn)生電流后無(wú)法復(fù)位的問(wèn)題。待到電流逐漸恢復(fù)正常時(shí)，便會(huì)把銜鐵完全吸附住，當(dāng)電流繼續(xù)減小至額定電流的50%時(shí)，由于吸力遠(yuǎn)沒(méi)有簧片的壓力大，所以銜鐵就會(huì)碰到鎖扣，從而引起觸頭斷裂。所以，低壓斷路器的主要功能就是對(duì)建筑內(nèi)部線路加以保護(hù)，并根據(jù)所保護(hù)對(duì)象的特性而采用不相同的保護(hù)。

3.4 變壓器的設(shè)置

為保障變壓器的正常工作，增強(qiáng)變壓器系統(tǒng)設(shè)備安全和可靠性，就一定要更全面地考察變壓器系統(tǒng)設(shè)備的工作要求，把生產(chǎn)成本和能耗都抑制到最低點(diǎn)，所以在智能建筑變壓器的選型時(shí)必須以低能量材質(zhì)的高效率變壓器系統(tǒng)設(shè)備為主，確保了變壓器系統(tǒng)設(shè)備的總負(fù)荷效率在最高狀態(tài)的65%～75%以下。當(dāng)變壓器系統(tǒng)設(shè)備的總?cè)萘亢拓?fù)載效率都繼續(xù)維持在平穩(wěn)狀態(tài)時(shí)，就只能減小變壓器系統(tǒng)設(shè)備的數(shù)量，而增大了變壓器系統(tǒng)設(shè)備的總?cè)莘e，這就有利于更合理的節(jié)約建設(shè)投資，進(jìn)而大大提高了發(fā)電資源的利用效率[6]。因?yàn)槭艿搅思竟?jié)性負(fù)載，很容易造成電力品質(zhì)大受影響，所以應(yīng)該設(shè)有專門(mén)的變壓器設(shè)備來(lái)適應(yīng)季節(jié)性的負(fù)載變換，并進(jìn)行彈性投切，以保證變壓器系統(tǒng)設(shè)備正常經(jīng)濟(jì)的運(yùn)轉(zhuǎn)，避免了因?yàn)檩p載運(yùn)轉(zhuǎn)所產(chǎn)生能耗。如果在夏季時(shí)空調(diào)負(fù)載很大，那么就應(yīng)該采用獨(dú)立的變壓器組作為空調(diào)變壓器設(shè)備，通過(guò)這樣就能夠發(fā)揮出空調(diào)的季節(jié)性特點(diǎn)，從而大大減少了能耗，大大提高了變壓器設(shè)備的經(jīng)濟(jì)效益。

3.5 減少線路的損耗

在電氣輸送過(guò)程中，因?yàn)槎喾矫娴脑虻某霈F(xiàn)，造成線路損失無(wú)法減少，但能夠采用合理的設(shè)計(jì)來(lái)降低線損。當(dāng)電流在線路中流動(dòng)時(shí)，因?yàn)椴煌木€路材料和負(fù)載會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的功率因數(shù)損失，所以一定要確保電網(wǎng)的功率因數(shù)得以全面改善，必須選用良好的材料，盡可能減少線路中的電流，從而減少了電網(wǎng)無(wú)功功率。

3.6 成本優(yōu)化

由于產(chǎn)業(yè)的變化，建筑業(yè)逐漸向著智能、電動(dòng)化方面快速發(fā)展的態(tài)勢(shì)也日益突出。同時(shí)電氣工程所占建筑業(yè)的成本費(fèi)用比例也在不斷增加。對(duì)于同一個(gè)行業(yè)的建設(shè)體，截然不同的供配電管理模式將形成截然不同的成本費(fèi)用。首先，在符合有關(guān)規(guī)范條件的情況下，對(duì)于供配電安全要求不高的工程項(xiàng)目，應(yīng)多使用樹(shù)干方法用電，而盡量少使用放射方法用電。銅為傳遞額定電流的主要載體，其價(jià)值較高，占電氣工程及自動(dòng)化生產(chǎn)成本的比重也很大，通過(guò)使用統(tǒng)一的輸出電流傳遞回路，就可以有效減少裝置生產(chǎn)成本。其次，在符合規(guī)范中對(duì)各類負(fù)荷規(guī)范的情況下，盡量減少使用末端雙切配電價(jià)格模塊，非按地方主管部門(mén)規(guī)定另有規(guī)范，而是盡可能使用應(yīng)急母紉作為雙電源起始位，因此雙切線越接近前端，電氣工程及自動(dòng)化的降低成本就越優(yōu)化。最后，多注意國(guó)際交易市場(chǎng)上的貴金屬買(mǎi)賣信息，對(duì)光纜導(dǎo)線等金屬材料，通過(guò)現(xiàn)貨購(gòu)買(mǎi)方法選擇較低價(jià)金屬，以避免高成本風(fēng)險(xiǎn)。

3.7 節(jié)能優(yōu)化

實(shí)際過(guò)程中，建設(shè)工程項(xiàng)目的電氣生產(chǎn)成本不但包括了施工成本，還應(yīng)同時(shí)考慮工程項(xiàng)目移交后的經(jīng)營(yíng)成本費(fèi)用，而經(jīng)營(yíng)成本費(fèi)用又通常不屬開(kāi)發(fā)商成本費(fèi)用范圍，以致工程經(jīng)營(yíng)成本費(fèi)用常常被忽略。因此項(xiàng)目開(kāi)發(fā)商必須從產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)始，全面認(rèn)識(shí)產(chǎn)品設(shè)計(jì)特點(diǎn)和成本費(fèi)用，并全面剖析各種能耗技術(shù)指標(biāo)，用科學(xué)發(fā)展的目光選擇供配電系統(tǒng)設(shè)備[7]。具體方法如下：在選定變壓器臺(tái)數(shù)和功率范圍時(shí)，充分考慮工程投入和年經(jīng)營(yíng)費(fèi)用，對(duì)負(fù)載合理分?jǐn)?，選擇總?cè)萘亢拓?fù)載范圍相對(duì)適當(dāng)?shù)淖儔浩鳎怪ぷ饔诟咝У凸β史秶?；按照?xiàng)目特性，設(shè)置適當(dāng)?shù)臒o(wú)功補(bǔ)償，以增加功率因數(shù)，減少無(wú)功損失；采取設(shè)備的聯(lián)動(dòng)或聯(lián)控措施，以減少發(fā)電機(jī)在輕載或空載下的工作時(shí)間；通過(guò)智能方法調(diào)控設(shè)備，如通過(guò)光敏、聲控器件調(diào)節(jié)照具；運(yùn)用建筑物的剩余屋面建設(shè)室外能量體系，以增加綠色電能占用比。

3.8 接地安全設(shè)置

當(dāng)電力工程施工人人員在進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)時(shí)，通常需要全面位地進(jìn)行相關(guān)電力安全的分析和思考，特別要注意的方面便是施工過(guò)程中的生命安全。對(duì)于人員的生命安全來(lái)講，無(wú)論是設(shè)計(jì)過(guò)程中的安全，還是電力工程使用過(guò)程的安全，都可以被叫做人員生命安全。而由于從建筑中來(lái)的工程人員很多，一旦出現(xiàn)了問(wèn)題和意外，那么將對(duì)整個(gè)工程的施工、質(zhì)量以及效率等方面造成不必要的損失。因此，當(dāng)工程人員進(jìn)行某些建筑電氣工程與供配系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)不留余力地確保整個(gè)電氣設(shè)備能夠以最效率化的速度停止電力工程中發(fā)生的故障點(diǎn)，要充分結(jié)合建筑電氣工程中的實(shí)際情況進(jìn)行接地設(shè)計(jì)的安全保護(hù)。接地防護(hù)裝置可以在大型建筑中發(fā)生其他問(wèn)題和危險(xiǎn)情況時(shí)，自動(dòng)停止發(fā)生故障或問(wèn)題地方的電力供應(yīng)，在最大程度上避免安全問(wèn)題的發(fā)生，為人員安全提供了一定的保障。當(dāng)工程技術(shù)人員在從事設(shè)計(jì)與安裝接地防護(hù)裝置的過(guò)程當(dāng)中，就必須針對(duì)大中型建筑的實(shí)際地理環(huán)境、設(shè)備、電路保護(hù)裝置等內(nèi)容加以詳盡的分析與深入研究，也唯有如此，才可以更有效地防止由于其他因素所造成的電網(wǎng)運(yùn)行中發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。

3.9 設(shè)置獨(dú)立雙電源

在實(shí)行高層建筑電力設(shè)計(jì)過(guò)程中，要保證建筑內(nèi)部能夠存在兩個(gè)及以上獨(dú)立性的外部供電系統(tǒng)，與此同時(shí)還要具備除正常供電系統(tǒng)之外的專用供電線路手動(dòng)電源設(shè)備，此方式通常是通過(guò)變壓器的低壓端出線，結(jié)合自動(dòng)開(kāi)關(guān)的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，確保消防與非消防供電之間的負(fù)載相互分離，每當(dāng)發(fā)生火災(zāi)事故之后，就可以確保非消防電源迅速被切斷，進(jìn)而保證在火災(zāi)時(shí)期消防能夠得到可靠的電力保證。

4 結(jié)語(yǔ)

電氣工程供配電體系要和經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展時(shí)期下的城市建筑發(fā)展相符合、一致，在進(jìn)行方案設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中，必須要求專門(mén)的設(shè)計(jì)人員在針對(duì)現(xiàn)實(shí)的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了認(rèn)真地分析，之后再對(duì)供配電系統(tǒng)作出了科學(xué)、合理的方案設(shè)計(jì)。同時(shí)，要嚴(yán)格地根據(jù)供配電系統(tǒng)中存在的某些問(wèn)題，提出科學(xué)合理、與之相對(duì)應(yīng)的處理辦法，以保證供配電系統(tǒng)工作的安全和平穩(wěn)。