高層建筑電氣設計低壓供配電系統的可靠性分析

【摘 要】隨著科學技術的進步和社會經濟的發展，功能完備、設計先進的高層建筑不斷出現，對于這些高層建筑的電氣設計提出了更高的要求。而低壓配電系統是電氣設計中最為關鍵的部分，是正個建筑電氣系統的重要組成，對正個電氣系統有著不可替代的作用。在高層建筑的電氣設計應用過程中，由于低壓供配電系統設計和施工的問題會引起安全施工發生，所以低壓供配電系統的安全性和可靠性應該充分重視。本文探討了高層建筑電氣設計低壓供配電系統的可靠性，以期為高層建筑電氣設計提供理論參考。

【關鍵詞】高層建筑；電氣設計；低壓供電系統；可靠性

0.引言

高層建筑電氣設計中低壓供配電系統的可靠性直接關系到人身安全和經濟財產安全。在現代化的高層建筑中不僅有各種電氣設備使用較多，而且對于電氣設備的要求也很高[1]。大部分建筑的電氣設計的供電及用電安全性都要求很高，特點是高層建筑電氣設計不但要滿足供電穩定性和安全性，還要滿足智能化、自動化的電氣要求。要實現安全、可靠的低壓配供電系統，就必須根據建筑的實際需要、特點及用電設備的性質等來考慮，設計出科學、合理的供配電系統[2]。

1.高層建筑低壓供配電系統設計要求

要保證高層建筑供配電電源的可靠性，較為困難。由于高層建筑的用電負荷較大，其中以I、II類負荷為主，對于電氣設備的電能質量要求較高。同時，因高層建筑高度問題，所以其供電線路也較長。根據目前國家規范的要求，高層建筑的消防用電設備，如消防水泵、消火栓轉輸水泵、自噴接力泵、消防電梯、消控控制中心、應急照明和疏散指示燈；客梯電力，生活水泵用電、排污水泵，電話機房和保安，航空障礙燈等用電設備均應按一級負荷中特別重要的負荷要求供電。高層建筑低壓供配電系統的設計應該遵循簡單可靠，安全易操作的要求[3]。

2.高層建筑低壓電源配置

2.1配置要求

對于高層建筑電氣設計中低壓電源的配置要求包括兩個方面：（1）非消防I、II級負荷供配電要求。為了確保供電的可靠性，非消防I級負荷應該由雙電源進行供電，如此可保證一個電源出現故障，仍可正常供電，不會引起斷電事故的發生。而對于特別重要的負荷，應配置雙重電源和備用電源。對于非消防II級負荷而言，則可采取回路進行同時供電，保證充足電量；（2）民用建筑的供電要求。當消防用電負荷是I級時，系統主電源和備用電源應獨立于專用回路的雙電源進行供電；當消防負荷在II級時，系統主要電源和變電系統應該采用雙回路電源來供電。當消防用電設備需要雙重電源時，可把任何一個回路設置成主電源；當出現異常斷電時，可確保另一個電源自動進入供電狀態。對于高層住宅的消防配電系統應該設置在建筑物電源線處或配變電處。

2.2干線配置

高層住宅干線配置主要有三種方案：（1）應用一路電源和一臺變壓器，把低壓單母線分段。需設置應急備用電源，其需要有效滿足消防負荷和非消防負荷的使用要求。該種方案在一般性的高層建筑住宅較為適用，超大負荷的住宅不太適用。該方案滿足了規范化設計的要求，但應急電源容量較大，投入相對較高；（2）獨立兩路電源和兩臺變壓器，分列運行，將低壓單母線進行分段，設置應急電源備用。該種方式可有效確保供配電的可靠性，適應高層建筑，尤其是負荷較大的高層建筑；（3）應用一路電源和一臺變壓器，采取低壓母線分段，并通過電源線低壓側引出兩個回路電源，分別應用到不同的低壓分母線段之中。設置應急電源，以滿足消防負荷用電。

3.高層建筑低壓供配電系統分析

3.1低壓供配電干線分支模式

高層建筑常用的低壓供配電分支模式包括三種：（1）樹干式分支。樹干式的供配電方式主要是把建筑各個樓層的配電箱設置在電氣豎井內，通過接式封閉母線槽、電纜穿刺線夾等把電有效分支。該模式主要在樓層多、負荷大的建筑，優勢在于安裝維修方便，減少了低壓配電屏的量；（2）分區樹干式分支。該種供配電方式采取每個回路干線負責一個供配電區域，可靠性較好。其中，每一個回路干線負責5到6層。對于高層建筑而言，層數較多，因此分區可按照實際情況進行優化調整，但最高層數不可大于10層；（3）放射式分支。該模式也是高層建筑低壓供配電的主要方式之一，在消防設施和重要用電負荷重可采取該種模式，也就是應用專用型垂直干線回路。回路和備用回路是相互獨立的，可在末端供配電箱進行自動轉換[4]。

3.2高層建筑配電設計

在預估高層建筑用電負荷時，應該充分考慮建筑所在地的氣候特征、經濟水平、電費等情況，計算樓層每個單位的用電負荷，在計算出整個建筑的用電負荷。再根據經濟發展和用電負荷要求的變化，提高配電線路的設計，既要滿足實際需要，又要確保可靠性和節約性。干線系統需根據建筑層數、面積等情況進行計算。

4.高層建筑低壓供配電系統可靠性分析

4.1系統主接線可靠性分析

高層建筑低壓供配電系統是直接面向控制終端的，設備多、分別廣，且現場條件較為復雜，系統本身和設備頻繁操作、故障問題等會導致諧波干擾等情況，可靠性要求較高。要求低壓供配電系統要采取系統集成的方式，降低投資和運行費用。高層建筑低壓供配電一般采用交流380/220V放射式貨樹干式結合的供電方式。對于集中負荷貨重要負荷采取放射式供電；照明及一般性負荷采用放射式和樹干式結合供電方式。可滿足供電要求，提高供電安全性和可靠性。

4.2備用電源可靠性分析

高層建筑備用供電系統多采用采油發電機組，為了提高供配電系統的可靠性，一般要滿足這些要求：（1）當采取單臺機組時，額定容量不得超過1500kVA；（2）作為大型商業高層建筑的應急電源時，如供電系統中斷后，應在0到10s內投入到正常運轉，以減小經濟損失；（3）當發電機組達到額定轉速時，應分批投入負荷，先大容量后小容量，錯開投入時間減小低壓母線的起動壓降；（4）當電網正常恢復供電時，則要延時30到60s自動恢復市電供電，再延時幾分鐘停止運轉采油發電機組。

4.3配單設備的可靠性分析

供配電設備選擇的先進性，設備自身的可靠性直接影響低壓供配電系統的可靠性。因此，需要選擇性能良好的設備，比如變壓器、繼電保護設備等。這些設備自動化程度高，具有一定的錯相保護、自動分合閘等功能，了大大提高低壓供配電的可靠性。高層建筑可選用防火性能好的箱型干式變壓器。因為干式變壓器的絕緣材料均是難燃、阻燃性質材料，即使出現火災、雷擊等情況，也不會造成很大災害。同時，干式變壓器具有很強的防潮和防污性能，可在惡劣環境中運行。

5.結語

高層建筑電氣設計的低壓供配電系統設計是一個極為復雜、難度較高的工作，它與人們的日常生活、工作、學習存在密切的聯系。同時，它也影響人們的生命財產安全。所以，在設計低壓供配電系統時，應堅持“安全第一，預防為主”的原則，兼顧供電質量和效率，確保低壓供配電系統的可靠性。 [科]

【參考文獻】

[1]金建中.高層建筑電氣設計中低壓供配電系統安全性分析探討[J].中外建筑，2012，23（6）：144-146.

[2]祝偉.關于高層建筑低壓供配電系統設計的研究[J].科技創業家，2013，11（16）：201-202.

[3]李藤強.高層建筑供配電系統的設計[J].鐵道運營技術，2011，25（11）：16-17.

[4]葉書明.針對高層建筑電氣設計中低壓供配電系統安全性分析[J].民營科技，2014，8（20）：141-142.