高層建筑供配電的設計方案探討

郝志強

(山西省建筑設計研究院，山西 太原 030013)

0 引言

城市的現代化建設步伐隨著社會經濟發展不斷加快，城市的用地愈發緊張，城市建設不得不開始從縱向尋求發展空間，于是大量的高層建筑便涌現出來。作為城市發展的一個重要標志，高層建筑對城市經濟發展發揮著不可忽視的作用，對高層建筑的供配電設計也越來越引人關注。

1 高層建筑對供配電的兩個需求

1.1 基本需求

通常情況下，高層建筑多為超大型建筑，其建筑空間相對比較大，具有極為復雜的功能性。并且，這種建筑的內部用電設備也非常多。所以，該建筑對供配電的要求也會隨之增加，持續性、可靠性、安全性、穩定性、經濟性以及技術先進性等都必不可少。高層建筑的用電量較大，負荷較強，其供配標準和要求都是按照電力負荷的一級標準和一級要求進行的。在具體的電力供應和配送規劃過程中，電力企業除了要充分保障建筑內部相應電氣設備的日常用電外，還要承擔保證消防、排煙、照明、電梯以及污水處理等供電。另外，還要確保在大型安全事故發生之前，建筑內部群體能夠進行自我緊急救助，同時能夠為相關消防單位和機構在建筑樓層中創設較為良好的援救環境和救助條件。至此，上述所有要求都對其供配電系統提出了較高的要求，為了避免各種電氣設備的電源在某些特定時刻或關鍵時刻出現問題或故障，高層建筑中通常應該安裝雙電源，并采用雙電源互投形式的供電系統。

1.2 技術需求

高層建筑的供配電系統是電力系統的一個重要組成部分，主要包含了兩個重要環節，即配送電能環節和使用電能環節。因為供配電系統所要面對的直接對象是整個高層建筑中的所有電力相關人、事、物，即所有的電器設備及其相關使用者和工作內容。所以，一定要使其足夠安全，并絕對可靠。在供配電系統運行的具體過程中，功率的進行形式通常都是單向流動。這種進行形式的具體流動過程是功率自電源處出發，經各種線路，最終流入客戶端。

2 高層建筑供配電設計要點

因為高層建筑本身的復雜性和特殊性，高層建筑的供配電系統設計也顯示出了極強的復雜性和特殊性。在對其進行設計時，不能盲目進行，必須要在不違背高層建筑特點的基礎上進行。在對其進行設計之前，首先要把握好如下幾個要點:

第一，因為高層建筑所要負荷的空調和照明很多，并且建筑內還有很多的排水和運輸設備。所以，其電需求量非常之大，并且，其對電的可靠性要求非常高。

第二，通常情況下，高層建筑的照明和動力一般不會公用干線，對動力負荷而言，大多采用放射式供電形式。而對照明負荷而言，則大多采用的是母線槽配電形式。

第三，高層建筑大多采用的是大柱距結構，空間相對較大，墻面所安裝的設備也由此而增多，這在很大程度上增加了地面的管道。

第四，對建筑構件采用預制裝配化和干法是能夠在一定程度上縮短施工周期，通常情況下，頂棚要采用系統化和標準化的吊頂。

第五，所有電器設備管線都必須要采取相應的防火措施。

第六，將主要的用電設備分散開來，空調就是其中之一。其他的大多數設備都需要進行集中的管理，通常情況下，都要求將監控系統和電腦管理結合起來。

第七，要對燈具、電瓶等電氣設備采取一定的防震措施，管線層間的貫通、建筑沉降縫與伸縮縫之間等，都要進行一定的耐震處理。

第八，因為高層建筑的高度通常都比較高，體量偏大，人員較為密集，設備也比較多，因此存在一定的安全隱患，必須做好消防工作。

第九，因為電能會對企業經濟效益和人們日常生活產生極為重要的影響，但是電能并不是取之不盡用之不竭的，所以，節約用電就顯得尤為必要。尤其是在對高層建筑進行供配電系統設計時，必須以經濟合理、安全使用、節約能源和環境保護為原則。利用合理的配電方式，選用高效率的變壓器，以減少電能的損耗。

第十，要遵循照明要求，具體表現在兩個方面:

一方面，采用一般照明和局部照明同時進行的混合照明方式。在通常情況下，一般照明的照度應該比混合照明的照度高5%～10%。而如果沒有滿足這一要求，就很有可能會引發照明事故。

另一方面，就是事故照明方式的采用，當故障出現時，工作照明全部都會被中斷，這時就需要提供事故照明，以供工作的持續或者是人員的疏散。

3 高層建筑供配電系統設計方案

3.1 高層建筑概況

某市現存一幢高樓層數為21 層的民居建筑，其-1 層為人防地下室，1 層～21 層都是居民的住所。現階段，電力公司為該幢高層建筑所配送的電壓為10 kV，在通過變壓器之后，電壓的等級升級成為380 V/220 V，放射式和樹干式相結合是其主要的配電方式。電纜的進線一直從變配電室延伸至地下配電室，地下配電室中所敷設的電纜一直從架橋至豎井，能夠為整幢高層建筑提供電力。

3.2 負荷等級

雖然這幢高層建筑是群眾的居所，但是其中包含的各種用電設備和電力儀器還是較為齊全的。生活水泵、消防設備、應急照明系統、消防及民用電梯等，樣樣齊全，一樣不差。為這棟建筑供應的主電路干路均屬一級負荷，其他相關設備為三級負荷。其中，主供電源為10 kV 電壓供給，并應用應急柴油發電機組作為備用電源以備不時之需。

3.3 照明系統供電

首先，在電壓選擇方面。

在這整幢建筑內，常規照明所采用的是數值為220 V 的額定電壓。這種電壓主要的供電方法是三相四線制法，其電壓范圍應是380 V/220 V。建筑當中，用于照明的網絡配電線路通常都比較長。而這種長線路又很有可能使供電線路的電壓大幅度地損失。所以，需要對其最小損失值作出一個較為硬性的規定。每一件照明設備在通常情況下的實際電壓都不能小于額定電壓，即便是最低限度，也要是其額定電壓數值的97%。

其次，在照明供電方式的選擇方面。

整幢高層建筑所采用的是一級負荷電源，并且還采用了雙電源雙電路的供電模式，所以，在設計供配電系統時，首先必須要做的就是要將電力一級和照明一級這二者的負荷功率加以比較。當二者數值都比較大時，就采用雙電路高電壓供電模式。而如果二者數值都不大，便可以使其中一路采取電源供電模式，剩下的一路則采用應急發電模式作為備用。當供配電系統中只需照明負荷進行承擔而不需要承擔電力負荷時，則可以選用蓄電池組當作備用電源。

3.4 設計方案及流程

在該建筑中，住宅供電電纜傳送方向是從變配電室到地下配電室的，所以，在進行整幢高層建筑的照明插座設計時，需要保證前18 層中每6 層至少分配到6 個供電回路，以保證有足夠的電源可供使用。在19 層～21 層，只需設置3 個供電回路即可，并且，每一層的配電箱都必須采用樹干式配電方式，對電源進行分配和輸送。每一條主配電干線可設置六路支線加以輔助，同時，還要將支線和電表箱AW 進行匹配和連接。另外，該建筑還同時采用了主副兩路電源進行電能供應，其中，主配變電主要負責樓層照明和配電照明，而副電與主電同時作用，為整個建筑內的消防系統、排風機、送風機以及地下一層排水泵等進行供電。

3.5 備用安保電源的設置

由上文可知，高層建筑中，存在著不少火災隱患，為了消除這些隱患，提升建筑的安全性，則需要提升供配電技術的可靠性。通常情況下，可以在建筑內設置以供備用的自動切換型安保電源，相較傳統電源而言，這一安保電源的穩定性更強。該建筑就使用了安保電源，其優勢主要表現在如下幾個方面:

首先，對安保電源而言，其連接和斷開的操作是完全自動化的，不需要人為的操作。

其次，安保電源也和其他電源一樣，由兩個發電機電源組成，一旦主電源出現故障，其便會自動地切換到備用的發電機電源，以保證供電的持續性。

然后，安保電源開關兩側的電壓是其進行自動切換的最主要依據，其能夠量化分析供配電電壓和電流，進而使人為的預估誤差降到最低，保證電源切換的安全。

最后，對安保電源而言，其主電源和備用電源所采用的連接方式是串聯。因此，其切換的速度相對比較快，這也在很大程度上增加了安保電源的實用性，降低了電路切換時可能會產生的風險。

4 結語

供配電的設計對高層建筑而言，非常重要，不僅會影響高層建筑中住戶的生活質量，還會對其人身安全造成一定影響。所以，在對其進行設計時，一定要進行全方位、多角度的考慮。要明確高層建筑中供配電系統的基本需求和技術需求，把握好高層建筑供配電系統設計的十個要點，然后再結合高層建筑的實際情況，進行具體深入的分析，準確判定其負荷等級、合理選擇電壓數值和照明供電方式，定能設計出較好的供配電方案。

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