探析高層建筑供配電技術方案及可靠性

齊建剛

【摘要】近年來，我國告訴發展的經濟帶動了建筑行業的發展。然而，我國的城市資源有限，土地十分緊缺，在這種矛盾下我國的建筑開始向高層發展，可是快速發展的高層建筑為其相關配套系統帶來了新的難題，其中最為突出的就是供電系統的問題。本文首先介紹了高層建筑的負荷與供配電特點，然后探討了供配電技術方案，最后對可靠性進行分析。

【關鍵詞】高層建筑，供配電，方案，可靠性

我國正在大力進行的高層建筑，既是為了緩解建筑需要與土地緊張的矛盾，也是為了改善我國的城市風貌，使百姓獲得更好的居住體驗。高層建筑較傳統的建筑形式更容易發生質量事故，供電系統的失靈和破損就是最為主要的原因。因此，提高高層建筑的質量就一定要提高高層供電系統的安全可靠性。

1、高層建筑的負荷與供配電特點

1.1高層建筑及其負荷的可靠性分級

現代高層建筑幾乎集中了各種現代化的電氣設施和技術，具備諸多安全和服務系統。各類負荷的運行特點和重要程度不同，對供電的可靠性要求也各不相同.對于高層建筑供用電的負荷容量我國《高層民用建筑設計防火規范》GB50045-95（2005年版）中規定：根據居住區內建筑物及配套設施負荷性質不同分為一、二、三級負荷.一級負荷包括：高級住宅的電梯、泵房、消防設施、應急照明用電等；19層及以上居住類建筑的電梯、泵房、消防設施、應急照明用電等；Ⅰ類汽車庫、機械停車設備以及采用升降梯作車輛疏散出口的升降梯用電；建筑面積大于5000m2的人防工程.二級負荷包括：10層至18層居住類建筑的電梯、泵房、消防設施、應急照明用電等；Ⅱ、Ⅲ類汽車庫；建筑面積小于或等于5000m2的人防工程；區域性的增壓泵房、智能化系統網絡中心等。三級負荷是指其他不屬于上述一級或二級的負荷。

1.2供電可靠性要求

由于高層建筑存在著一、二級負荷，因此高層建筑配電系統的供電電源應有兩個獨立的回路供電或采用一條回路電源和備用電源（發電機）供電。高層建筑一級負荷的邏輯聯鎖必須且重要。《城市電力網規劃設計導則（試行）》（能源電[1993]228號）第五節第134條、第135條《高層建筑用戶》中提出：10層及10層以上的住宅建筑（包括底層設置商業服務網點的住宅）以及高度超過24m的其他民用建筑應備有保安備用電源，必要時還應自備發電機組等以作為緊急備用。當其中一路電源失電時，母線聯絡開關自動投入，以保證大多數用電負荷的正常供電。當兩路10kV電源均失電時，自備應急發電機組自動啟動，并在30s內投入低壓母線供電，以保證供電的可靠性。

1.3用電設備多

由于高層建筑復雜的空間跨度以及各種立足于城市生活的功能設施，使得高層建筑較之于傳統建筑需要更多的用電設備。這些用電設備主要分為三種類型：照明設備、通風設備、自動化設施。高層建筑由于其特殊的功能，需要更為復雜和更為多樣的照明設施，這些照明設施通常分為兩大類：室內照明和樓面照明。高層建筑尤其是用作商業和酒店的綜合體，需要在原有照明系統上增加一部分輔助設施作為建筑整體的外部燈光造型體系，這使得供電系統需要在更多隱蔽工程的位置進行更為周密的布置，即為系統設計增加了難度，也為施工帶來了不便。

這些地方在建筑整體完成之后，很難進行后續的施工維護，一旦發生故障，整體功能不容易在短時間內恢復。高層建筑的通風設施也更為復雜，需要地上和地下兩部分通風系統。供電系統需要圍繞通風設施進行更為細致的設計。高層建筑綜合體中往往存在比較多的自動化設施，這些自動化設施需要更為靈敏穩妥的電力供應，比如監控系統和電梯系統，是建筑功能的重要組成部分，常常因為供電問題導致失靈，在進行電路設計的同時需要更進一步的進行輔助電力維護，以免影響建筑的使用功能。

2、高層建筑供配電系統的設計方案

2.1電源的合理布置

電源的布置應該合理適宜，這和建筑主體的施工不同，施工中為了確保安全往往在原有設計的基礎之上進行多余的配料和布置，但電力系統的布置應該以此為忌，如果供電的電源電壓大于實際的建筑需求，就會容易因為過大的電流引發火災。設計者應該充分考慮建筑實際的用電負荷，二級負荷的供電系統應該采用兩個回路進行電流的引導，防止局部發熱而引起火災。如果建筑需要一級負荷的供電，建筑內部就應該設置兩個供電電源，防止因為一個電源的失靈而導致供電回路的中斷。在一些城市特定的商圈建造的高層綜合體，內部商場、酒店、娛樂設施較為密集，建筑單位還應該設置應急電源，防止因為一時的電力間斷遭受經濟損失。

2.2供電電源電壓及主結線

高層建筑由于用電負荷較大，它一般采用高壓來供電，供電電壓國內多為10KV（香港地區11KV，日本22KV，美國13.8KV）。高壓供電系統主結線一般多采用單母線制。單母線制主要特點是結構簡單，需用的設備少，投資省，經濟性好，因而一般高層建筑及工礦企業采用較多。

2.3有關用電負荷的計算問題

對于高層的電負荷計算目前尚無一個權威而準確的計算方法，國內外大都是采用需要系數法或變形的需要系數法及單位容量法等。

2.4變壓器的選擇

現在高層建筑中使用大容量變壓器（單機容量超過1600KVA）已非少見，相對而言，大容量變壓器效率較高，但投入時涉及的負荷面一也寬，因此，科學地綜合各種因素，再根據各相關專業的用電要求，適當的確定變壓器單機容量及其臺數是很有必要的。一般說來，根據空調設備的分組來設置專用的變壓器是比較合適的，這樣就可隨著空調機組的投切來投切相應的變壓器，從而取得良好的經濟效益。

2.5變配電所位置的選擇

城市土地緊張，高層建筑輔助設施用房如換熱站、空調機房、水泵房、廚房等而這些機電設備的用電量很大，變電所進樓后靠近這些電機設備，以縮短供電線路，減少電能損失，同時為保證對高層部分供電干線的最大壓降不超過允許值，變電所的設置地點應有所選擇。住宅小區可設獨立式配變電所，也可附設在建筑物內或選用戶外預裝式變電所。一般來說，變電所的選址有以下幾種：①在地下室和最高層設變電站；②分別在地下室、最高層和中間層設變電站；③僅在中間層設變電站。

3、提高供電線路的可靠性

3.1選用合理的供電系統連接設備

供電系統的連接設備主要包括導線和其相關配套設備。在進行供電系統的布局設計時，要根據建筑的實用功能合理的選擇導線，這個過程要對后續的擴大電流留有充分的發展余地。由于高層建筑的房地產營銷策略，很多高層建筑的使用功能不能在初始階段得到充分的發揮。一些用于商業和辦公的高層建筑在建設完成后招商還沒有結束，這就為建筑的使用功能帶來較大的變數，用電需求也相應的產生變化，如果前期的電力系統布置不夠合理，就會使得整個建筑物的電力供應處于滿負荷的狀態，造成火災隱患。設計者要選擇能夠充分保障建筑安全的導線，防止由于電流的熱量效應而發生老化熔斷。與導線

相配套的發電設備也要充分適應建筑功能的變化，在設計中留有提升的余地。

3.2選擇盡可能安全的接地方式

想要提高供電系統的安全穩定性，最重要的就是進行更為安全的接地系統設置。在高層建筑中，接地系統比以前更為復雜，常常是保護接地和工作接地都合在一處，進行接地系統的整合。首先接地系統的整體電阻要小于我國規定的4Ω國家標準，其次可以結合建筑物的建造基礎，如果基礎中的鋼筋等結構原料可以滿足電阻的要求，就能夠以此為基礎進行人工接地系統的鋪設，將不同高層建筑的基礎連成一個接地網，加強了相互供應，大大提高了供電系統的安全穩定性。

3.3變電所位置的合理設置

高層建筑的變電所要在設置過程中盡可能的靠近電源，并回避使用過程中的震動。值得注意的是，變電所的設備容易受到環境的影響，在安裝設置的過程中不能安裝在浴室、廁所等的下方，防止受到水汽和潮氣侵擾，帶來使用的可靠性下降。

結語

供電系統是高層建筑的功能基礎，需要從業人員不斷探究，應當根據相應的設計規范，對高層建筑的供配電技術方案進行合理的設計，從根本上保證高層建筑的質量安

參考文獻

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