高層建筑電氣工程供配電系統設計

王瀟 徐冰源

杭州中聯筑境建筑設計有限公司 浙江 杭州 310014

引言

在供配電系統設計過程中，設計人員一定要從建筑實際情況出發，把握設計要點，合理設置線路位置并且要注意方便操作維護；同時，應做到根據實際用電需求量，靈活調整設計方案。除外，供配電系統的設計也需注意平衡經濟效益與社會效益，根據其在電氣工程中重要作用，明晰其設計原則及設計要點，準確把握高壓配電系統、低壓配電系統、電力負荷、變壓器、接電安全保護、低壓斷路器等的設計內容，提高供配電系統的安全性與經濟性。

1 電氣工程供配電系統相關內容

由于高層建筑具有樓層高、結構復雜等特點，其必須安裝更多設備系統，以滿足建筑內居民基本生活需要，例如：電梯系統、高層排水系統，防排煙系統及其他消防系統等。一般來說，高層建筑的用電需求量較高，且高層建筑中的應急用電設施應采用獨立供電電源，故此，高層建筑中供配電系統應達到能完全滿足建筑電力系統整體需要的要求，這樣才能保證高層建筑中電力運行的安全性及穩定性。同時，高層建筑的負荷相對較遠，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，設計過程中不能僅僅只依靠理論來設計供配電系統，一定要從建筑實際情況出發，綜合考慮設計方案。

2 高層建筑中供配電系統設計應遵循的原則

2.1 安全性原則

安全問題應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。因此在設計過程中，設計人員需始終考慮供配電系統的后期運行情況，確保其安全穩定，只有這樣，才能為后續電力系統的安全穩定運行奠定良好基礎。同時，設計人員還應科學合理設置供配電系統，有效控制電壓與電流，提高供配電系統的安全性。

2.2 節能性原則

隨著社會發展與人民生活水平的提高，公眾對建筑設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能環保的理念，這就要求相關人員在供配電系統的設計環節應以節能環保為原則。現階段，專業設計人員主要依靠降壓來實現這一節能目標，因此，有必要對降壓專業設備進行優化和創新，這樣才能最終達到降低功耗的目的[1]。

2.3 合理性原則

一方面，合理設計供配電系統能起到節約電能的作用；另一方面，也有助于電力企業合理規劃用電量，節約成本，提高經濟效益。供配電系統合理性原則要求設計師應在滿足住宅用電基礎之上，盡量減少高層建筑的反向供電情況，并按照建筑內電氣設備的實際設置情況，合理設計配電路徑。如果供配電系統沒有合理設計供電路徑，會造成電氣部件數量的增加，電壓降的損耗，從而造成投資浪費，且伴有更高的供配電系統風險。此外，變電所位置也極大影響了配電線路設計方案，其一旦選在一個不合理的位置，勢必會導致不科學、不規范的線路布局。故此，相關設計人員應提前考慮到變電所位置帶來的影響，盡量使其靠近負荷中新，減少由于不必要線路而產生的電能損耗，例如：在換熱站附近設置變電所。

3 高層建筑電氣工程供配電系統設計要點

3.1 高壓配電系統設計

高層建筑由于其自身獨特性所以對電氣工程質量要求更高，因此，這需要設計人員進行科學合理的電氣工程設計，以便其能滿足高層建筑運行發展需要。此外，常規高層建筑中消防負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，為二級負荷甚至一級負荷，故其采用的上級電源基本都為相互獨立的兩路高壓電源，以此來降低大規模斷電現象的發生，提高電力使用效率及運行安全性。高壓配電系統是高層建筑電氣工程中的重要一環，其是滿足居民用電需要及保障電力安全的核心。一般來說，高壓配電系統都應選用單母線分段接線，主要目的是為了便于其實現自動切換，例如：如果一條線路發生故障，其能夠立即切換另一條安全線路，達到保障電力運行的穩定性，滿足用戶生活需要。

3.2 低壓配電系統設計

相較于高壓配電系統，低壓配電系統的作用也同樣不容忽視。其能正常運行是保證整個建筑供電平穩的關鍵。故此，相關工作人員需務必對其開展多種防護措施，以期確保構成系統的每一環節都能安全、可靠運行，避免由此而造成的額外損失。低壓配電系統內的電流電壓容易受外部環境影響從而造成不穩定情況，妨礙電氣工程正常運行。漏電事故是高層建筑中較為常見的安全事故，一旦發生就可能會造成極大影響，嚴重危害居民的生命健康。這就要求設計人員在設計低壓配電系統時，一定要注重關注漏電風險，合理利用漏電斷路器設備，提高電力系統運行安全，保障居民用電質量[2]。

3.3 關于電力負荷方面

在確定某個區域電力負荷等級時，不僅需要參考有關標準也要結合區域實際情況。一般而言，高層建筑電力負荷等級可以按以下標準劃分：除了消防設施、電梯設施、安全防護設施、樓梯照明設施及生活泵等為一二級用電負荷外，其余設備均為三級用電負荷。民用住宅用電負荷在高層建筑電氣用電總負荷中占比最大，因此，設計師在設計電力負荷時，一定先把握高層建筑中的基本用電情況，再根據工作、生活在樓盤的人員的常規作息及設備的季節性運行規律，制定出經濟效益與社會效益相對平衡的方案。此外，需結合項目用電量和點位分布，本著“靠近負荷中心，滿足當地供電部門的安裝和使用要求”，合理設置變電所位置。

3.4 關于變壓器方面

為了提高變壓器運行時的安全穩定性，設計人員應在充分考慮變壓器運行條件的情況下，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，設計師在選擇變壓器時應以低能耗的高效變壓器為主，并使其負荷率保持在最佳負荷狀態的80%左右，如果變壓器的負荷率與容量能始終維持平穩運行狀態，就可以相對減少變壓器數量轉而增加其容量，以達到節約成本、提升變壓器使用效率的目的[3]。由于電力負荷會因為季節變動而導致電能質量波動，故此，針對這一情況應選用專用變壓器來調節，實現靈活切換，保障其經濟運行，防止由于變壓器空載運行而導致資源浪費；結合國家碳中和的宏偉目標，當前的新能源車充電樁設置需從長考慮，部分人流量大的公共場所，可以結合車位情況，適當預留變電所內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 接地安全保護設置

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

3.6 關于低壓斷路器方面

設計師在設計高層建筑供配電系統過程中，必須要重視低壓斷路器的作用，尤其是供電系統、照明系統安全運行的有力保障。與傳統斷路器設備（如保險絲、閘刀等）相比較，低壓斷路器的安全性及穩定性更高。設計師在選取低壓斷路器類型時，應防止出現因電壓斷路器選擇不當，影響電能輸送，從而導致供電系統、照明系統發生故障的現象；例如低壓斷路器上下級間的級差選擇；遠距離低壓短路需結合供電距離選擇適當的斷路器整定值及脫口曲線等，設計師應結合實際建筑結構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施，例如：換熱站、空調機房、水泵站等，這些輔助設施的耗電量遠遠超過單個設施，因此，可將變電所位置設置于這些輔助設施附近，以達到縮短線路、節省電能的作用，同時可以有效能保障供電桿線的壓降允許范圍。故此，應根據以下幾點合理選擇變電所設計位置。第一，離負荷中心越近越好，且應注意進出線是否方便以及是否靠近電源側；第二，在選擇位置是應確保其有足夠空間進行設備的運輸及吊裝；第三，嚴禁將變電所位置設計在可能有劇烈震動及靠近危險爆炸品的場所；第四；由于變電所應遠離水源，故此廚房及浴室的下方或鄰近區域也不應該被選擇，避免出現水漬侵蝕等情況；第五，在高層建筑地下室設置配電所時，其位置應具有良好的通風散熱效果；第六，不能出現將變電所放在高層建筑最底層的情況，如果建筑內僅包含地下一層，也應對其位置進行適當抬高處理，避免出現雨水倒灌等情況。

3.8 關于插座、開關的選擇

雖然插座、開關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，工程設計師在設計電路線路圖時，首先應明確插座、開關在整個電氣系統中的排布方式，其次要確保開關無論處于開啟及閉合的狀態都能有效接通電源，這是電氣供配電系統設計需要關注的重要內容，同時應根據不同設備的類型及具體使用

方法，合理選擇開關類型，最大限度保障居民用電安全，降低因插座或開關而導致火災事故的概率。

3.9 獨立雙電源系統

在高層建筑中配置獨立雙電源系統可以有效保障建筑用電安全。同時，一定要另外安裝一條獨立于正常電源外的專用饋電線路，且應配備自動投入裝置，通過自動開關，將消防及非消防負荷分開，在發生火災或事故后，能夠將非消防電源切斷，從而防止火災或事故擴大并保證消防負荷能夠可靠的供電。

4 結束語

隨著時代日新月異發展，各行各業都在調整步伐，以期能在復雜的市場環境中獲得更大發展。因此，高層建筑電氣工程供配電系統設計工作也要順應時代發展潮流，及時轉變腳步。這就要求設計師在設計工作中要結合實際情況，發揮專業能力對高層建筑供配電系統進行科學設計；同時，面對設計過程中存在的故障，要參考以往經驗，運用現代化科學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的安全平穩運行，提升居民生活幸福感。