當前民用高層建筑供配電系統電氣設計的研究

付文沛

（太原供水設計研究院有限公司，山西 太原 030000）

0 引言

供、配電網設計復雜、煩瑣，以保證其正常運行，要充分利用其在高層建筑中的優越性，做好供、配電網的電氣設計。

1 工程概況

該項目為居住用地，占地15000m2，其中1、2 層為商鋪，3 層以上為居住小區。以8、9 號樓為例，其中一樓和二樓為商用，地下室的主要用途是用作地下停車，戰時也可以用作人民防護。該項目一期的消防負荷以消防供水系統為主，二次負荷以一、二樓為商用為主，其余負荷等級為三級。該項目的供電、配電系統的設計應遵循下列基本原則。

首先，在選址時應以鄰近負荷中心為優先，但從施工方便的角度出發，應選用材料設備運輸方便、設備吊裝方便的場所。為防止配電裝置的腐蝕，應選在遠離灰塵、水霧、腐爛氣體的地方，如條件所限，不能避開上述地區，盡量選擇污染較小的場所，另外，衛生間周圍的空氣濃度較高，會對配電設備造成腐蝕，因此配電房必須與廁所保持一定的距離。若必須緊靠洗手間，必須做好防水，防潮措施。配電房應單獨布置，不能設在地勢較低的地方。其次，對配電網的電氣設備、管線等進行了合理的選擇，并對管線的布線進行了合理的規劃。由于該項目屬于高層建筑，線路長度較長，因此為減少輸電過程中發生的損失，可以將供電、配電系統的主要設備配置在中層。

2 高層建筑供配電系統概述及現狀

2.1 設計內容

目前，我國民用高層建筑的施工高度普遍偏高。一般來說，大樓的總樓層都會超過20 層，因為大樓的高度限制了大樓的安全，所以消防是高層建筑必須要考慮到的問題，所以高層住宅的設計和施工單位在設計的時候，都要考慮到建筑物的消防問題，最大限度地降低了建筑物的火災風險，確保了住宅的安全[1]。在建筑的電力系統中，一般都會采用UPS 供電，以增加電力平臺的電壓負載，以保證大樓的電力供應。為了減少安全風險，附加UPS 供電系統的設計方案，主要用于保障連續供電或在很短的停電時段內，能夠將其作用最大程度地發揮出來。

在我國的高層住宅工程中，確保其安全、可靠是其首要的原則，為了確保整個大樓的供電可靠性，為了提高電力系統的整體效能，在電力系統中，一般都會采用應急電源。根據有關的數據，如果大樓的供電線路發生故障，那么緊急的發電機就會在最短的時間內啟動，為大樓供電。由于其獨特的特性，在需要高停電時間的情況下，該系統具有很大的局限性，如果是因為電網內部的線路出現了故障，而不是因為電網外的電力供應出現了問題，那么這個時候，應急發電機系統就無法正常工作，整個大樓的火災系統都會處于停電狀態。

我國民用高層建筑在運行過程中，不可避免地存在著各類線路的安全隱患，因此，有關部門要盡量減少事故的發生，在供電、配電系統中，采用兩個供電電源的獨立供電方式。它的工作原理是通過開關把兩個電源分開，把它分為滅火和不滅火，當火災時，它會自動切斷非滅火電源，另外一臺滅火系統可以在同一時間內進行，以增加大樓的電力供應的可靠性和效率[2]。

2.2 用電設備多

目前，高層建筑的主要功能是居住和商業，所以需要更多的輔助設施，比如供暖、通風、給水泵、排污泵、消防泵等，這些都需要電力供應，所以在高層建筑中，需要的配電的設備種類和數量都很多，對電力的要求也各不相同，增加了電力系統的供電和配電系統的設計難度。

3 民用高層建筑供配電系統電氣設計基本原則

民用高層建筑由于其自身特點，其配電網的設計應遵循國家標準與規范，并遵循下列原則。

3.1 可靠性原則

在民用高層建筑中，由于其人數多、人口密集等原因，其影響范圍較廣。在供電、配電系統的設計中，應堅持安全、可靠的原則，在具體的規劃與設計中，應對電力系統的用電量進行科學的分析；確保電力供應的穩定、可靠。

3.2 簡潔性原則

在高層建筑中，需要大量的電力設備來進行日常運行和維護。因此，在進行設計時應盡可能地簡化，把這些電器設備盡可能地少用。在電氣設備的設計上，為方便使用和操作，并能在運行中出現故障時及時進行處理。

3.3 保障安全性原則

由于民用高層建筑對電器和功能有很高的要求，在日常工作中常常要進行維護，因此，要保證其安全，保證其正常的運行和維護。

4 民用高層建筑供配電系統電氣設計基本思路

在點檢系統的設計中，應確保電力系統的安全運行，在保證其性能的前提下，為電力系統和線路的運行和維修提供安全、可靠的保證，以有效地預防和消除電力事故。

4.1 根據供電需要計算電力負荷

在實際應用中，由于電力負載事故的發生，造成了一定的經濟損失，并對社會造成了很大的負面影響。按照有關的電氣設計標準和其他有關規定，應考慮建筑的性質、規模和供電的實際狀況，以及電壓等級、供電回路數和自備電源的設定[3]。

當電力負載非常重要時，應充分考慮下列問題：一種電源系統因故障而不能提供電力，而另一種電源正在維修或發生故障時，要在其他地方安裝緊急電源，以防止突發事件。它的設定應充分考慮電網條件、負荷允許中斷的時間等因素，并以獨立的發電機進行連續供電。二次復合供電系統在發生變壓器、線路故障、無法切斷電源的情況下，必須立即進行修復。

4.2 綜合詳細考察來確定供電電壓

在民用高層建筑中，供電電壓直接影響供、配電網供電的穩定性，供電電壓的高低取決于供電負荷、供電距離、供電線路環數。通常，由于高層建筑的供電能力不強，所以可以采取兩路電網供電、一路電網供電、應急機組供電。通常情況下，它的電源都是10kV 的電壓，然后導入大樓的開關室[4]。為了滿足消防設施的需要，應在低壓配電網中配置柴油發電機，當電網用電負荷有特別要求時，采用柴油機作為供電保證。

4.3 高壓配電網的科學設計

在民用高層建筑的供、配電系統中，包括高壓供、配電系統、低壓配電系統，在進行系統的設計時，應充分考慮技術、規范等方面的因素，同時滿足用戶的日常使用、管理和維修需要。

住宅區的高壓配電根據小區的總面積，選擇合適的配電站，保證供電的需要。在單個建筑面積大，用電負荷分散的條件下，可以使用多個變壓器進行分布。在民用高層建筑中，底層、頂層以及電力負載密集的中層等都要安裝變壓器。在某些建筑中，為了確保電力的可靠度和電力負荷的要求，可以采用雙電源供電模式。

4.4 根據實際需求進行低壓配電網的設計

低壓配電系統在民用高層建筑的日常生活中起到了很大的作用，它還起到了變壓器的運行、維修以及緊急情況下電力供應的作用。所以，在低壓配電系統設計中，必須保證其負載下的實際用電需求，即使出現了故障，也能繼續提供電力。在緊急情況下，為了防止發生安全事故，必須及時處理故障，并設置緊急供電[5]。通常在民用高層建筑中，都會選用柴油發電機，即使停電也能迅速啟動，負載平穩，及時恢復供電。

5 供配電系統設計

5.1 電源選擇和設計

一種是電力系統在大修期間的后備電源，可以確保整個大樓的電力供應，并且不能在同一時間斷電。本工程因建筑面積大，電力設施多，因此在設備維修時，必須考慮到緊急情況下的供電。在條件許可的情況下，可以采用柴油機作為應急電源，以確保電力系統的安全性和連續性。

5.2 確定該小區負荷計算與變壓器容量

變壓器是配電系統設計中的一個關鍵環節。在變壓器選型中，技術參數的選取直接影響到整個配電系統的穩定和可靠。在選用技術參數時，必須與工程實際相結合。一般來講，變壓器有兩類，一種是干式，一種是密封油浸式。首先，在選用變壓器的額定電壓時，要注意在技術指標上，高電壓和外部輸入的電壓是一致的。居民小區的供電設計要達到國家有關規范的要求，并在此基礎上完善電力計算表和負載等級。在變壓器容量的選取中，特變容量不僅要考慮負載的種類，而且要使其具有較好的系數。經測算，并按照有關住宅建筑用電的有關規定，本工程采用800kVA 的變壓器。

5.3 高低壓一次系統圖設計

在低壓一次系統的設計中，配線的設計是供電、配電設計中的一個重要環節。

該項目10kV 高壓配電系統主接線采用單母線分段接線，兩段10kV 母線之間設置聯絡。各公用、專用變配電所10kV 電源均從開閉所引來。在正常運行時，僅有一條入線供電，并配有環網開關和兩臺變壓器分斷柜。本項目采用干式變壓器，接線組別為D，Yn11，10kV/0.4kV，帶強制風冷系統及溫控顯示裝置，保護等級IP20。按技術要求設定下列參數：高溫預警，重瓦斯動作跳閘，超溫動作跳閘。10kV/0.4kV 變電所低壓側為兩臺變壓器單母線分段運行，采用單母線分段接入設定框架斷路器，在主進線開關之間設置母線聯絡開關，并將母線斷開。母線聯絡開關設自投自復/自投手復/手動轉換3 種狀態的位置選擇開關，在自投運過程中要有一定的延遲，為了確保變壓器的正常運行，必須在不保護負載的情況下，自動關斷。低壓主、備進線和聯絡開關之間有電聯鎖，在任意條件下，僅有兩個開關可以關閉。低壓主進斷路器設有過負載長延時、短路、短延時和單相接地保護，其他低壓斷路器按要求設置過載長延時、短路、短延時跳閘，局部回路設置分勵或失壓保護，當自動互投時，可以卸載一定的負載；既能有效地保護變壓器的超載，又能在發生火災時，切斷與火災有關的非滅火裝置的供電。為了便于管理，提高供電可靠性，變配電室設置智能化監控系統，監控范圍：10kV 計算機綜合保護系統，低壓側各主斷路器、母聯斷路器及各出線斷路器的電氣參數、直流屏監視狀態、變壓器運行狀態監測等。監控系統通過監控模塊及多功能儀表等采用現場總線技術對變配電室各種運行參數（電壓、電流、功率、頻率、開關狀態）進行監視。

根據絕緣介質的不同，開關柜有3 種類型：真空開關柜、空氣絕緣負荷開關柜、SF6 負荷開關柜。通過3 種不同類型的開關柜技術參數的比較，得出六氟化硫箱結構簡單，占地面積小，使用壽命長，成本低，分散性強，真空斷路器的保護功能比較豐富，如過流保護、速度保護、零序保護等。從這一點可以看出，這兩類開關柜在電力系統中的應用非常廣泛。按項目要求，選用SF6 負荷柜和真空斷路器柜為輸入和輸出。

在此項目中，采用母線開關將兩個獨立的電源分開，并提供兩條供電線路，當正常的電力供應時，主供電源進線總柜閉合，分段斷路器柜斷開，備供電源進線總柜斷開；當需要維修或發生故障時，分段斷路器柜斷開，備供電源進線總柜閉合，這時，由2#變壓器獨立提供電源。主供電源進線總柜、備供電源進線總柜之間加裝可靠的電氣及機械閉鎖裝置。

在本項目的供電、配電系統中未設置1 臺50kW 的柴油發電機組，以備應急，主要負載出現故障，本緊急電源能在不間斷的情況下自動開機。通常，主要負載為緊急照明、消防用電。當城市電力供應出現問題時，緊急發電機會由主電源開關發出的信號，從開始到持續工作的時間不得超過30s，以保證持續可靠的功能。

5.4 供配電系統設計分析

配電間的設計：高壓、低壓兩條線路共用配電間，按工程要求和有關技術要求進行設計，采用單母線連接兩種供電方式。門控開關：在儀表柜內或儀表箱內安裝門控開關，通過RS-485 信號線路連接到負載管理終端。在低壓開關和測量箱之間、靠近低壓開關的那一側保留跳閘控制線，并根據遙控拉閘的要求，判定該測量設備的控制線是否與負載管理終端相連接。電力分配系統的設計。在配電網的設計中，電纜的選取是一個非常重要的問題。10kV 線路宜選用YJV-10kV 高壓電纜，電纜鋪設時應沿室外電纜溝鋪設，并嚴格按照有關規定進行。高壓柜和變壓器的連接線也宜選用高壓電纜，而在低壓配電箱和變壓器間，可以采用總線橋或低壓電纜，根據客戶的要求來確定。在該工程的輔助電源方面，如燈箱、通風負載電源盒等，與低壓配電柜采用輻射和主干線相結合的方式。在設計時必須對低電壓線路的負荷進行控制。從安全性和可靠性的角度來看，電纜選用的是阻燃聚氯乙烯電纜，沿電纜溝敷設或架設橋架敷設。

6 結語

綜上，高層建筑的配電系統進行設計時，要注意結合項目特點，計算項目負荷，將配電室設置在合理的位置，選擇合適的電源，確定變壓器容量等。總之，高層建筑的配電系統設計一定要結合項目實情，確保建筑供電正常。