高层建筑供配电系统设计

叶丽娜

叶丽娜YELi-na

（马建国际建筑设计顾问有限公司，北京100089）

（MaJianInternationalArchitecturalDesignConsultantsLimited，Beijing100089，China）

摘要：电力是高层建筑物得以正常运转的物质条件之一，这就造成了高层建筑对电力可靠性要求较高，依赖程度也很高。笔者更具多年工作经验，在本文中阐述了当前国内高层建筑供配电系统现状，并提出了相关设计方案中的注意事项，提出了相关解决办法，以供同行参考。

Abstract:Electricityisoneofthematerialconditionstothenormaloperationofhigh-risebuildings,so,thehigh-risebuildinghashigherdemandforthereliabilityofelectricityandalsohashighdegreeofdependence.Basedontheauthor'smoreyearsofworkexperience,thispaperdescribesthecurrentstatusofelectricitysupplyanddistributionsystemofthedomestichigh-risebuilding,andputsforwardrelevantconsiderationsinthedesignandrelevantsolutionsasreference.

关键词：高层建筑；供配电；系统设计；方案

Keywords:high-risebuildings；electricitysupplyanddistribution；systemdesign；program

中图分类号：TU972文献标识码：A文章编号：1006-4311（2014）13-0112-03

0引言

供配电系统的安全可靠性是最为重要的因素，一旦系统发生安全问题，将直接对人力、物力和财力造成难以估算的损失。一般情况下，根据可靠性与中断供电造成的损失与影响将用电负荷分为：一级负荷、二级负荷和三级负荷。电器设备的正常使用寿命会受到电能质量的直接影响。当前，由于各种更为高端的电器设备逐渐推广，这些电器对于电能质量有着较为严格的要求，配电线路设计是否科学直接影响到电器寿命。所以，我们要提高电器线路设计的合理性与科学性。

1高层建筑的供配电系统节能设计内容

在保证供配电系统设计安全的前提下，要注重高层楼宇建筑供配电系统节能设计。节能设计主要涵盖如下几个方面内容：

1.1高层建筑供电系统额节能设计。这种节能设计主要有：系统用电负荷的统计与计算、系统无功动态补偿方法、系统谐波的综合治理方案设计、系统中实际用电设备供电方案的优化节能设计等。

1.2高层建筑的照明系统节能优化设计。主要有：照明供电系统、照明灯具节能、照明控制系统、照明联动操控的节能控制等方面的优化设计。

1.3高层建筑电气设备用电方案方面的节能设计。主要有：电机拖动系统、空调系统变频调速、给排水系统、深井电梯的回馈等诸多方面的优化节能设计。

1.4高层建筑在新能源使用方面的优化节能设计。主要包括：太阳能、风力发电与冰蓄制冷、水源热泵以及热、电、冷联供系统的节能设计。

2高层建筑物对配电系统的基本要求

当前我国对于高层建筑物的规定是：非单层民用建筑超过24米或者10层以及10层以上的民用住宅项目被称为高层建筑物。我们所讲的高层建筑在配电上要求供电需要具备连续性、安全性、可靠性、技术先进性以及经济合理性等重要特性。高层建筑物用电还具备：用电负荷大、一级负荷多的特点。供配电系统直接关系到水泵、消防、防排烟系统、电梯、照明与污水处理等各个设备系统的正常运行，以上各系统要求供电连续性要强。通常会使用双电源的供电运行方式，常用树干式与放射式相结合的供电模式，这样可以较好地保证供电的连续性，确保供电电源具有较高的可靠性能。

3高层建筑物中常用的配电系统

3.1各自独立地双电源系统通常在一类高层建筑物上适合于此类系统。在高层建筑物的外部要具备两个独立的电源，这样才能较好地满足高层建筑在消防方面的负荷要求。这种系统要配有自动投入装置，电源要采用专用馈电线路。这种系统从变压器低压端出线之后，直接通过自动开关将消防与非消防负荷自动分开。如遇到火灾，会自行将非消防电源切断，可以有效地保证消防负荷供电的持续性和稳定性。

3.2应急发电机组系统的设计高层建筑必须配有应急发电和供电系统，这种系统需要具备可靠性与快速自动启动性。一般情况下，应急发电机组要满足中断供电时长在15～30s之间的正常供电。但要保证由电网供电至切换箱的两路配电线路当中，任一回路发生故障时，要做到备用应急发电机不能自动启动，消防负荷仍将断电。如果发电机出线回路出现故障，即使发电机启动送电，却无法保证正常用电，此时消防负荷会断电。

3.3配有不问断电源的装置是消防室建筑物安全运行的重要保证为了有效保证消防用电的可靠性，高层建筑会在配有发电系统的前提下，配有不问断电源装置对于特别重要的消防负荷加以保证。这种装置适用于必须保证连续供电或者中断供电时间仅为毫秒的相关设备。而应急电源装置比较适合于中断供电仅为毫秒级的应急照明供电系统。

4高层建筑物供配电系统设计的基本要求

4.1高层建筑负荷等级的划分由于高层建筑具有供电负荷大的特点，这就需要对各种电负荷进行级别划分，有区别的进行限制。等级划分有利于供电上更加合理，大大降低了电能的浪费，有效地降低了高层建筑运行的成本。高层建筑物负荷划分的主要依据：首先是建筑物类别，其次是用电负荷性质。高层建筑的主要系统负荷分级：第一，在一类高层建筑中，消防用电需要按照一级负荷进行供电。第二，在二类高层建筑中，消防用电需要按照二级负荷进行供电。第三，在超高层建筑中，消防用电需按一级负荷中的特别重要负荷进行供电。如果在主体建筑中存在一级负荷的特别重要负荷时，与之配套的空调用电负荷需划分为一级负荷。如高层建筑中存在大量一级负荷时，对应运行的空调用电负荷需划分为二级负荷。

4.2高层建筑供电电源、电压和主结线由于高层建筑用电负荷较大的特点，所以供电通常采用高压形式实现供电。当前，我国通常采用10kV高压供电方式。在这种供电系统中，主结线通常采用单母线制，该方法具有投资小、经济性能佳等优势，使用上有结构简单、涉及的设备较少等诸多优点。该方法在工矿企业与高层建筑中较为常见。

4.3高层建筑用电负荷的计算当前，高层的电负荷计算没有具体而权威的方法。需要系数法和单位容量法是目前我国较为通用的负荷计算方法。

4.4高层建筑供配电系统对于变压器的选择现在高层建筑中较少使用大容量的变压器，虽然大容量变压器有较高的使用效率，但是在使用过程中其所涉及的负荷面较大。这就需要我们根据实际情况科学选用变压器的单机容量与使用台数。通常会根据实际使用空调设备情况，来选择适合的专用的变压器及对应台数。还可根据使用情况来确定具体变压器的使用状况，最终很好地实现经济上的

收益。

4.5高层建筑设置变配电所位置的方法随着城市规模的快速扩张，城市用地愈发趋于紧张。对于高层建筑需要诸如：空调机房、换热站以及水泵房等相应的辅助设施，而这些设施所配备的机电设备用电量相对都很大。这就要求变电所进入高层建筑后要尽可能接近上述机电设备。要有效的缩短供电线路的距离，尽可能的减少电能在输送过程中的损耗。此外，还要保证高层部分供电干线的最大压降不得超过规定允许值，这就要求变电所选址需要遵循如下原则：第一，保证变电所尽可能的深入或者接近负荷中心。第二，要保证变电所进出线上的便捷。第三，变电所要尽可能的接近电源侧。第四，保证相关设备在吊装或者运输上的便捷。第五，变电所要尽可能远离存在剧烈震动或者有爆炸危险的环境范围。第六，变电所不宜设在多尘，有水雾或者有腐蚀性气体的场所。如果无法避开，需设置于污染源下风向一侧。第七，变电所不适宜设于有厕所、浴室及厨房等经常存在积水范围的正下方，同时也不宜与上述场所贴近。如无法避免，需要做好防渗处理，做好防水处理，不能出现渗漏与结露现象。第八，如果配变电所属于独立建筑，设置时需避开地势低洼区域或者有可能产生积水的区域。通常在规模较大的住宅生活区内可单独设置陪变电所，还可以采用附设于建筑物内、选用户外预装等方式的变电所。

5高层建筑供配电系统节能设计要点

5.1高层建筑的配电变压器的节能选型设计在实际工作中，为了实现变压器的节能目的，需要对投资与年耗电量等诸多因素进行综合性考虑。通过实践我们知道，经济合理的配电变压器，在选型和设计时要根据配电变压器的投资回收年限来最终确定具体型号。一般采用变压器投资费用价差和年耗电的电费价差来获取。

对于配电变压器节能优化选型，需要依据高层建筑所需的实际电负荷要求，通常要稍高于变压器最佳负荷来选择型号。达到变压器负荷率保持在70%左右具有最高的经济性。选择相应型号时，需要首选空载损耗与负载损耗等方面较小的节能型变压器。例如：在选择315kVA的10kV配电变压器时，一般选择S13节能型配电变压器，这种变压器与传统变压器对比可以大大降低负责损耗与空载损耗。对于配电变压器的优化选型设计，通常首选三角形的立体卷铁芯高效节能经济型配电变压器，这种变压器已开始逐步取代常规插片式高能耗的配电变压器。该变压器可以很好地提高建筑供配电系统的电能转换效率，还可以有效降低配电变压器运行能耗。此外，还能够延长配电变压器的使用寿命。

5.2高层建筑照明系统的优化节能设计在荧光灯与高强度气体放电灯进行优化与选型设计中需要满足GB50034-2004《建筑照明设计标准》中的相关技术规定。同时，需严格控制照明系统的相关节能指标。通常在高层建筑照明系统中采用智能化自动控制系统。一旦将智能化控制系统和高层建筑照明性能有效结合，就可大幅提高系统的照明质量，有效的提高照明的人性化服务水平。同时，智能照明系统能有效根据具体环境中的温湿度与自然光照情况，通过科学分析后制定出节能效果明显的控制方案。从而使照明系统的控制更为准确、更加精细。并且能够很好地提高建筑照明系统电能转换效率最终实现节能设计目标。

5.3高层建筑中电机拖动系统的节能设计通常，电机拖动系统产生的能耗占所有电器能耗90%以上。并且多数拖动系统电能转换利用效率很低。实现节能降耗可以在电机拖动系统中多做文章。一般对于200kW以下选择低压电机可以大大降低投资。而355kW或者以上功率的电机必须选择高压电。而在200~355kW范围之间的，需要综合考虑技术、投资与运行节能的经济性等诸多因素。最终确定更为节能的电机实际功率。这就需要结合建筑电机拖动系统具体情况，选用适用的变频调速与软启动等先进控制方案。做到对电机拖动系统控制模式的科学优化设计，最终实现该系统运行的高效与节能。

6高层建筑供配电系统总体规划节能设计方案

高层建筑供配电系统总体规划设计时要考虑到如下方面：第一，有效地对建筑内容用电负荷类型与相关的容量做好数据信息统计工作。进行科学的用电等级划分与整理后，还需充分考虑整个供电方案与实际的供电距离等众多因素。第二，当确定高层建筑供配电方案时，必须保证供电方案具有操作简单、维护方便等基本特点。总变配所的位置宜尽量靠近用电负荷的中心部分，这样可以很好提高供电的可靠性，有效提高供电质量，很好地控制能耗。第三，结合实际的用电负荷总量与供配电方案等对变压器的容量、台数以及型号和供电线路的型号、敷设方式以及截面等进行更为详细的优化选型设计。这样设计出的系统可以很好地根据季节产生的负荷变化进行相关的动态调节方案。

7结束语

综上所述，负荷相应的技术规范标准，实现预定的功能是供配电系统设计的基本原则。在相关设计工作中要力求避免出现漏电和断电情况的出现。当相关变压器已和柴油发电机组安装完毕后，要根据规范做好供电线路的布线工作，确保线路的安全可靠性，还要保证电能传输中的电压稳定，真正保证用电质量与用电安全。

参考文献：

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