高层建筑供配电系统设计黄敏德

高层建筑供配电系统设计黄敏德

黄敏德

广东欧姆龙电力工程有限公司广东南海528244

【摘要】随着我国经济的发展，我国高楼不断的崛起，作为设计技术工作人员在对高层建筑进行设计时，必须根据高层建筑工程的特点，以及结合供配电系统的实际情况出发，对其供电安全可靠性以及经济合理性的供配电系统设计方案来进行处理，有助提高我国高层建筑安全可靠运行的问题，仅供同仁参考。

【关键词】高层建筑；供配电；系统设计

1.高层建筑对供配电系统设计的要求

（1）供电电源可靠性的稳定性

高层建筑造价高，人员集中，供电的可靠性将直接关系到企业的运作和人员设备的安全。高层建筑发生火灾时，主要是利用建筑物自身的消防设施进行灭火和疏散人员、物资。建筑物的消防设施一般来说都离不开电。因此，如果没有可靠的电源，就不能及时地报警、灭火，不能有效地疏散人员、物资和控制火势的蔓延，势必造成严重的损失。因此，合理的确定电力负荷等级，保障高层建筑消防用电设备的供电可靠性是非常重要的。

如今国内一些高层建筑许多都采用两路独立电源配电系统的结构方式，可以采用放射式、树干式或混合式。楼层供电，互为备用，10kV电压进线，设备用柴油发电机，如下图1所示。当取得两路独立电源有困难时，则允许采用一路专用线供电再用柴油发电机，如下图2所示。有条件也可由近处取得一路低压电源备用。

但为了防止电网停电，发电机无法启动，必须设置UPS电源作为计算机房事故照明，疏散指示等一级负荷的需要。高层建筑供配电系统第二个特点是高压深入负荷中心，变压器进楼（有的设在建筑物毗邻的变电所中），这样可以节省大量电线、电缆，使工程造价降低。根据负荷分配的不同情况确定变电所的位置，可将变电所分别设置在楼的底层和顶层。我国多设在地下室或底层。高层建筑供配电系统另一个特点是要求电器设备能防止火灾，保证安全。因此一般不采用油浸式变压器，而多采用干式变压器和环氧树脂浇筑式变压器。后者具有防潮、防火、噪声小、易搬运等优点。断路器也不采用油断路器，而多采用真空断路器或气体绝缘断路器。高压开关柜均采用手车式结构。它的体积小、维修方便、迅速。目前，组合式变电所正在迅速发展，它有结构紧凑，维修方便，安装工期短等显优点，越来越被高层建筑所青睐。低压配电系统也是高层建筑供配电设计的重要内容。低压配电系统的结构方式，可以采用放射式、树干式或混合式。楼层配电多以混合式为主；而且均采用插接式绝缘母线槽沿竖井垂直敷设。水平干线多采用全塑电缆与竖井母线连接，下面图3为4种典型的低压配电系统。

其中a方案，b方案，c方案3种为混合式配电系统。每根干线对一个供电配电，可靠性比较高。其中b方案比a方案增加一条共用的回路（虚线）提高了可靠性。d方案适用于楼层多，负荷大的高层建筑（大树干式），维修方便。c方案比a方案，b方案增加一个中间配电箱。各分层配电箱的前端都有总的保护装置，提高了配电的可靠性。我们常用的配电干线的材料有铝排，铜排，铜芯电缆和装配式母线等。

（2）电源转换的方式以及时间

为了对电网能够提供两个独立电源的高层建筑，按规定已经满足了一、二级负荷的要求，但是对于特别重要的高层建筑（如超高层建筑）其内部含有特别重要负荷，应考虑电源系统检修或故障时，另一电源系统又发生故障的严重情况，此时，一般应设柴油发电机组做应急电源。对电网只能提供一路电源的高层建筑，应设柴油发电机组提供第二电源。此时发电机组是作为备用电源使用，而不仅仅是应急用。为了保证发生火灾时各项求救工作的顺利进行，消防用电设施两个电源的切换方式，应急发电设备的启动方式都是消防供电系统应给予考虑的问题。其中两个电源转换的时间能否满足消防设施的要求很重要。

2.高层建筑供配电系统设计

（1）供电电压的选择和配置

供电电压为380／220V，一般接地采用TN—s系统，当某楼为独立建筑物，电源由其他建筑物引来时，接地采用T—CI—s系统。低压配电采用树干式和放射式混合配电，地下室负荷较大，从低压配电房采用放射式配电，从低压配电房到地上各层配电箱采用树干式配电，从层问配电箱至负荷采用放射式配电；大容量干线采用封闭式母线槽，小容量干线采用铜芯塑料电缆；垂直部分沿电缆井敷设，水平部分采用金属桥架或金属线槽敷设，支干线及支线采用阻燃或难燃塑料绝缘导线，放射式采用阻燃或难燃铜芯电缆。一般动力、照明由低压配电柜正常电源母线段供电，火灾应急照明、消防电梯、消防水泵、防排烟风机及消防中心等一级负荷采用双回路供电，并在线路末端配电箱处自动切换，一回路引自应急电源母线段，另一回路引自正常电源母线段，双回路电源切换柜为自投自复，设电气和机械联锁

（2）变电所位置的确定

现代高层建筑的用电量相当大，在确定变电所位置时，应尽可能使高压深入负荷中心。这对节约电能，提高供电质量都有重要意义。

（3）防雷与接地

现代高层建筑的防雷设计，采用避雷针和避雷带的做法简单可靠、经济合算。但必须保证各层楼面钢筋、金属管道与该层用作引下线的柱筋有可靠的连接，形成等电位层。现代高层建筑都是采用钢筋混凝土剪力墙，与楼板的连接是十分可靠的。关键是做好金属管线的接地。现代高层建筑的防雷接地、电气设备的保护接地和工作接地，都是合在一起的，组成混合接地系统。接地电阻按最小的要求而定，通常是在4欧以下。利用建筑物的钢筋混凝土基础作接地板。尽管基础钢筋等自然接地体已能满足接地电阻的要求，仍需要装设水平的人工接地体，将主要的建筑物基础连接成接地网，这对均衡电位，提高安全性都有好处。

（4）主要设备的选型

1、高压开关柜。现代高层建筑的变配电室设在主楼地下层，按规定不宜采用油开关。国外用于高层建筑的开关有三种类型可供选用：高压空气断路器，SF6开关和真空断路器。其中高压空气断路器因技术陈旧，SF6开关尺寸数大，气体具有毒性，故目前10kV真空断路器应用的较为普遍。因此，应根据高层建筑地下室的标准，选用具有“五防”功能的真空开关手车式高压开关柜。

2、电力变压器。根据防火要求，主楼内是不允许装设大容量的油浸电力变压器的。目前有干式变压器、SFe变压器和硅油变压器等三种产品可供选用。

3、低压配电屏。国外低压配电屏的结构，几乎都做成抽屉式，特别是大容量的出线，则做成手车式。

4、应急备用发电机组。过去大多是采用柴油发电机组做应急备用电源的。近年国外高层建筑已开始采用燃汽轮发电机。这种发电机具有体积小、重量轻、反应速度快，故障率低等优点。应急备用发电机组必须是快速自起动的。一般应能在15s内恢复供电。从可靠性出发最好选用两台，自动并车。容量较小时也可选用一台。

3.总结：

总之，在对高层建筑供配电系统进行设计时，其负荷容量计算是否准确，供电电源选择及变配电所布置是否合理，供配电系统是否经济，运行是否能保持稳定、安全等方面，将决定其最终成果的优劣。

参考文献：

[1]陈众励，赵济安，赵民杰.建筑电气节能技术综述[J].低压电器，2007（4）：l25.

[2]任元会.提高认识，实施标准，推进建筑照明节能[J].建筑电气，2005（2）：152l8.

[3]GB50054—1995低压配电设计规范[M].