结合案例谈高层建筑供配电系统设计应用
【摘要】在高层建筑工程中，因受到多方面因素的限制，配电方案的合理性、灵活性、经济性、实用性等优点不可能同时兼备。本文笔者结合多年的工作经验，针对高层建筑供配电系统设计进行探讨，提出个人见解供参考。
【关键词】高层建筑,供配电,系统设计
0前言
伴随着社会的发展，城市现代化进程的推进速度越来越快，高层建筑在我国各城市特是大城市得到迅速发展，但它给人们特别是设计人员带来了许多问题，如供配电设计.其与一般低层建筑的供配电设计有着很大的不同.高层建筑供配电系统是有许多特点的。我们只要在设计、安装工作注意这些特点并采取有效的对策，对于高层建筑的整体质量必将起到有益的作用。总之，在满足相应设计规范，实现预定功能的前提下，电气设计师对同一或同类建筑可能做出多种配电方案，各方案的特点会有所不同。
1高层建筑对供配电系统的要求
高层建筑供配电系统的设计，是高层建筑电气设计的重要组成部分，合理与否会影响整个建筑使用功能及安全。由于现代高层建筑通常是集办公、娱乐、商业等功能于一身，具有多元化功能，同时与消防、空调、给排水等专业以及与现代化管理手段相配套的设备也相当多，因此在对高层建筑进行供配电系统设计师应根据其本身性质、规模，明确建筑相关电力负荷等级，并结合当地的供电网的实际情况，才能确定高层建筑供电电源的电压等级、电源回路数、专线电源还是公用电源以及是否设置自备电源等。
1.1保证供电电源的高度可靠性
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。而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。
1.2电源转换的时间性和方式
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的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常见的高层建筑供配电系统
2.1双电源各自独立的系统
这种系统适用于一类高层建筑物，要求外部2个电源各自是独立的，以满足一类高层建筑对消防负荷的要求。该系统自变压器低压端出线后，即把消防及非消防负荷通过自动开关分开，消防及非消防负荷由各自母线分段供电。一旦火灾发生，自动切断非消防电源，保证对消防负荷可靠供电。
2.2备有应急发电机组的系统
在高层建筑采用的具有应急发电机组的供电系统，具有较高的可靠性。但是，有的文献也有不同意见，认为这种结线虽然做到了消防负荷在末级切换，但由电网供电至切换箱的2路配电线路中任一回路出现故障时，因外电源未停，备用应急发电机并不会自动启动，消防负荷仍将断电：当发电机出线回路故障时，虽然发电机已经启动送电，但仍然无法保证故障回路的负荷用电。
3高层建筑供电系统设计
3.1负荷等级的确定和各级负荷容量的计算
负荷等级的确定应按有关规范进行，一般情况下，高层建筑负荷等级也可按以下确定：一级负荷包括疏散楼梯、消防电梯前室及地下室的应急照明、消防水泵、排烟风机、消防电梯等：二级负荷包括部分客梯电力、生活泵电力：三级负荷包括一、二级负荷以外的其他用电负荷。根据负荷用途的不同，将用电负荷划分为商业用电和住宅用电。由于商业用电与住宅用电的计费标准不同，—般分别设置商业变配电房与住宅变配电房。
商业用电包括商铺用电、售楼部和会所用电、地下室照明、动力用电及其他商业用途的负荷，其供电由商业变配电房提供;住宅用电包括住宅相关的照明、动力等的用电，其供电由住宅变配电房提供。确定建筑总用电计算负荷的方法主要有负荷密度法、单位容量法和需用系数法，通常习惯使用负荷密度法和单位容量法对高层建筑用电负荷进行计算。对于普通商铺的负荷计算，经常使用负荷密度法，即采用单位面积的用电负荷容量(取整)作为单间商铺的预留负荷，并据此与其他商业负荷通过计算，得到总的商业用电负荷。商铺负荷密度的取值会因为商铺的经营特点及所处的地区面有所不同，普通商铺一般按100～150W/m2计算，如商铺的负荷可以确定，则应按实际负荷计算，各类设备负荷的需要系数及功率因数见技术手册的相关章节。
对于住宅的负荷计算，一般使用单位容量法也称单位指标法，即根据商住楼的住户数来确定容量的计算方法。住宅用电负荷需要系数的选取可参见技术手册的相关章节，同时应该细致地分析当地供电部门所提供的统计数据，对应工程实际情况，做出合理、经济的选择。
若进行负荷计算时，没有充分考虑用电负荷的特点，需要系数选取过大，造成变压器容量选型过大，投资增加，资源浪费，经济性差：需要系数选取过小，又造成变压器容量选型过小，用电高峰时，变压器负载率过高，既降低了配电系统的安全性。又缩短了设备的使用寿命。
3.2供电电源及电压
供配电系统设计中，为保证供电系统的合理性，要求根据负荷级别采取相应的供电措施。各级负荷的供电电源应满足设计规范的相关规定。对高层建筑来说一般没有特别重要负荷，且一级负荷容量较小，因此采用两路市政电源供电或一路市政电源加应急发电机组供电均可满足要求，而后者在工程应用中较为常见。供电电源采用一路独立的10kv高压电源，由市政区域变配电站引入至小区首层开关房。低压配电电压采用380/220V，设置柴油发电机，以确保消防设备用电。当投资方对某些用电负荷有特殊的供电要求时，也可由柴油发电机组提供保障。
3.3变配电所的布置
一般应根据负荷容量、负荷分布以及建筑物功能分区的实际情况，与相关专业协调确定变配电所的位置以及数量。变压器容量应根据计算容量选择，变压器的负荷率一般取70%～85%。低压线路的供电半径一般不宜超过200m。当供电容量超过500kw，供电距离超过200m时，宜考虑增设变配电所。只要条件许可，变配电所的位置应尽量靠近负荷中心，有利于简化配电系统，有利于增强系统的稳定性与安全性，同时也有利于减少线缆的使用量，降低因线路造成的电能损耗。由于首层空间的商业价值比较高，一般高层建筑的变配电所设于负一层，便于通过地下停车库的车道运输变配电设备。
3.4商业低压供电系统结线型式及运行方式
对于高层建筑其商业低压供电系统结线型式及运行方式一般做如下设计：高压系统采用一路10kv高压进线，结线型式采用单母线运行方式;变压器低压段采用单母线分段结线型式，每台变压器对应接段母线。母线段之间采用母联开关联络，正常情况下各段母线分列单独运行;母联开关打开，当其中一台变压器故障退出运行时，母联开关手动合上由同组的另一台变压器保证部分重要负荷的侠电;当故障的变压器恢复供电后，母联开关自动打开，恢复正常运行方式。母联开关与进线开关应具有电气联锁功能并加机械联锁，以防止电源倒送。变压器低压侧设置应急母线段。由正常电源与备用柴油发电机电源经
双电源切换开关向该母线段供电，以保证应急情况下一级负荷的供电双电源切换开关设有电气和机械联锁，防止发生向市电反供，消防负荷均采用双回路供电，在末端配电箱切换。
3.5机房与机电设施的配合
在进行方案设计或初步设计时，设备工种将根据大厦的功能，按国家规范及主管部门的要求提出各种设施的设备用房要求，建筑师应根据这些要求在相应的平面中予以保证，在规划这些设备用房时，最重要的是解决配电设备用房的位置、面积、要求层高，并与建筑师及结构工程师密切合作方能设计出合理、实用、经济的机房平面布局。
4高层建筑配电系统设计
供电电压为380/220v，一般按地采用TN—S系统，当某楼为立建筑物，电源由其他建筑物引来时，接地采用TN—C—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，配电层间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。
5 结语
因此，设计人员必须根据高层建筑的特点并结合当地供电系统的实际情况为其构建安全可靠、技术先进、经济合理的供配电系统，这对高层建筑的可靠运行是很有必要的。我们可以在设计工作中认真总结，广泛交流，统筹兼顾，扬长避短，力求做到最优。
参考文献
[1]金建中，高层建筑电气设计中低压供配电系统安全性分析探讨[J].
[2]隋杨，高层建筑供配电设计方案的比较[J].