浅谈高层建筑高低压供配电系统的设计及应用

王延昌

摘 要：笔者结合实际工作经验对高层建筑高低压供配电系统的设计及应用进行探讨研究。高层建筑的高低压配电系统是一项复杂工程，它不仅关系到市民的生命安全与财产安全，也与市民的平时生活紧密相连。因此供配电系统设计要全面，在设计中一定要以安全第一为首要原则，同时也不能忽视供电效率，以减少不必要的电能浪费。

关键词：高层建筑；高低压；供配电系统；

引言

20 世纪 80 年代开始，我国经济快速发展，城市化进程也逐渐加快，城市在不断发展

与扩张，诸多相关问题也日益突出。城市化的出现导致大量农村人口进入城市，房屋建筑从中高层转向高层化发展是必然的趋势。在这样的趋势下，高层建筑对供配电系统提出了更高的要求，设计出既安全又实用的高低压配电系统成为重中之重。为达到这样的目标，设计师需要对楼房的特点、用电设备的品质以及楼房外部条件进行多方面考虑，这样才能设计出一个既合理又经济实用的供配电系统。将从高低压供配电系统的各方面来探讨如何设计出完善的高层建筑高低压供配电系统。

1 高层建筑供配电系统的设计内容

在对高层建筑的供配电系统进行设计之前，有两个方面要明确，一是计算用电负荷，二是确定用电负荷的等级。用电负荷的计算是选择供电系统、电气设备、变压器容量、仪表量程以及导线截面的重要根据。就目前的发展水平来看，我国还没有诞生一套十分完整准确且权威的用电负荷计算方法，所以在实际设计中，采用的计算方法常是單位容量法与需要系数法。比如计算相同类型建筑的用电负荷大小可以根据已投入使用的高层建筑电负荷大小和变压器容量来进行适当估算。一般楼层较高所需要的用电量累计下来也就较多，所以用电负荷也比较大，在确定用电负荷等级的时候就要对其进行区分对待。一般一级用电负荷都是有两个电源来对其进行供电，一个正常使用，一个备用，这样其中一个电源出现故障的时候，另外一个能够在最短的时间内快速取代故障电源，并解决断电问题。下面将从高低两个供配电系统方面来分析高层建筑的供配电系统。

1.1 低压配电系统

低压配电系统主要是由配电变电所、高低压配电线路、配电变压器以及其他控制设备组成。在高层建筑中经常使用的配电方式有树干式、链式、放射式和混合式四种主要形式。其中混合式配电方式使用最多，也是最适合高层建筑配电使用。

（1）树干式

顾名思义就是利用一条主干线将各个分配电箱与总电线互相连接起来的配电方式。这种配电方式的优点十分明显，投资建设使用的成本较低，而且施工建设十分方便。不过不足之处也是十分显著，比如一点配电主干线出现问题，受到断电影响的范围十分大。所以树干式的配电方式一般在对供电可靠性不高的场所使用，其用电负荷比较平均，电源设备容量也不大。

（2）链式

链式与树干式有点类似，就是在一条主供电线路上连接多个分配电箱或用电设备，这种供电方式因为线路上缺少分支点，所以投资成本不高，对电缆线路的铺设十分适合。不过当出现供电故障的时候，对线路进行检修时要对所有的用电设备进行停电，所以供电的可靠性相对较差，一般适合可靠性要求不高的小容量用电设备。

（3）放射式

放射式是由总配电箱直接将电供给分配电箱的方式。这种分配方式由于是各个负荷单独受电，所以一旦发生断电故障的时候，不会对其他分配电箱设备产生影响，因此其供电的可靠性相对较高，而且在实施过程中比较容易集中控制，不过不足之处就是线路太多，系统的灵活性不高。放射式分配方式适合于设备容量十分大，需要集中控制电源的场合。

1.2 高压供电系统

（1）高压供电方案

高层建筑因其楼层较高，使用的供电负荷也就相对较大，一般供电高压都在 10 kV 左右，所以高压供电方案采用三种形式，即环形双回路供电、双侧双回路供电和单侧双回路供电。每一种配电方案都有其优缺点，环形双回路供电的投资成本在三者中最大，但获得的供电可靠性也是最高的。双侧双回路供电拥有两个同时供电的电源，所以供电可靠性居中。单侧双回路供电投资成本最低，供电可靠性也最差。因此在确定高压供电方案的时候会根据不同投资成本来选择相对应适合的供电方式。

（2）高压主接线

高压主接线会根据高压电源供电方式的不同而不同。比如当两个高压电源同时对其供电时，采取的高压主接线方式就是单母线分段，不过不会对母联设置开关。这种方式由于结构十分简单，所以需要的设备也比较少，投资成本不高。不过其供电的灵活性与可靠性都相对较差，在出现故障对母线进行检修时需要将所有用户断电。而两路的高压电源一个使用一个备用时，采用的方式也是单母线不分段，虽然此方式线路比较简单，投资成本也不高，但是较灵活。

2 高层建筑对配电系统的需求

（1）提高供电电源的可靠性

高层建筑的建造成本比其他建筑要高，而且人员十分集中，所以供电是否可靠直接与企业运行、工作人员与设备安全紧密相关。特别是当高层建筑出现火灾的时候，所有人员以及消防人员都要利用建筑物内本身拥有的消防设施来进行灭火、疏散人员和物资。一般建筑内的消防设施都与电有关，大部分设备都需要电来供应，所以拥有一个可靠性十分高的电源相当重要，否则无法在最短的时间内报警、灭火还有快速疏散人群与物资，对控制火势蔓延也不利，会造成严重的经济损失与人员伤亡。所以为了保障高层建筑中消防设备的正常供电，要合理确定电力负荷的等级，从而提高供电可靠性。

（2）电源转换的时间性和方式

一般能够提供两个相互独立电源的高层建筑，按照规定基本上已经满足一级与二级负荷的要求，不过这个要求针对的也只是一般的高层建筑，对那些十分重要的高层建筑或者超高层建筑，其内部设置的供电负荷就要考虑一个电源正常使用出现故障后，备用电源又不能够正常使用的严重情况。这种情况下就要设置应急柴油发电机组，让其作为备用应急电源。而对那些只能提供一路电源的高层建筑，更要将柴油发电机组作为第二供电电源。这个时候的发电机组不再是应急电源，而是作为备用电源来使用。

3 提高高层建筑供配电技术的措施

（1）不同负荷等级的电源保障

正常情况下，一级负荷是要有两个相互独立的电源进行电力支持的，而二级负荷需要一个到两个专用回路来提供电力，而且为了让一级负荷的供电不停，最好要启用用于应急的柴油发电机组。对一些不同寻常的设备，比如事故照明灯或者计算机中心等地，需要设置蓄电池，确保电源出现故障时能够不间断供电。为了预防可能出现的情况，比如房屋倒塌、地震等，也需要设置可用于随时充电且相互独立的干电池应急灯群，这样才能够保证高层建筑中的相关操作人员能够尽快安全撤离。

（2）采用安全的接地方式

高层建筑供配电系统的安全系数与接地方式有很大关系，想要保障供配电系统的安全就要采用安全的接地方式。我国目前的高层建筑是将电气设备的工作接地与保护接地混在一起，组成一个使用方便的接地系统。一般接地电阻需要高于国家标准 4 Ω，这样才能够以高层建筑基础钢筋下的自然接地电阻为基础，将人工接地方式设置好，形成一个完整的高层建筑接地网，这样做对高层建筑供配电系统的可靠性有很大提高。

（3）选择合适的变 （ 配 ） 电所位置

确定高层建筑的配电所位置要进行综合考虑，进行设计时要考虑如下原则。

1）要和负荷中心和电源侧接近，设备吊装运输要方便。

2）不能将配电所的位置设置在会发生剧烈震动的地方。

3）不能将其设置在会经常积水地方的正下方，比如厕所、浴室下方。

4）绝对不适合将配电所设置在具有腐蚀性与会常出现尘雾的地方。

配电所的位置要避开这些地点，要选择通风与散热都十分良好的场所。

4 结束语

时代不断发展，我国的高层建筑也在不断增多，人们对高层建筑中的供配电系统也越来越关注，如果供配电系统设计不完善，那么高层建筑中的消防设施也就存在隐患，但高层建筑的结构复杂，用电容量与供电负荷的性质都十分鲜明，所以在进行供配电系统设计时要先不断深入研究，这样综合各方面资料与研究结果，将高层建筑中的高低压供配电系统设计更加完善，从而提高高层建筑供电可靠性，减少断电带来的经济损失。