超高层建筑供配电系统的可靠性分析

摘要：超高层建筑结构跨度大、布局复杂，所担负的功能也越来越多元化，各种用电设备为超高层建筑的供配电系统带来了巨大挑战。文章从超高层建筑的结构布局出发，分析了影响超高层建筑供配电系统可靠性的因素，最后从设备、电路设计以及管理各方面提出了提高超高层建筑供配电系统可靠性的措施。

关键词：超高层建筑；供配电系统；影响因素；可靠性；用电设备 文献标识码：A

中图分类号：TU972 文章编号：1009-2374（2017）10-0170-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.10.085

根据我国建筑行业的标准，建筑高度大于100米的民用建筑称为超高层建筑。目前，随着城市化的进程，无论是住宅还是公共建筑的超高层建筑结构跨度越来越大，布局越来越复杂，所担负的功能也越来越多元化，各种新型的用电设备为超高层建筑的供配电系统带来了巨大挑战。为了保证超高层建筑的安全性和使用功能性，必须有一套系统化、自动化、可靠性高的供配电系统来保障超高层建筑的安全正常运作，以此确保各方生命财产安全。因此，对于超高层建筑中的强电和弱电，都需要从电气防火的安全可靠性上给予足够的重视，通过不断优化改进供配电技术方案，提高超高层建筑供配电系统的可靠性，避免电气事故的发生。

1 超高层建筑的结构布局特点

1.1 结构复杂

随着我国建筑科学设计和施工技术水平的不断发展和提高，满足城市化进程中土地紧缺等问题，城市建筑快速向更高、跨度更大、复杂布局的立体空间式发展。超高层建筑的纵深拓展跨度大，为了满足其多元化的需求，其立体空间越来越复杂，各种水、电、暖通等管线错综复杂，对供配电系统设计提出了更高的要求。

1.2 功能多样

纵深向发展的超高层建筑通过空间结构多元化来满足超高层的用户对于各种功能的使用，诸如停车场、地上的裙房以及其他配套设施，这些功能多样化的用电设备在方便用户的同时也对电力系统提出了更高的要求。因此这对供配电系统的安全稳定性带来了巨大的挑战，在设计时除了要满足用户生活、工作用电的可靠稳定性，还要保证各种用电功能设施的安全性。

1.3 用电设备多元

如今各种用电设备不断更新，用电产品层出不穷，电力设备丰富多元，比如电力储备、照明、暖通等已经成为超高层建筑主要的电力设施。在满足这些设备需要的同时，对超高层建筑电力系统的结构设计安全性提出更高的要求，在未来用电设备的多元化将进一步发展，这是超高层建筑电力系统稳定可靠性永远的课题。

2 影响超高层建筑供配电可靠性的因素

2.1 供电电源布置

超高层建筑的设计电源要基于建筑用电器总设计用电确定，不同使用功用的建筑对电源的负荷等级分类以及用电单元的布置方式不同，当设计的供电电源电压小于实际需求容易诱发电源火灾。尤其是那些特定的超高层建筑综合体如果电源设计不恰当，没有针对其特殊性设置应急电源，很容易因为电力中断而导致较大财产经济损失。

2.2 自动化保安电源的稳定性

自动切换的保安电源能够保证供电的稳妥性，其特点在于超高层建筑电力系统从间断到联通无需人为操作便能够实现自动化，因此节约了电源开关的复位时间，保证了整个供电系统的稳定输出。系统的自动切换装置通过开关两侧的电压值来分析是否开启，满足电力切换的及时且能避免因为电源断电时间过长所带来的风险，因此自动化保安电源的稳定性也直接影响建筑供配电系统的可靠性。

2.3 供电系统中的连接设备的可靠性

供电系统的连接设备涉及线缆与相关配套设备，其科学合理的供电线路决定了超高层建筑后续的电流容量的空间。在建筑建设期到运营整个生命周期，建筑的实际负荷存在一定的变化，要对整个超高层建筑生命周期用电考虑，在进行电力设计要充分考虑电流的热量效应，防止因为电阻热导致线路熔断，因此连接设备线路与设备的冗余可靠性也决定了供配电的可靠性。

2.4 接地方式

安全的接地方式是供电系统安全稳定运行的基础，超高层建筑因为其结构复杂性和功能的多元化对接地系统提出了较高的要求，其设计往往复杂。设计时要整合工作与保护接地系统，接地系统整体接地电阻设计值要达到超高层建筑结构要求，进而才能满足增强供电系统要求。

2.5 配变电所设备

超高层建筑变电所的设备容易受到环境的影响，空气中水汽或潮气会对变电所的设备有一定的腐蚀，加快设备的老化进而降低可靠性。配电装置的绝缘等级与电力系统的匹配度，相邻带电装置的不同的额定电压均对配电设备动、热稳定有影响。

3 提高超高层建筑供配电可靠性的措施

3.1 做好负荷分级

根据中断供电所造成的影响程度来对建筑各种负荷进行分级，主要分为一级（还包括一级负荷中特别重要的负荷）、二级、三级。为了保证建筑供电系统的可靠性，除互为备用的2组电源供电设计以外，还需增加应急电源进而满足对于特别重要负荷提供连续性、可靠性。2组电源能实现对发生变压故障或线路损坏时电能的及时恢复进而减少中断时间或损失。

3.2 合理布置供电电源

超高层建筑的电源设计要根据建筑用电的实际性质决定，不同功用的建筑主体设置不同的电源的布置方式，保证供电电源容量不小于实际需求以避免电源火灾的发生。对于存在大量一、二级负荷的超高层建筑，要设置互不影响、互为备用的两路电源，而对于商场等某些特定的超高层建筑综合体还应该增设应急电源，避免电力中断造成不必要的损失。

超高层建筑的日常能够有效使用的电源数量至少要有两个，不同的电源应设置不同的路由线路，专线电源通过上级变电站或开关站放射式供电。电源电压等级根据实际需要选择，有10kV、20kV、35kV或110kV多种级别供电方式，当上一级电源发生故障而断电时，能保证二级供电。超高层建筑，另外还要设置备用的紧急柴油发电机作为应急电源。常见的低压配电系统有两种：一种是单母线分段+二段应急母线。分段的单母线提供两路市电，中间设联络断路器，应急母线段两段应急母线用于应急负荷和备用负荷供电；另一种是单母线分段+一段应急母线两路模式，其中市电采用分段的单母线供电，中间设联络断路器，一般只有一段應急母线段，负责应急负荷和备用负荷。

3.3 提高保安电源的自动化程度

为了提升超高层建筑用电的可靠性与安全性，往往设置能够自动切换的保安电源来确保供电的稳妥性，当工作电源一旦发生故障系统会自动切换到备用电源上，保安电源能够在超高层建筑失去电力供应时提供建筑基本的用电功能，进而确保超高层建筑基本功能的正常运行。

3.4 选择可靠的连接设备

超高层建筑从建设期到施工直至最后运营管理的整个生命周期，不同阶段的使用功能都可能發生变化。对于前期超高层建筑的电力消耗主要考虑电流的热量效应，尤其是电荷过载导致的线路熔断等风险，因此要根据建筑不同使用功用和不同阶段的荷载，配置相关配套线路，做好线路连接设备的冗余设计，保证供配电可靠性和稳定性。供电系统的连接设备主要包括线缆与相关配套设备，实现做好超高层建筑供电线路的合理设计；其次是要选择满足要求的导线，充分满足超高层建筑后续的电流容量，并要增加一定发展。超高层建筑中消防设备供电干线的设计和选材，消防供电的分支干线应采用矿物绝缘具有一定耐火强度的电缆，降低矿物绝缘暴露电缆的长度，端部做好溅水防治措施，提高电缆的配电柜（箱）和用电设备接线盒的防护等级。

3.5 安全接地

超高层建筑因为结构的复杂给接地系统带来了一定的难度，而安全接地是提高供电系统安全稳定性的基础，超高层建筑因为其结构复杂性和功能的多元化对接地系统提出了较高的要求，其设计往往复杂。设计时要从工作接地与保护接地上来实现对建筑系统接地的整合，接地系统整体阻力设计值要达到超高层建筑结构要求，进而才能满足增强供电系统要求。

3.6 合理设置配变电所

超高层建筑变电所要尽量选择干式气体绝缘变压器且靠近电源，周围环境要通风、干燥，避免潮湿影响变电所设备的可靠性。在配电装置的绝缘等级方面要与电力系统的相关规定符合，对于不同额定电压的相邻带电装置要根据较高额定电压的安全净距来设置，导体与电气设备的最高工作电压设计与安装要高于回路最高运行电压。

4 结语

超高层建筑因为其结构功用的复杂性给供配电系统带来了巨大难度，增加了影响电力系统供配电可靠性的因素，需要从负荷分级、电源布置、连接设备等方面综合考虑，科学设计，合理配置，在满足超高层建筑供配电安全的前提下提高系统的稳定可靠性。

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作者简介：史鸿钊（1983-），男，湖北麻城人，中煤科工集团重庆设计研究院有限公司工程师，研究方向：建筑电气。

（责任编辑：小 燕）