针对高层建筑供配电技术方案及其可靠性分析

梁子剑（中铁二院重庆勘察设计研究院有限责任公司，重庆 400023）

针对高层建筑供配电技术方案及其可靠性分析

梁子剑
（中铁二院重庆勘察设计研究院有限责任公司，重庆 400023）

摘 要：高层建筑在近些年来大量出现基于两个原因，其一是城市社会经济建设已经达到了一定高度；其二是城市中土地及其他资源的日益匮乏，就是在这两种矛盾下，我国城市建筑逐渐在向高层发展。但是，直冲云霄的高层建筑也为建筑内的相关配套系统带来了新的难题，其中最为主要的技术难题就是供配电技术。本文主要探讨了高层建筑供配电系统的特点、要求及具体供配电方案设计，并结合应用分析了方案的可靠性。

关键词：高层建筑；供配电技术；方案；电源安全；可靠性

在我国，10层及10层以上，房屋高度超过24m的混凝土结构建筑就被视为是高层建筑。为了保证高层建筑的功能性，一般都配有相当系统化、自动化的电气设施及供配电系统来维持高层建筑的正常运作。所以高层建筑的供配电技术方案不但要合理高效，而且还要考虑到它的可靠性因素。保证包括电梯、照明、通讯、泵房及消防在内的所有重要负荷电气都能得到持续不间断的供电，避免事故发生时的万无一失。

一、高层建筑对供配电系统的需求

（一）基本需求

高层建筑由于建筑空间大、功能复杂且用电设备多，所以它对供配电系统具有供配电可靠性高、持续性强、安全稳定、技术先进、经济合理等高要求。一般来说，高层建筑都是大负荷用电户，所以通常以一级负荷的要求来规划供配电。除了保障建筑内的日常电气设备运行，之所以定级为一级负荷还因为它要承担消防供配电系统、排烟设施、电梯、照明和污水处理等设备的运行，保证建筑在遭遇火灾等大型事故时可以自我救助，也为消防机构在建筑内展开救援提供了良好环境。上述这些电气设备系统都要求供配电系统具有超高的连续性，所以为了避免电源在关键时刻出现问题，高层建筑内都会设计双电源互投供电，以树干式与放射式的配电模式来保障高层建筑的绝对安全。

（二）高层建筑供配电系统的技术需求

作为电力系统的重要组成部分，供配电系统涉及了电力系统中电能的配送和使用两个环节。考虑到供配电系统是直接面向于高层建筑中的使用者及电气设备的，所以必须考虑供配电系统的安全可靠性。

在供配电系统中，功率流动方向一般都是从电源向用户端的单向流动，这就是电能通过降压的分配方式传送给用户的用电设备，产生电能供人使用。目前在我国，供配电系统的电压都在100kV或以下。所以在对供配电系统进行设计时，一定要按照负荷的性质、用电量的大小来安排所供电地区的电力分配情况，结合实际设计方案。而且这种供配电方案的设计要考虑其长久性，使它具备一定的可持续性发展可能性。

二、高层建筑供配电系统的具体设计方案

（一）高层建筑概况

本文选择了某城市一栋21层的高层民宅，它的地下一层为人防地下室，从1-21层均为住宅区域。该建筑所采用的配电电压是10kV的电源通过变压器后升级成的380/220V电压等级，主配电方式为常见的树干式与放射式相结合的供电方式。它的电缆进线则从变配电室开始一直到地下的配电室内，地下配电室设有电缆从架桥敷设一直到竖井，为整栋建筑提供电力。

（二）负荷等级

本高层建筑虽然属于民用建筑，但是用电设备相当齐全，包括了消防设备、应急照明系统、生活水泵、排污泵、消防电梯及民用电梯，在主电路干路方面属于一类负荷。而其它电气设备被定性为三级负荷。整栋高层建筑由市政提供一路10kV的电源作为建筑主要供电电源，而备用电源则采用了应急柴油发电机组。

（三）照明系统供电

1 电压选择

该建筑内的普通照明采用220V额定电压，主要由380/220V三相四线制的方法进行系统供电。考虑到高层建筑内照明网络配电线路可能会较长而造成线路电压损失变大，所以从硬性上规定了照明网络的电压损失不能低于以下各个允许值：首先，每一个照明设备的电压都不能小于额定电压的97%，而屋外及事故照明则不可以小于额定电压的95%。如果不能满足以上条件，也可以通过降低灯端电压到94%Un的方式来调节照明设备，但是必须要按照实际电压水平中的光通量来进行照度计算；其次如果电压处于12V～36V之间，那么照明设备的低压出线的线路电压损失不能大于15%Un。

2 照明供电的方式选择

本建筑使用了一级负荷电源，因为建筑内所应用的是双电源双电路供电模式，所以在对供配电系统进行设计时，必须考虑电力一级负荷与照明一级负荷两方面的负荷功率比较，当两种负荷功率都较大时，就要采用双电路高电压供电；如果都不大，则可以采用一路电源供电，另一路备用的应急发电模式。如果供配电系统中只有照明负荷且没有电力负荷时，就要考虑将蓄电池组作为优先选择的备用电源。

3 照明供电系统负荷计算的方法

为了合理选择照明电器设备，要进行负荷计算。本高层建筑采用了需用系数法进行负荷的用量统计。

式中：Pjs表示系统有功就算功率，KEP选取值为0.8-0.85，而Kxi则表示需用系数。再用二项式法来进一步计算系统电流则得出：

公式中b和c都表示照明设备的二项式系数，Px表示用电设备组中X台大功率设备的总设备附加功率，Pjs表示系统的有功计算功率，Ojs表示系统的无功计算功率，Sjs为系统的视在计算负荷，通过上述公式计算出系统计算电流Ijs。

（四）设计方案流程

该住宅供电的电缆是由变配电室引至地下配电间的，所以整个建筑的照明插座配电箱在每6层中都分配6个回路供电直到18层，而从19～21层为3个回路，这其中每一层的配电箱都采用树干式配电。每条主配电干线又分为六路支线，而且每一个支干线还会连接一层电表箱AW。还因为本建筑采用了主副两路电源，主配变电负责楼层间照明以及配电间照明，而副电则与主电一同负责整个消防系统、地下一层排水泵、排风机和送风机的供电。

三、高层建筑供配电技术的可靠性

（一）高层建筑供电电源及备用电源的配置可靠性

根据我国《高层建筑电气设计规范》中的要求，以及负荷原则上应该提供两路电源进行供电，以备不时之需。而对于一些非常重要的负荷电路，不但要增设应急电源，还要禁止其它负荷接入应急供电系统，必要是要根据各级负荷的实际需求来判定周围地区的供电条件，采用同级电压的供电形式来达到互相备用的效果，提高整体供电的可靠性。

具体来说，高层建筑电路的应急电源在选择上要符合以下要求：首先，可以允许断开供电15s以上，此时选择快速启动备用发电机组；其次，电源自投装置的动作时间必须满足所允许的中断供电时间；第三，允许中断供电时间为毫秒级别的电源供电。实际操作中可以选择蓄电池这种静止型供电装置。

（二）提高高层建筑供配电技术的可靠性方法

为了防止高层建筑所存在的火灾隐患，建筑内应该备用自动切换的安保电源，这种安保电源比传统电源更加稳定且具有以下几个优势。

第一，安保电源的连接与断开完全是自动的，不需要人为操作。在自动化的电源管理方面反映较为灵敏，且一旦电路发生任何异常时都会自动断开电源开关，最大限度的提高供配电系统的可靠性。

第二，安保电源也有两个发电机电源，它也可以在主电源出现故障时自动切换到备用发电机进行持续供电。发电机一般都是由柴油进行发电的，所以可以在高层建筑整体电力完全供应失效的时候维持备用电力，保证建筑中消防系统的功能正常，以保证救援工作顺利展开。

第三，安保电源的开关两侧的电压是进行自动切换的主要依据，它能够为供配电的电压及电流进行量化分析，降低人为预估的误差，并获得最为安全的电源切换保证。

第四，安保电源的的主电源与备用电源是串联连接，所以切换速度更快，这大大增加了电源的实用效果，并且也能一定程度的降低切换电路时存在的风险。

结语

高层建筑在不断发展，其内部的供配电系统设计运用技术也在不断完善。城市的高层建筑在追求高度的同时也要考虑建筑精度，也就是说，它的供电系统是否与它的高层功能相匹配，是否在技术性上已经满足了安全可靠性。所以在未来的电气设计与建筑施工中，还要研究和发现更加可靠的高层建筑电气设计方案，将高层建筑的供配电系统安全可靠性提升到尽可能的高度，从内到外的保证高层建筑质量安全及生命财产安全。

参考文献

[1]张东方，姚锋钢.高层建筑供配电系统的设计[J].科技致富向导，2012（02）. [2]侯慧敏.高层住宅楼电气设计与研究[D].长安大学，2013.

[3] 易明隆.高层建筑供配电技术可靠性研究[J].企业技术开发，2013（1）.

中图分类号：TU97

文献标识码：A