超高层建筑供配电系统设计

王海鹏

摘要：随着我国经济的快速发展，超高层标志性建筑不断涌现，并逐渐演变为衡量城市现代化水平和经济发展水平的重要标志。与普通高层建筑相比，超高层建筑功能更多，总用电负荷容量更大，供电距离更长，其供配电系统也相应更为复杂。超高层建筑供配电系统方案的确定是一个综合性的设计过程，其中如何确定高压系统的结构、设置配电所、选择应急电源的电压等级尤为重要。基于此，本文就超高层建筑供配电系统设计进行详细探究。

关键词：超高层建筑;供配电系统;设计

1 引言

由于超高层建筑的复杂性和笨重性，对电气设备的要求比低层建筑更为严格。高层电气设备分析包括给排水系统、火灾报警系统、监控系统、制冷采暖系统、通风系统、电梯等。而且随着建筑业的不断发展和人们需求的不断增加，建筑功能更加完善，建筑结构更加复杂，这在一定程度上给超高层建筑的电气设备带来了一定的压力，对高层建筑供电系统的稳定高效运行提出了严峻的挑战。

2 超高层建筑电气系统特点

（1）高功耗。由于超高层建筑的承载力和承载力大于普通高层和低层建筑，因此其用电负荷和用电量也相对较大，功耗更为明显。电力消耗的增加增加了建筑物的电力负荷。为了满足高层建筑的用电需求，有必要加强低压配电系统的设计。（2）对供电可靠性提出了更高的要求。高层建筑的住户比低层建筑的住户多，因此对电力的需求远大于低层建筑。为保证高层建筑用电的稳定性和安全性，主要采用一次负荷和二次负荷。一次负荷需要配备两套独立的供电系统，以确保即使一个系统出现问题，另一个系统也可以代替它继续工作，以确保高层建筑各种功能的稳定运行。

3 超高层建筑供配电系统设计问题

与设計图纸性质相似的供电方案设计也反映了实际工程建设中的一些问题。由于供电环节和设施涉及内容广泛，对设计方案有很多要求。在相关工作人员进行供电方案的设计时，如若没有对每一步的设计内容进行反复核实与计算设计，将对整个工程结果质量带来不利影响。而进行供电设施的建设工作时，开发商也会做出相应干预，如若其对供电设计方案进行变更，致使方案设计不符实际及相关规定要求，将会造成设施建设存在一定的安全隐患，后续工作也难以进行交接，给供电企业带来巨大的经济乃至名誉损失。除此之外，个别负责供电方案设计的工作人员缺乏思想认知的专业性，在设计中以自己主观经验为主，反而拒绝现实考量，导致供电方案的设计不符合要求，直接导致设施建设作业无法正常进行;除了上述已经提到的现象外，还可能会出现施工人员利用自身经验随意开展工作，不以供电方案设计为指导的现象发生，其违背了电气工程建设的相关行为规范，还会对整个电气工程带来质量上的不良影响;无论何种情况，都会最终导致建设单位出现施工以及成品的质量问题，影响供电企业的持续健康发展。

4 超高层建筑供配电系统设计

4.1 变压器选择

变压器在供配电系统的运行中起着关键作用，也是节能设计的重点。其原因是变压器直接影响电力系统的功耗和电流、电压的有效切换。这要求在变压器选择时，要对节约能源作深入的考量，通过使用规定变压器型号来实现控制其有用功率消耗量的目标。为实现这一目标，在变压器选择时要对以下原则作充分的考量：（1）铜材料在变压器运行中发挥着重要的作用，出于节能考虑，要有效提升铜材料的应用频率。就近年来的变压器设计来看，通过在电线电柜中使用硅材料来代替铜材料，可以实现两方面的目的，一是可以确保变压器在空载运行过程中有很好的运行效率，二是可以最大限度减少变压器运行过程中的能耗，以此来实现节约能源的目的。（2）目前来看，市面上的变压器类型较多，在选择时会有一定的难度，为此要始终秉承选用节能型的变压器这一原则。待正式投入使用后，要做好维修保养工作，并在使用一段时间后及时更换，这对确保变压器功能有重要的意义。（3）变压器设计时要考虑采用一些单相自动补偿设备，原因在于通过单相自动补偿设备可以有效确保流动的三相电的电流处于平衡状态，可以最大限度减少变压器自身所承受的消耗。

4.2 节能设计

超高层建筑电气节能设计的核心部分是供配电系统的设计。结合建筑物的实际情况，合理规划建设项目的荷载指标，这些指标的制定应严格按照不压缩、不浪费的原则进行。同时，供配电系统涉及到供电设备的安装部署、规格型号的选择等，其综合配置要具有一定的合理性，在满足系统功能的同时达到节能的效果。对于供配电系统节能设计，还需要综合考虑建筑物中的配电房、开闭所等，一般需要根据不同类型建筑物的用电指标对整个建筑物进行负荷用电量的估算。在设计阶段需要重点明确项目建设中有没有用电量较大的设备，如消防水泵、厨房设备、建筑声、光、电设备等。如果有的话就需要对其用电量进行单独核算，避免电力的过度浪费，也需要保证各种用电设备的合理配置，避免存在漏项问题，确保估算用电量接近实际用电负荷。如果出现建筑物与配电房之间供电距离较远的情况，需要合理控制电压损失，其控制方式有增大导线截面积等。

4.3 动力系统设计

动力设备是超高层建筑必须安装的系统。耗电系统一般用于加热、制冷等方面。这些功能会导致大量的功耗，所以超高层建筑节能设计也要注意控制动力系统的资源损耗，相关设计人员可以从以下几方面降低在动力系统方面的能源损耗。（1）紧跟时代潮流， 使用高效能的电动机进行系统设计，从设备方面实现能源的节约，在节能的情况下增加其运行效率。（2）设立合理科学的补偿机制，实现电机的循环使用，促进电机的可持续发展，实现电机资源的节约。（3）大功率电动机可采用软启动装置。消防用电动机选用星三角启动装置，实现电动机的平滑启动，降低启动电流，避免启动过流跳闸。（4）优化动力设备控制系统，采用先进技术，实现动力设备的自动化控制，既减少了人力资源的投入，还能使动力设备更精确地工作。

4.4 消防配电设计

超高层建筑发生火灾时，可使用消防器材。供电设备的设计主要是通过设计相应的供电电路来稳定消防系统的运行，在消防配电设计中起着重要的作用。消防设备包括消火栓泵、自动喷淋设备、防火卷帘等，这些设备都会在火灾时自动开启，供电设备的存在能为这些设备提供电源，一旦供电设备发生问题，就会影响设备的使用，导致设备断电，无法有效控制火灾的蔓延，造成一定的安全隐患。在选择供电设备之前，应当分析建筑电气设计的实际情况，根据建筑电气的实际情况确定相应的供电方法，确保消防供电系统设计的合理性。供电设备的选择会影响消防配电设备的运行，因此在设计上应当慎重，明确在消防配电设计中是否存在共用消防设备电源的情况，如果有这一状况，则要安装能够相互切换的电源装置;如果并未设置共用消防设备电源，则要根据实际情况设计分离的两组电源装置，并做好配电箱的设计工作，便于在发生危急问题时能迅速发现并通过手工完成电源之间的切换。

5 结束语

综上所述，在我国超高层建筑的发展过程中，供配电系统的设计及相关可靠性研究是非常重要和最基本的内容。因此，我国高层建筑内部电气设备十分笨重，其施工过程也十分困难，过度的电力消耗也是问题之一。因此，在电气设计过程中，要逐步改善其运行环境，确保电力系统的安全运行，完善与电气设备相关的功能，加快电力行业的发展。

参考文献：

[1] 孔嵩. 超高层建筑电气设计关键技术解析[J] . 建筑电气， 2015， 34（ 5） ： 39-44.

[2] 李柄华. 超高层建筑电气设计要点[J] . 智能建筑电气技术， 2011， 5（ 4） ： 9-19.