高层建筑电气工程供配电系统设计分析

霍延明

【摘 要】在现代高层建筑规模不断扩大的趋势下，人们对于高层建筑供电设计的要求也越来越高。配电系统作为电力系统的基本组成部分，是现代建筑建设中的基础设施。配电系统主要由用电设备、配电线路及配电装置组成，其设计质量的好坏将直接关系着高层建筑的供电质量和功能使用。因此，加强有关高层建筑配电系统设计的分析，对于改善配电系统设计水平具有重要的现实意义。

【关键词】建筑工程；电气供配电系统；节能设计

引言：

随着经济的蓬勃发展，能源消耗与日俱增，随之而来的能源问题也越来越突出。而建筑能耗在社会能源消耗中占有很大的比例，为了降低电力能源消耗，缓解能源紧张的问题，加强建筑供配电设计中的节能技术水平尤为重要。在供配电设计中，要加强电力设计的节能应用，促进我国电力行业的持续发展。

一、概述

城市在不断发展过程中出现了速度越来越快的情况，而且，在施工项目数量方面也出现了越来越多的情况，这样就使得城市在发展过程中出现了很多的高层建筑，这些建筑的出现对城市发展有一定的影响，因此，在进行高层建筑电气设计工作的时候一定要非常认真，对设计方案要进行反复的推敲，这样在功效方面能够得到保证，同时也满足了社会发展对高层建筑的各项需求，从而更好地促进社会的发展。和高层建筑物电气相关的用电设施种类很多。

室内、楼梯以及安全通道的照明都是电器照明设施；运货电梯以及载客电梯等设施；生活以及消防水泵等排水设施；冷却塔风机与水机组制冷设施；引风设施以及鼓风等锅炉设施；排风设施、冰箱等厨房设施；空调中的送风、回风、风机管盘等送电设施；正压、排烟风机等消防设施。除此之外，高层建筑的使用功能不一样所需的电量也不一样，但是总的来讲需要的电量都很大，还有高层建筑中的消防、客梯、应急等用电都要有自己单独的电源。

高层建筑电气进行设计，首先需要考虑的就是电力负荷，如果不对其进行科学而又客观的计算和估计，那么其精确程度将严重影响到超高层建筑中设备的使用安全。而在进行电力负荷计算的时候，需要采用负荷密度法或是需要系数法对其进行计算，这样得到的数据更加真实，从而为超高层的电气设计奠定良好的基础。此外，在电气设计时，为了保障建筑供电的可靠性以及安全性，必须提供两个或是两个以上的供电电源，这样才能保证供电的需求。供电电源需要当地的供电部门提供一些必要的支持，这样才能保证供电能力。在进行供电时，需要保证两个供电电源同时供电，将彼此都作为备用电源。

二、供配电系统设计的合理性

1、电容量的调查和估计

电气节能的基础来自于合理的供配电系统，供电方案的合理性取决于企业对用电量的预测。在设计供配电系统中，对企业的用电模式控制极其严格，很多企业的供配电系统在投入使用不久后，就可能因为大量用电设备的增加而难以满足需求，从而进行扩容改造，导致资源的浪费。因此设计供配电系统中，就要做好充分的调研工作，对提供的数据进行仔细的分析估算。如果这项工作不到位，那么无论任何节能技术方法，使用任何节能产品都无法做到真正的节能。

2、科学设计企业内部配电系统

对于企业建筑而言，配电系统的合理性同等重要。企业建筑内配电设计要减少配电级数和设计科学的配电路径。配电级数的数量不但造成上下级配合复杂，还会增加元器件的数量，而增加故障上升率，并且会使配线电缆的放大。线缆的加长以及供电质量的问题都与配电路径是否合理有关。配电路径的不科学主要原因是配电间不合理的位置所致，所以在设计企业内部配电系统时，要及时优化其位置，否则难以发挥节能的效果。

三、电气供配电系统节能设计

1、高层建筑的配电变压器的节能选型设计

在实际工作中，为了实现变压器的节能目的，需要对投资与年耗电量等诸多因素进行综合性考虑。通过实践我们知道，经济合理的配电变压器，在选型和设计时要根据配电变压器的投资回收年限来最终确定具体型号。一般采用变压器投资费用价差和年耗电的电费价差来获取。对于配电变压器节能优化选型，需要依据高层建筑所需的实际电负荷要求，通常要稍高于变压器最佳负荷来选择型号。达到变压器负荷率保持在70%左右具有最高的经济性。选择相应型号时，需要首选空载损耗与负载损耗等方面较小的节能型变压器。例如：在选择315kVA的l0kV配电变压器时，一般选择S13节能型配电变压器，这种变压器与传统变压器对比可以大大降低负责损耗与空载损耗。对于配电变压器的优化选型设计，通常首选三角形的立体卷铁芯高效节能经济型配电变压器，这种变压器已开始逐步取代常规插片式高能耗的配电变压器。该变压器可以很好地提高建筑供配电系统的电能转换效率，还可以有效降低配电变压器运行能耗。此外，还能够延长配电变压器的使用寿命。

2、高层建筑照明系统的优化节能设计

在荧光灯与高强度气体放电灯进行优化与选型设计中需要满足GB50034-2004《建筑照明设计标准》中的相关技术规定。同时，需严格控制照明系统的相关节能指标。通常在高层建筑照明系统中采用智能化自动控制系统。一旦将智能化控制系统和高层建筑照明性能有效结合，就可大幅提高系统的照明质量，有效的提高照明的人性化服務水平。同时，智能照明系统能有效根据具体环境中的温湿度与自然光照情况，通过科学分析后制定出节能效果明显的控制方案。从而使照明系统的控制更为准确、更加精细。并且能够很好地提高建筑照明系统电能转换效率最终实现节能设计目标。

3、合理选择配电变压器容量与台数

为了保证在设计时选择的配电变压器在使用期内能够预留适当的容量，综合考虑损耗、投资费用等方面因素的影响后，推荐变压器的设计负载率在75%-85%较为适宜，这样不仅能够获得较高的经济性，同时又能确保变压器的容量能够满足后期一定程度的扩容需求，增加其使用寿命和技术经济性。在配电变压器经济调度方案优化节能设计过程时，应结合负荷特性合理分配用电负荷、合理计算优选配电变压器容量与台数，即通过科学合理的调控设计方案，使配电变压器能够长时间运行在高效工况，有效降低变压器运行总损耗。为了降低供配电网络的电能损耗，达到最佳节能降耗效果，对于2台及以上配电变压器共同联合运行时，应根据系统负荷波动情况建立联合经济调度运行模式。当配电负荷率低于30%时，应根据实际运行负荷需求切换到小容量变压器；当负荷率超过80%并通过设计计算不利于经济调度运行时，则在容量选择过程中需要考虑放大一级容量来进行节能设计。当建筑电气系统运行负荷功率较为稳定时，在合理分配负荷的情况下，应尽可能减少变压器的设计台数，应优先选择大容量、节能型配电变压器。如建筑电气系统计算负荷在2000kV·A左右时，宜优先选择2台1000kV·A的变压器，不宜选4台500kV·A的变压器，这样一方面便于两台变压器并联进行经济调度运行，另一方面，前者总运行损耗要比后者低，且其成本和运行经济效益较后者要优。

4、高层建筑中电机拖动系统的节能设计

通常，电机拖动系统产生的能耗占所有电器能耗90%以上。并且多数拖动系统电能转换利用效率很低。实现节能降耗可以在电机拖动系统中多做文章。一般对于200kW以下选择低压电机可以大大降低投资。而355kW或者以上功率的电机必须选择高压电。而在200～355kW范围之间的，需要综合考虑技术、投资与运行节能的经济性等诸多因素。最终确定更为节能的电机实际功率。这就需要结合建筑电机拖动系统具体情况，选用适用的变频调速与软启动等先进控制方案。做到对电机拖动系统控制模式的科学优化设计，最终实现该系统运行的高效与节能。

结束语：

随着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别是大城市得到迅速发展，在进行高层建筑电气设计工作的时候一定要非常认真，对设计方案要进行反复的推敲，其负荷容量计算是否准确，供电电源选择及变配电所布置是否合理，供配电系统是否经济，运行是否能保持稳定、安全等方面，将决定其最终成果的优劣。这样才能在功效方面能够得到保证，同时也满足了社会发展对高层建筑的各项需求。

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