高层建筑电气设计中低压供配电系统可靠性研究

文/刘欣 广州市科城建筑设计有限公司 广东广州 510000

1、变配电房位置选择

高层建筑用电负荷较大，供电线路长，供电质量要求高，因此变配电房应深入负荷中心，以尽量减少供电线路长度，保证供电质量可靠，一般来说变配电房的供电半径不应超越250 米，且不应贴临多尘、水雾、潮湿等容易影响配电房电气设备的场所，同时应尽可能将其设置于建筑首层，以防止地下室淹水致使配电房无法使用，另外对于超大型高层建筑来说，集中设置变配电房可能使供电线路过长且负荷集中不利于供电的可靠性，这时可分散设置变配电房，每个变配电房单独负责某一区域的用电负荷，即减少了低压供电线路的长度又能防止某一区域供电故障影响其他区域用电，保证了整个项目的供电可靠性。

2、备用电源选择

根据《民用建筑电气设计规范》的定义，高层建筑的最高负荷等级为一级或者二级，故除常规电源外需要另外设置备用电源来保证停电时或发生火灾时一、二级负荷的供电。常用备用电源的设置一般有三种形式，即柴油发电机、EPS电池组、备用高压回路。柴油发电机组作为备用电源，与市电组成热备用系统，当检测到主变压器失电时，在15 秒内启动并向负载提供电源，采用柴油发电机作为备用电源具有可靠性高，维护方便，使用成本低等优点，建议一般情况下优先选用。当因某些条件限制不能设置柴油发电机同时建筑规模较小一二级负荷也不大的情况下，也可使用EPS 电池柜作为备用电源，市电与EPS 电池柜组成双路电源，当市电断电时，通过ATS 双电源切换开关切换到EPS 电池供电，这种方式的缺点在于电池组维护不方便，成本较高。还有另外一种备用电源即利用10kV 高压作为备用电源,此种方式由市政引入两路高压回路，通过各自母线配出两条线路通过ATS 双电源切换开关向负载供电，当其中一路高压出现故障，立即切换至另一路电源，这种方式的优点在于可靠性高，缺点在于需受市政条件限制，且成本较高。在实际工程中应结合项目的具体情况合理选择备用电源的种类，以提高配电系统的可靠性。

3、低压配电系统

高层建筑电力需求大，在设计配电系统时应准确统计各负荷容量，合理选择变压器容量，使变压器的长期工作负载率不应大于85%，单台变压器容量不大于1250KVA，同时还应保证三相负荷中每相负荷应尽量平衡，减少对配电系统的冲击。在设计低压配电出线时，其回路数量众多，负荷种类复杂，合理划分各回路的接线也十分重要，以笔者参与过的某商业综合体为例，其消防负荷、非消防负荷主供回路分别接至同一变压器的不同母线段，两段母线之间设置防火隔断，非消防负荷中一二级负荷主供回路集中设置在母线一端，其他三级负荷回路设置在母线另一端，备供回路同样将消防负荷与非消防负荷回路分别接至不同母线段，母线之间设置防火隔断。这种接线结构一目了然，即方便管理又提高了配电的可靠性。

低压竖向干线系统应采用放射式及树干式相结合的方式使变压器二次侧至用电设备的低压配电级数不超过三级。将照明、动力、空调、消防等不同性质的负荷分别由低压柜引出配电线路，对于容量较大或比较重要的负荷如消防负荷，应以放射式配电，对于其他一般性负荷可用树干式配电，将不同层的一般性负荷接入同一根配电线路中。这样当末端某一比较重要的负荷出现故障时可以不影响其他重要负荷的运行，而末端一般性负荷断电并不影响高层建筑的重要功能，采用树干式配电也节约了电缆，更经济合理。

要保证供电可靠性还应重视配电线路的过负荷及短路保护，当线路产生过负荷或者短路时，保护电器应能够及时动作，保护供电线路和供电设备的安全，但是对于突然断电比过负荷造成损失更大的线路，该线路的过负荷保护应作用于信号而不是切断电路。另外选择保护电器时应当注意保护电器间的选择性，比较重要的负荷如消防负荷建议选用带选择性的保护电器，一般负荷可采用无选择性的保护电器，这样当线路末端出线故障时，能尽可能将故障断电范围控制在最小，保证其他区域不受影响提高了供电可靠性。

4、线路选择

因为普通电缆的绝缘保护套中含有卤素，发生火灾时容易释放出大量的卤酸气体，这种气体带有强烈的腐蚀性，会加剧火势蔓延，阻碍了消防人员的救援工作。所以高层建筑应选用低烟无卤型电缆，并应尽量将电缆敷设在封闭的电井内，当消防供电电缆与非消防供电电缆同时敷设在同一管沟内时，消防供电电缆还应选择矿物绝缘型，当消防供电电缆明敷设在电井以外区域时，应采用防火线槽敷设并在防火线槽外刷防火涂料以保证消防供电电缆在火灾时仍旧能够坚持一定供电时间，保障消防设备的正常运行为人员逃生争取时间。

5、设备选择与安装

选择供配电设备时，应选用具有国家级检测中心的检测合格证书（3C 认证）的产品且必须符合国家法规和现行相关标准并经检验或认证合格，供电设备在潮湿爆炸等场所安装时，还应注意选用防潮、防爆型。

此外，设备安装时应尽量避免潮湿、多尘或其他不利的环境，例如高层建筑的地下车库中，经常会有消防配电箱安装在车库的墙壁上，如果发生火灾，喷淋系统首先启动，这种情况下消防配电箱容易被淋水致使配电箱线路短路，致使消防排烟等设备无法启动。因此，建议地下车库中设置配电间，将重要配电箱设置于其中，就可有效避免此类问题发生。

总结：

综上所述，在高层建筑中，供配电系统的安全可靠性十分重要，对建筑功能的正常使用以及建筑安全性具有重要作用。因此，在高层建筑供配电设计中，应从实际情况出发，对供配电方案、备用电源、供电线路等逐一分析，选择合理的设计参数保障高层建筑供配电系统的可靠性。