民用高层建筑供配电系统电气设计研究

郑申平 山西四建集团有限公司山西太原

1 前言

在当前社会背景下，城市中逐年出现了众多民用高层建筑，而随着一栋栋“摩天大楼”的拔地而起，民用高层建筑的设计问题也越来越受到了社会各界的广泛关注。在民用高层建筑设计中，供配电系统电气设计不但是重点，而且同样是难点，只有把握好供配电系统电气设计原则和要点，有针对性地解决常见故障问题，才能够切实保障建筑供电质量和安全。

2 民用高层建筑供配电系统电气设计需遵循的原则

2.1 可靠性原则

由于民用高层建筑中用电人数多、人员分布密集，所以在民用高层建筑供配电系统电气设计中必须要遵循可靠性原则，通过科学分析建筑实际用电负荷等级来进行合理规划，以保证建筑中的供配电系统，无论处于任何情况的运行模式下，均能够有效提供持续稳定的电力保障。

2.2 简洁性原则

由于民用高层建筑中的电气设备及管线使用量较多，并且电气设备的日常运行和维护工作量也非常大，所以在民用高层建筑供配电系统电气设计中必须要遵循简洁性原则，尽可能地减少无用设备，以提高操作的方便性与简易性，并便于故障排查和处理。

2.3 安全性原则

用电安全问题是人们所最关心的一项问题，所以在民用高层建筑供配电系统电气设计中必须要遵循安全性原则，时时刻刻绷紧“安全”这根弦，不漏放任何安全问题，做好各项安全细节优化，并加强日常检修维护，以切实保障供电安全。

3 民用高层建筑供配电系统电气设计的要点

3.1 电力负荷计算

一旦发生了电力负荷事故，则可能会产生不可预估的损失。民用高层建筑供配电系统的电力负荷通常分为三个等级，在实际电气设计中，需根据相关规范并结合建筑的特点、性质、规模及实际供电状况来合理确定电力负荷等级，同时还要合理确定电力等级和电源回路数、合理设置自备电源。正常情况下，可采取两个各自独立的电源，用于实现一级负荷供电，其中一个负责持续供电。如果电力负荷非常重要的话，则应提前考虑到可能会出现的各种故障问题，另外专门设置有效的应急电源，一般是采用独立的发电机组，且要确保应急电源的设置符合电网实际条件。针对二级负荷来说，如果它发生了变压器的故障，或是发生了线路的故障，则无论处于何种情况下，都要及时进行恢复。

3.2 供电电压设计

在具体的供配电系统电气设计中，供电电压设计的合理性与否，直接关系着供电是否稳定。影响供电电压的因素有很多，包括电力负荷、供电线路回路数、供电距离等，均会对供电电压产生不同程度的影响。在民用高层建筑中，一般其供配电系统都没有特别重要的电力负荷，电源使用10kv 高压电源即可，低压配电电压则采用柴油发电机组。

3.3 高压配电系统设计

对于民用高层建筑中的供配电系统电气设计而言，高压配电系统设计是一项关键问题。一般情况下，多是采用单母线分段式的设计方案，目的是有效保障线路的使用和切换，并使线路互相成为对方的备用设备，提高电力系统保障。

3.4 变压器设计

变压器乃是重点部分，为保障变压器的运行安全性，并持续稳定地运行，在它的设计中应充分考虑到实际运行条件，同时还要尽量减少能源消耗。在具体的变压器选择中，应选择低能耗且高效的变压器，尽可能地将负荷率的最佳状态控制在70～85%范围内。同时，还应尽量减少变压器的使用数量，以降低成本。

3.5 低压配电系统设计

所谓低压配电系统，是指一种根据用户需求，同时根据配电系统标准行为的基础，再次进行开发的智能配电系统。低压配电系统的最主要功能与作用是分配电力。低压配电系统中主要包括变电所、高压配电线路、配电变压器、低压配电线路、相关控制保护设备等几个部分。其中，变电所的主要功能与作用，是将原本的电网输电中的电压，有效地转变为所需的配电电压；配电变压器的主要功能与作用，是根据具体的实际需要，合理地进行配电电压调整；相关控制保护设备的主要功能与作用，是进行控制保护。总体来说，其优势和价值主要在于三点：一是具有较高的自动化程度，二是具有较强的专业性，三是具有较好的性能。

3.6 低压断路器设计

民用高层建筑供配电系统需要依靠低压断路器来实现电气保护作用，所以必须要重视低压断路器的设计，不断优化和改进其功能，保障安全性与可靠性。与传统的保险丝、闸刀等相比，它可以起到更加有效、更加全面的保护作用。一些情况下，在空气开关中本身是安装有相应的失压保护装置的，这样一来，电压一旦发生异常降低，则必须切除掉不重要的用户，期间低压断路器可以发挥出自动启动失压保护功能。如果根据电源种类对低压断路器进行分类的话，可分为直流电路的低压断路器和交流电路的低压断路器；如果根据结构类型对低压断路器进行分类的话，则可分为封闭式的低压断路器和框架式的低压断路器。在实际设计中，应结合实际情况，合理选择不同类型的低压断路器。

4 民用高层建筑供配电系统电气故障及解决对策

4.1 电气故障

4.1.1 漏电故障

如果线路本身的绝缘能力不太好的话，就会导致一些电流流过情况的出现，这即是漏电故障。由于当线路处于正常运行的状态下时，导线与导线之间或是导线与大地之间会存在电容，所以漏电不可避免。通常情况下，若电气线路是在正常地运行的话，那么当其不慎发生了漏电问题时，漏电流的幅值并不大，且是沿线路均匀分布的，对线路的绝缘破坏性几乎可以忽略掉；但若受一些因素的影响导致线路失去了良好的绝缘性能的话，则一旦与大地之间发生了直接的接触，就极有可能会引起非正常漏电故障，甚至还可能会因此而引起电火花。

4.1.2 短路故障

短路问题是指线路的不同电势的两点发生直接接触的情况，这种情况下的电流通常幅值都很大，易造成温度剧烈升高，并将导线附近的易燃物引燃，从而酿成较大的建筑电气火灾事故。

4.1.3 过负荷故障

过负荷指的是原本在电气线路中正常流过的电流，突然幅值超过了正常的范围，即高于了安全量。一般来说，不同的导线存在不同的内阻，且通常情况下其内阻都是有限的，所以当电流出现过大问题时，即会因过负荷情况而引起线路发热，严重者还可能会产生火花，造成绝缘失效，引起建筑电气火灾。导线的发热量同电流的大小是成正比的，超过负荷越多则线路发热越严重。

4.1.4 接触电阻过大故障

接触电阻过大是一项比较常见的故障问题，在正常的情况下，无论是线路与线路相互之间连接的地方，还是线路与开关相互之间连接的地方，均是处于良好结合状态的；但若其中出现了接触不良现象的话，则会引起一些较大的接触电阻，且接触电阻超限还会进一步导致在电流流过时产生大量的热，从而引起金属和绝缘层故障，乃至引发建筑电气火灾。

4.2 解决对策

4.2.1 加强供电线路安全设计

先全面了解建筑实际情况，明确实际情况和所处环境，再进行合理的供电线路设计，避免线路腐蚀等问题的发生。注意必须要使用符合国家相关标准的材料和设备，并严格按照国家标准进行线路布置。

4.2.2 加强配电方案安全设计

可在民用高层建筑中采用2 台以上变压器，并在此之外，再额外配备专门的柴油发电机组1台，这样做的目的是保障供电能够持续稳定以及用电能够安全高效。一般情况下，对于柴油发电机组而言，它都是具有特定启动条件限制的，当全部进电线路均发生断电后它才会开始进行工作，且会在短短的10s 时间内，十分快速地完成启动任务，有效发挥出备用电源的作用。

4.2.3 加强电气箱体安全设计

电气箱体宜设置在建筑的现浇墙体上，如果建筑本身属于预制装配式建筑，需要将电气箱体设置在预制墙体上的话，那么则需要对预制墙体进行加强。其次，两个箱体之间的距离不宜过近，并且在设计中需要与建筑专业进行配合，确保满足隔声、防火等方面的要求。由于在箱体位置的叠合板块处，经常会出现一些管线交叉问题，所以在设计中应想办法分流管线，并适当优化局部设计方案，例如在配电箱、弱电箱等部位采用现浇楼板。再者，需把握好箱体结构设计，配电箱在运行过程中易受各种内外部因素影响导致温度过高，从而影响到很多元器件的正常运行，所以应设法提升配电箱的散热性能。此外，在地下车库中，也应有效设置专门的配电间，这样做是为了避免当配电箱不慎发生了火灾时，影响到其他区域的配电箱。

4.2.4 加强接地保护安全设计

为切实保障民用高层建筑供配电系统的供电安全，应加强接地保护安全设计。一般情况下，需在建筑设施中设置相应的接地保护装置（故障点自动切断装置），从而给整体电气运行提供可靠保障。另外在设计中还要根据实际情况合理选择接地保护系统，如IT系统、TT系统或者TN系统等。

5 结束语

综上所述，在民用高层建筑供配电系统电气设计中，需在遵循可靠性、简洁性及安全性原则的前提下，充分结合实际情况，重点考虑电力负荷计算、供电电压设计、高压配电系统设计、变压器设计、低压配电系统设计及低压断路器设计等问题，并加强供电线路、配电方案、电气箱体、接地保护等方面的安全设计，从而最大限度地保障建筑供电质量和安全。