民用高层建筑供配电系统电气设计要点探讨

维谛技术有限公司西安分公司 李伟光

城市化进程提升了土地价格，为优化成本配置，民用建筑进一步提高了建筑的实际高度，为保证建筑在正常使用过程中拥有稳定安全的供电系统，除在系统的安全和可靠性方面进行重视和研究外，还要在使用功能方面定制完善设计方案。由于高层建筑在使用电力系统时涉及大量电器设备的使用问题，因此，要保持实际用电负荷等级的合理性，确保电力能源的安全使用。

民用高层建筑在设计供配电系统的过程中，需要在保持建筑定量供应能力的基础上，按照设计原则规划系统设置方案，保持电力系统的正常稳定运行，同时维护运行环境的绝对安全。因此在针对照明系统和变电器进行设计时，要注意结合使用需求与供电负荷情况完成选择，从而保障稳定电力供应效果和安全控制作用，满足高层民用建筑的实际规划要求。

1 设计原则

可靠性。由于高层民用建筑具有大量人群的密集特点，所以在对供配电系统开展合理设计时，需重点分析系统在运行过程中的安全性和供应能力，另外还要对实际用电负荷等级进行正确分析，确保为供配电系统的正常运行和电力供应能力提供必要保障。

简洁性。由于这类建筑在使用电力能源的过程中，涉及大量不同种类的电气设备，所以在配电系统的线路设计方面，也要考虑到日常应用和维护期间的运行效果。线路的设计应保持简单清楚，可在维修或更换的过程中清晰辨认线路的实际连接情况。尽量避免使用大量电气设备产生系统运行压力，保持线路的易操作性，可在故障问题的排查和处理工作中简化操作的复杂程度，及时排除问题情况，尽快恢复电力的正常供应能力。

安全性。在电力设备和功能需要满足建筑的日常使用情况下，须保证系统的安全运行状态，为操作人员提供安全的工作环境，同时还应该在电气设备的运营过程中起到一定安全维护效果，防止出现各种安全问题引发危险事故。

节约效果。在进行设计时需注意使用节能措施进行配合，有助于提高建筑的实际使用功能和经济效果，在设计过程中除需证满足建筑物的正常使用功能外，还应该在设计系数的选择方面进行合理把握。通过合理选用设备基本型号并使用节能环保材料的方式，在减少供电配电系统的建设资源后，通过科学控制设计方案的合理程度，可有效降低电能的损耗问题，对电能经济的合理使用情况起到一定控制作用[1]。

2 供配电系统设计内容

应急发电机供电系统。在民用高层建筑中能起到一定安全保障作用，在进行大量实践后可确定，一旦供电系统出现故障的问题无法正常供应电力时，会立刻进行反应使用应急发电机进行供电。这一系统在设置使用后可满足要求较高的系统使用要求，通常可控制在15秒内启动进行供电。如线路中出现的故障问题位置在切换箱中的配电线路、而外部线路运行良好的情况下，则不会使被动电源进入启动状态。

不间断电源供电系统。在供配电系统的设计过程中也要考虑到建筑的主体高度问题，因此为保证系统的正常运行安全，还要注意消防设计是否符合工程实际安全使用要求。大部分工程建筑在进行线路设计时，会采用发电机平台或不间断的电源控制系统，而不间断电源控制系统在设置时为了提高安全与使用效益，会在消防负荷中进行适当添加。不仅能在可持续供电系统中使用，还能在容许几毫秒电源暂停时间的控制系统中使用。

双电源独立系统。这一系统在使用的过程中，外部建筑电源需在达到建筑整体消防要求的情况下，始终保持独立的应用状态，这种系统可在供电中断时间较长的系统中运用，通过开关可在消防负荷和非消防负荷中进行有效区分。通过自身母线可进行分段式供电，一旦出现火灾事故，可为保证安全性利用自身的自动切断功能，停止非消防电源的正常供应，保证消防负荷供电功能的正常运作和安全性[2]。

3 设计要点

3.1 确保变压器的选择合理性

供电力分配控制系统的设计工作，在一般民用工程建筑中也一定要保证其供电能力，在运行过程中，需保持良好安全性和稳定性，其实规避可能产生的低供电风险问题。在使用变压器时，由于这一电力设备可在使用过程中发挥重要使用价值，起到一定调节电压的作用，所以在选择配电变压器时应结合建筑的实际使用需求，并认真分析相关使用年限等参数确定最终选择型号。

一般在选定机型时，都必须事先对变压器的投入价差和年后电量电费差做出测算，还须在选型过程中注意到怎样提高节电环保效益，以适应市场多元化供电负荷要求的情况下，还要尽量减少能源消耗浪费问题，保持良好的环保效果。所以在具体选择型号时需结合实际情况，并控制在合理造价成本范围内，选择具有节能减耗效果与空载、负载损耗低的节能型产品[3]。

3.2 照明系统的设计

照明系统的设计问题，同时也是建筑与供配电系统中的重要内容，直接关系着人类的生活质量与便捷性。如存在设计方案的合理性问题，建筑的照明系统就会在使用的过程中可能出现大量能源损耗。在设计方案时需要严格规范的以节能指标开展工作，结合智能化设计理念和创新设计方法完成方案规划，不但可提升照明系统的实际使用效果，还可结合人性化的特点，进一步提升人们的居住舒适程度。

3.3 电机拖动系统设计

电机拖动系统在建筑中所使用的电能消耗量庞大，经过大概计算能在总能耗的消耗占比中超过90%。在现代化城市发展过程中为追求节能效果，应重点针对这一系统的运行效率和消耗问题进行分析。目前电机拖动系统在出现电能转化率较低的情况下，缺少循环利用设计提升节能效果，可在规划设计时适当增加资金投入，比如选择电机时增加200～355kW 的设备数量。同时还要对推动系统进行更加细致地研究分析工作，以保证系统在实际运营过程中展现一定节能效果[4]。

3.4 配电站与变电站设计

由于高层建筑和一般建筑对电气设备的使用需求方面存在区别，所以会在设计中采取不同的定制方案完成配置工作。在配电站和变电站的设计工作开展时，需首先考虑各方面因素的影响和使用需求，在供电半径和低压配电线路的选择方面进行重视，通过合理分析建筑实际使用需求，再依照实际情况选择相应的规格类型。在设计过程中，建筑的高度也会影响到设计方案的规划复杂程度，通常为保证系统的正常运作效果，在数量设置方面需考虑建筑高度是否超过设计要求标准，通常高度以100m 作为分界线。

此外，还须在设计过程中特别注意配电站与变电所的设置状况，也需确保作为电力系统运行负荷的承载中心具备安全运作效果。一般建筑在对电力系统进行规划时，会把高压配电室的设置地点预留到建筑物底层部位。在配电站和变电所的地点选择方面，可结合实际情况，如较高层建筑在满足一定要求的情况下，可在避难层预留设置空间[5]。

3.5 高低压配电系统

目前所使用的高低压配电系统设计方案中，为保证系统的整体运行效果不错，可选择两路10kV的电源进行使用，但在实际设计方面须保证线路形式的科学规划程度，须处于安全稳定的运行情况下才可落实设计。高压配电可使用单母线分段连接的方式，能够在系统运行和自主切换的过程中保持安全性，对自主切换可能产生的危险性起到一定预防作用。现阶段民用高层建筑在施工时所使用的插接式母线槽，在实际使用效果方面还需进行优化改进，容易在配电系统进行规划设计时提高工作难度。

3.6 防雷接地

目前所常见的防雷措施和防雷技术种类繁多，但目前市面上出现的大部分防雷技术还存在更多争议，在没有得到专业理论支持的情况下，无法保证其使用效果可达到良好程度。在民用高层建筑所可使用的有效措施中，可利用金属接地管作为引导装置，利用剪力墙和地面连接的方式减少雷击影响。通过将多余电流引导到地下释放的方式，对建筑本身和内部电气设备的运行情况提供安全保障。另外还可在建筑物顶部相应位置，使用避雷针等相关设施进行布置安装，起到避免雷击影响的效果。

3.7 消防设计

建筑电气防火设计在开展过程中，需注意消防应急照明及疏散指示系统等多项设计情况，在设计时要结合建筑的内部结构空间，在保持合理布局的情况下选择应急照明系统的布置方式。在灯具形式的布设与控制形式等方面，都应以在建筑物内部定制的疏散指挥方案为基础并加以选择，才能在出现紧急情况或火灾事故时，为人群提供必要的照明和疏散指引作用。

火灾自动报警控制系统的设置与安装，涉及到各种火灾检测器和自动报警按钮等设备，可直接对建筑物内的安全状况实施监控，如果发现火灾早期特征时能发挥报警功能，并还能够迅速传达消息，及时利用消防联动控制器的启动，发出报警信号并提示人群迅速撤离。在联合消防联动设备的正常启动情况下，可在疏散和救援速度方面起到一定保障作用，减免危险问题的出现概率。

在现代科技技术的高速发展下，还能配备较为完善的消防电源监测系统达到有效监管效果，可在对电源进行现场监测的过程中，及时发现问题情况并报警。防火门的监测装置数量也应进行合理增加，以能在火灾发生时通过有效控制并发挥保护功能，以防止出现火势的迅速扩散和对人员的伤害损失，同时能对人类的生命财产安全发挥一定保障功能，以控制火灾发生时的波及范围。电气火灾监控系统的增设，可在使用剩余电流探测器时进行自动检测，对可能出现的漏电现象进行预警，有效抑制火灾隐患情况的发生[6]。

3.8 对网络系统进行优化

供配电系统可从三方面进行优化提升：首先可从中压供配电方面加以优化，即在电网构建方法的选择过程中，利用双环网能在满足一定安全标准的情况下，对各中低压配电价格系统的独立性提供正常保护效果，但同时应注重对设备装接情况进行合理规划，避免出现设计问题和容量问题；其次，也可在确保供配电能力得到基础保障的情况下，确保够供电与变电网的构建合理性，在对电压进行明确区分后，选择将应供电模式，可在电网系统的正常运行过程中保证平稳运行状态，减少短路以及断路问题的出现；最后，还必须在对高压电网的设计优化方面有所注意，即在设备进行合理设计时要确保电网具有简化效果，以保证各种电器设备的正常工作状态。

3.9 供电线路的设计

供电电源须在保持安全可靠的基础上承担电力负荷的使用压力，在供电线路进行规划设计时，应按照建筑物的性质特点和用电设备等方面特点，在设计方案中保持科学合理的敷设效果。在设计时应尽量减少出现污染物或外部热源等干扰因素，保证供配电系统在设置后处在洁净安全的空间内，预防出现损伤等问题影响到电力的正常供应。另外，建筑物自身所可能出现的伸缩、沉降等问题，也可能会在供配电系统中造成故障问题及损害，需在设计方案中进行综合考量后完成布局设计。

综上，建筑供配电系统的设计工作在开展时，须将建筑规模及电力供应等方面因素进行全面调查，以掌握信息数据作为设计工作的开展依据，另外在设计过程中也要考虑到建筑的实际使用需求，保证电力系统在成功构建后，可完全满足建筑的运行电量使用压力。在优化设计方案时，应保证以安全可靠的工作开展原则，尽量满足居住人群的用电消耗量。