超高层建筑变配电设计要点探讨

萧伟航

（中山市晟峰电力设计有限公司，广东 中山 528400）

变配电系统设计的科学性、合理性直接关系到超高层建筑电气设备的具体使用情况，变配电系统在正常运行过程中经常需要承担较大的电气使用量，为保证超高层建筑内部多种电气设备的使用安全，必须做好对相关电气设计技术的应用，确保变配电系统能够满足绝大多数情况下超高层建筑电气设备的电力资源需求。我国建筑工程项目的建设方法从最初的学习模仿逐步过渡到了当前自主创新、引领行业发展的新阶段，在超高层建筑相关设计上想要保证实际效果，就必须严格按照我国现行规范要求、行业标准以及项目业主对超高层建筑的具体要求开展超高层建筑综合设计。在整个设计过程中，设计人员要高度重视电气设计环节，进而实现对设计方案合理性的有效保障，并为其他地区未来超高层建筑工程电气设计提供一定的参考。

1 超高层建筑设置高区变电站基本条件的分析

超高层建筑与常规建筑不同，为保证超高层建筑的使用安全，应当做好对电气系统的设计，考虑到超高层建筑的特殊性，在对超高层建筑设置高区变电站的过程中，尤其需要做好对变电站位置的思考，明确供电电缆对变电站位置的关键性影响。具体而言，其影响主要体现在供电距离、供电容量两方面内容上。为做好对供电电缆的降压问题的合理化处理，需要通过解决干线降压的方式入手，可以分别采用以下两种方法做好干线降压工作的贯彻落实[1]。

第一，将变压器和低压配电柜都设置在地下室或建筑物底层。该方式主要考虑电缆线路的线径对供电距离的影响，但在该方式下供电距离始终是有极限的。虽然能够通过增加电缆线路线径的方式来提升供电距离，但是随着电缆线路线径的增加，供电距离在达到180m 后几乎不会再继续增长，并且180m 是供电距离的极限，在180m 位置几乎无法保障电力资源供应稳定，一般采用这种方式的建筑不能超过150m，因此超高层建筑很难通过这种方法来解决此类问题[2]。

第二，将变压器设置在地下室或建筑物底层，将低压配电柜设置在建筑物的高层。在这种方法中，主要需要考虑变压器的容量，在变压器容量大于1250KVA时，虽然能够通过加大以及封闭母线规格的方式做好对问题的处理，从而满足超高层建筑物的电力资源供应需求，但是会导致造价成本显著提升，成本投入和后续的具体产出不匹配，很难保障单位在该项工作中的效益，在变压器容量在1000KVA 时采用增加母线的方式则可以在合理控制成本投入的前提下，完成对该项问题的处理。面对超高层建筑高度超过150m、用电容量超过2×1250KVA 的情况，则应在高区设置变电站，满足高区电力资源需求。

2 超高层建筑高区变电站系统设计要点

在我国城市建设不断推进的过程中，超高层建筑的数量也在不断增加，为了更好地满足超高层建筑使用者的多方面需求，必须从建筑设计上提高重视，在设计环节把握超高层建筑使用者的合理需求。基于超高层建筑本身和相关使用人员的电力资源需求，在进行超高层建筑高区变电站系统设计的过程中，需要从以下几个方面考虑设计要点，实现对超高层建筑使用者多方面需求的全面覆盖，从而提供更高质量的电力资源供应，确保超高层建筑变配电系统在实际使用过程中的安全性。

2.1 设计依据

超高层建筑变配电设计主要遵循《施工现场临时用电安全技术规范》（JGJ46-2005）、《建筑安全检查标准》（JGJ59-99）、《供配电系统设计规范》（GB50052-95）、《低压配电设计规范》（GB50054-95）等电气设计相关文件要求，以及超高层建筑综合设计方案、施工现场具体情况和相关单位明确的机械设备计划[3]。

在上述内容的指导下开展超高建筑变配电系统的设计工作，确保电气设计方案能够完全符合标准要求和项目情况，避免因为设计不合理影响到超高层建筑的电力资源供应。

2.2 负荷等级

在目前我国常规超高层建筑中，电气设计主要需要考虑的负荷等级可划分为三级，分别针对超高层建筑应急安全保障需求、超高层建筑常规运行需求、超高层建筑用户电力需求。一级负荷，应急安全保障需求主要包括消防系统、安防监控系统、应急疏散系统、通讯机房等关键系统、位置的电力需求。二级负荷，常规运行需求主要包括建筑电梯、污水处理系统、生活泵房等与超高层建筑用户生活存在密切联系的系统、设备电力需求。三级负荷，用户电力需求主要包括用户在正常生活、工作中在超高层建筑内部所使用的电力设备、照明系统等方面的电力需求[4]。

2.3 供电电源

超高层建筑多为酒店、住宅、办公楼，考虑到用户数量和电力资源供应的稳定性，一般采用两路10kV电源进行供电。此外，考虑到突发状况下可能出现的断电情况，为确保超高层建筑用户的生命财产安全，还需要设置一台1000kW 应急柴油发电机组，设置自动切换开关加机械与电器联锁来对电力进行控制，确保始终能够保障一二级负荷供电需求能够得到满足。

2.4 超高层建筑中压配电系统的结构

超高层建筑基本具有高度极高、建筑群密集的特点，想要通过常规建筑中使用的单座低压配电系统来应对超高层建筑群的用电需求并不现实，反而还会带来较大的使用风险，甚至出现超高层建筑因为电气设计不合理导致使用安全难以得到有效保障的情况。从当前已经建设完成并且正式投入使用的超高层建筑来看，超高层建筑往往需要多座变电站组成变电站群，借此才能确保超高层建筑群在正常使用过程中的各项电气设备、系统的运行都能得到有效保障，将电力资源供应的稳定性提升到新的高度。为了更好地保障超高层建筑群的用电安全，应做好对中压配电系统的设置，借此满足超高层建筑群的电力资源需求。在超高层建筑中用于满足高区电力资源供应需求的高区变电站便是中压配电系统中的重要组成部分，也可以说高区变电站是中压配电系统的分站。

目前，在超高层建筑中较为常用的中压配电系统主要包括两种，主－分变电站结构和二级配电结构，不同结构的系统具有不同的竞争优势和应用场景，在实际使用过程中需要依据超高层建筑的具体电力资源需求情况以及超高层建筑本身的特点、情况进行思考。主-分变电站结构的主要优点在于结构简单，主要劣势在于造价成本过高。二级配电结构的主要优点在于成本开支可控，主要劣势在于继电保护问题显著。综合当前我国超高层建筑对上述两种结构的具体使用情况来看，主-分变电站结构主要用于安全性要求严格、施工标准较高的建筑项目中，并且在多个项目中都得到了重视和使用，使用频率高。二级配电结构主要使用在要求较低的建筑项目中，由于继电保护问题显著，大量施工单位、建设单位出于对安全性的考虑，并不愿意选择二级配电机构，因此应用场景相对较少[5]。

2.5 超高层建筑中高区变电站

在上文提到，高区变电站是中压配电系统的分站，考虑到超高层建筑的电力资源需求，在对超高层建筑的高区变电站进行设计、建造的过程中，需要尽量做好对超高层建筑高区位置电力资源需求情况的明确，通过两台变压器来构造0.4KV 级的低压配电系统。两台变压器本身便能够让超高层建筑物高区的电力资源供应变得更加稳定。一般情况下，两台变压器可以同时进行运转，提供充足的电力资源，一旦有一台变压器出现问题，难以正常运转时，另一台变压器也能正常运作，避免超高层建筑物高区位置的电力供应出现稳定性不足的情况。在电力维修人员处理好变压器后，还需要对另一台变压器进行检查，借此让两台变压器能够互为备用，确保高区变电站能够始终发挥出自身的价值，为超高建筑物提供稳定的电力资源供应[6]。

3 超高层建筑高区分变电站位置选择相关要素

3.1 供电范围

超高层建筑高区分变电站的供电范围基本在50m、100m。因此，在对超高层建筑高区分变电站位置的选择上，需要针对供电范围进行思考，如果超高层建筑的供电区域与高区变电站之间的距离超过了高区分变电站上述标准，则需要增设高区分变电站，从实际的超高层建筑物高度来进行思考，避免出现设计不合理，导致部分位置的电力供应出现明显的波动情况，通过多个高区分变电站来完善超高层建筑的电气设计方案。

3.2 超高层建筑特殊结构

超高层建筑自出现以来，为保证其建筑使用安全性，其与常规建筑存在较大的差异，在超高层建筑中存在多种特殊结构、位置。避难层便是目前超高层建筑中具有一定代表性的建筑特殊结构，通常情况下，超高层建筑中每隔15 层便会设置一个避难层，用于应对特殊情况，超高层建筑的避难层间距离与高区变电站的供电距离有较高的契合度。在对超高层建筑考虑设置高区变电站时，可以将避难层作为重要选择之一，从而在满足高区超高层建筑用户电力资源需求的同时，也能降低高区变电站对超高层建筑正常功能发挥、外观美观性的影响。此外，在设置高区分变电站的过程中需要考虑到高区分变电站可以做好对上下位置的有效覆盖，供电区域较大，确保高区分变电站的应用价值能够得到充分发挥，详细计算高区分变电站的上下位置覆盖范围，明确需要在超高层建筑物中设置的高区分变电站数量，才能做好对整个超高层建筑物的有效覆盖，提供全面、稳定的电力资源供应[7]。

4 高区分变电站的其他设计要点

在超高层建筑的高区分变电站设计上，还需要认识到机电设备机房在实际运行过程中对周边位置造成的具体影响，以及超高层建筑中高层位置多种机电设备如何进行运输和安装。

在机电设备机房方面，机电设备机房需要长期运行，并且在实际运行过程中会产生噪声和震动，如果未能设置有效的防护措施，将会导致多个楼层都会感受到明显的振动和噪声。因此，针对需要设置机电设备机房的楼层和具体位置，必须重点考虑地板、楼板的减震能力，在原有建设结构的基础上使用减震材料，从而做好对震动情况的控制。另外，在噪声问题的处理上，需要对墙体、地板、楼板使用隔音材料，并借助高隔声系统将噪声限制在机电设备机房中。在设备的运输和安装上，现在有三种方式可供选择，需要按照机电设备的重量、规模，采用不同的运输方式。第一种，货梯运输，但必须保证吨位在货梯承载力范围内，并且体积能够放入货梯中。该吊装方式的限制条件较大，主要使用在吨位较轻的机电设备吊装上，一般需要保证机电设备的吨位在4.5 吨范围内，且能够装载到货梯内部，保证货梯可以正常关闭，才能进行使用。第二种，井道上楼，虽然能对绝大多数重量机电设备进行运输，但容易对井道造成损坏。该吊装方式主要依赖于电动葫芦，在实际使用过程中有往往伴随着较大的安全风险，因此在机电设备运输过程中很少使用到该吊装方式。第三种，室外特殊设备吊装，应用较为普遍，但是仅能在形态、结构为上下垂直的超高层建筑中进行使用[8]。如果建筑呈上小下台的形态结构，使用室外特殊设备吊装的难度、危险性都会大幅提升，很容易对超高层建筑中的低区位置造成损害，或因为碰撞导致机电设备的质量、结构受到影响。因此，在机电设备的吊装方式选择上，必须保持谨慎，做好对超高层建筑相关信息的全面调查。

5 结语

综上所述，在对超高层建筑进行综合设计的过程中，需要始终明确当前超高层建筑内部电气设备数量较多，并且设备类型还在不断扩张，对电力资源供应的需要会更高，必须高度重视电气设计的合理性，严格考虑对超高层建筑中所使用的多种电气设备产生影响的各方面因素，在国家超高层建筑相关电气设计规范和行业标准要求的指导下开展电气设计。尤其需要重视电气设计方案的可行性、安全性，在超高层建筑内部做好对变配电系统的建设，确保在超高层建筑用户正常建筑使用行为中能够始终有效地保障电力资源供应，减少出现电力相关风险的概率。