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重庆市设计院 重庆市 400016
【摘 要】高品质的供配电系统是满足高层建筑用电需求的保障。建筑行业的稳步发展，对城市高层建筑的供配电系统提出了越来越高的要求。供配电系统作为高层建筑的重要组成部分，在保障用电安全等方面发挥着重要作用。因此，必须高度重视高层建筑供配电设计，提高科学性与安全性，提高用电质量，降低能耗，提高利用率。设计单位需结合建筑供电需求，灵活应用先进设计思想，提高建筑供配电作业效率。
【关键词】高层建筑；供配电；设计；应用
一、现代高层建筑对供配电设计的要求
高层建筑供配电设计必须严格遵守相关规范，以保证最终的设计效果达到预期。供配电系统设计要达到以下几个方面的要求：
a.设计的可靠性：高层建筑设计的可靠性要求供电电源能够满足建筑内部各项用电负荷的需求，确保一、二类负荷稳定供电的同时用电负荷的电能质量也达到国家相关规范要求。
b.设计的节能性：高层建筑因为整体结构巨大，供配电线路长度很长，而长距离供电增加了产生线路损耗及电压损失的可能性，不利于电能的有效利用，出于节约能源考虑，需要优化设置配电压器，减少不必要的能源损耗。
c.设计的安全性：作为整个供配电系统安全性设计中重要一环，设计力求系统简单可靠，保证系统实际操作中不会产生危险，同时便于检修维护。
二、高层建筑供配电系统特点
1.高层建筑拥有比多层建筑更大的纵向上空间跨度，其配套设施配置难度较大。对于供配电系统，随着空间跨度的增大，供配电安全性越低、风险性越大。高层建筑供配电需要更为复杂的布线设计与更高的供电线路传输管线设施质量。
2.高层建筑供配电线路繁多，而布线混乱、绝缘老化等问题在早期的高层建筑中普遍存在，严重浪费了高层建筑电器系统电能，影响电力输送能力。同时，由于高层用户不断增加，供配电线路长期处于低效状态，极大增加线路损耗。
3.高层建筑是功能复杂的综合体。高层建筑中常常设置的商业裙房以及高层酒店餐饮等需要进行不同于纯住宅建筑的电力设置，而地下结构，主要作为停车场、设备用房和相关的配套超市，其需要更大强度的电力辅助，这些功能单元耗电量巨大，也是整个电力系统的风险所在。
4.高层建筑较多层建筑有更多的用电设备，随时间推移，故障率提高，一旦发生故障，难以排查，整体功能不容易在短时间内恢复。
三、高层建筑供配电系统设计
1.高压供电系统
由于高层建筑用电负荷较大，需在项目内设置10kV开闭所或者直接设置变配电房。我国高压供电电压一般为10 kV，单母线制因结构简单，成本小，被高压供电系统普遍应用。具体结线有以下几种：
a.单母线不分段：高层建筑中，一级负荷较多的项目，设置两回10 kV进线，一用一备，工作电源故障或检修时备用电源自动投入保证两路负荷用电；
b.单母线分段：两路10 kV进线同时供电互为备用，母线故障或检修时可以保障部分用户电力供给，但是母线引出线断路器故障和检修时，引出线用户就必须停电处理。高压母线向各个配电变压器以放射式供电，采用母线分段，供电可靠性得到提升；
c.对于只有一路高压供电的情况，可以使用附近的低压供电或备用柴油发电机供电作为备用电源。电力系统故障在所难免，高层建筑的一级负荷供电系统应设计双电源供电，二级负荷供电系统应设置双回路供电，因此须配置柴油发电机组以备不时之需，确保用电可靠性。
3.2 低压配电系统
低压配电线路应力求简单，方便操作，具有一定灵活性并能适应负荷发展需要；0.4kV低压配电一般采用单母线不分段运行。由建筑外引来的配电线路，应于进线引入处装设开关设备，便于操作维护；高层建筑宜分层设置配电箱以便于维修，每套房间最好具有独立的电源开关可以控制；单相用电设备配置应尽可能达到三相负荷平衡；动力和照明应分别配电；如果采用链式配电系统，配电箱不宜多于4台，如为电动机，一般为3～5台，其中最大一台电动机的容量不宜大于10kW。低压配电系统可以采用放射式、树干式或混合式的连接组成方式。其中混合式是我国楼层配电的主要方式，采用插接式绝缘母线槽沿竖井垂直铺设，水平干线采用全塑电缆与竖井母线连接。混合式配电系统中，每根干线对应一个供电配电所以可靠性相对较高。
3.3 变压器选择
现代社会高层建筑的规模越来越大，高层建筑中使用单机容量超过1600KVA的大容量变压器的已非常普遍，配电变压器应根据高层建筑功能及使用特性综合考虑，按照略高于配电变压器最佳负荷率来进行变压器容量选择，一般认为变压器负荷率在70%左右较为节能经济合理。在配电变压器型号选择过程中，应优选空载损耗、负载损耗等均较小的节能性变压器，根据相关用电要求适当的设置变压器单机容量及台数。在我国，出于经济，技术，维护与安全等方面考虑，一般选择具有防潮、防火、低噪特点的干式变压器和环氧树脂浇注式变压器，设置在高层建筑的底层或地下室的版配电房内。
3.4高层建筑供配电系统节能设计
高层供配电系统設计，要在确保建筑物电力功能正常发挥的基础上，通过合理进行变压器、电缆的经济选型，以及考虑后期建筑供配电系统发展规划，通过方案技术性、经济性、适用性等方面的综合考虑，设计出高效节能经济的优化方案，实现高层复杂建筑供配电系统节能降耗的目的。
a.供配电系统节能设计，要以满足建筑物内部电气系统功能正常发挥作为设计方案的基本前提，要综合考虑供配电系统运行经济效益，从设计、施工、运维维护等方面，综合考虑供配电系统节能设计方案的实际经济效益；
b.在设计方案中要从建筑物后期扩建、周围环境、以及电气系统投运后功能性能等方面始终贯彻经济合理、技术先进、材料新型等设计理念，详细计算、仔细斟酌高层建筑供配电系统节能方案中的设计细节，确保设计方案有较高节能经济性； c.配电变压器应优选空载、负载损耗较小的节能型配电变压器，可以根据回收年限来合理选择配电变压器的型号，提高配电变压器的节能经济效益；
d.在电缆型号选择时，应优选电阻率较小的铜芯线；应合理布设电缆走向，节省导线敷设长度；在电气节能设计时，对于长期处于载流工况的电缆截面应适当放大一级，以便于与保护装置配合和为工厂后期扩容扩建提供便捷有利条件。
e.合理设计谐波治理方案，可以有效提高供电电能质量和降低线损，达到节能降耗、经济运行目的。降低或抑制高层复杂建筑供配电系统中的谐波分量，可以有效提高供配电系统电能功率因数，减少无功功率，达到节能降耗的优化设计目的。
3.5供电线路安全设计措施
根据建筑物的性质、要求、用电设备的分布和环境特征等对供电线路进行布线控制；消防用电设备应采用专用的回路供电，根据相关规范进行配电线路敷设；对设备供电使用长电缆时，需要对电压压降能力，断路器保护功能以及末端设备的启动进行效验；断路器分断能力选择上，要计算短路电流选择具有高分断能力的微型断路器或者塑壳断路器，保证用电安全。
3.6变配电所位置选择
a.深入或接近负荷中心
b.进出线方便；
c.接近电源侧；
d.设备吊装、运输方便；
e.不应设在有剧烈振动或有爆炸危险介质的场所；
f.不宜设在多尘、水雾或有腐蚀性气体的场所；
g.不应设在厕所、浴室、厨房或其他经常积水场所的正下方；
h.配变电所为独立建筑物时，不应设置在地势低洼和可能积水的場所。住宅小区可设独立式配变电所，也可附设在建筑物内或选用户外预装式变电所。
结束语：高层建筑为城市居住者创建了一个崭新的生活、工作环境，也为城市添加了一道独特的风景线。高层建筑整体功能的实现与合理的供配电设计密不可分。因此，要重视高层建筑供配电系统的设计工作，强化自身专业素养，开拓视野，积极实践与创新，保障供配电系统的安全运行，更好的服务建筑使用者。
参考文献：
[1]孙妍.超高层建筑配电系统合理性分析[D].北京建筑大学，2015.
[2]孙峰.超高层建筑供配电系统设计[J].现代建筑电气，2015，B10：23-28
[3]秦哲.刍议新型建筑材料在现代高层建筑中的应用[J].科学中国人，2015，35：145.
【摘 要】高品质的供配电系统是满足高层建筑用电需求的保障。建筑行业的稳步发展，对城市高层建筑的供配电系统提出了越来越高的要求。供配电系统作为高层建筑的重要组成部分，在保障用电安全等方面发挥着重要作用。因此，必须高度重视高层建筑供配电设计，提高科学性与安全性，提高用电质量，降低能耗，提高利用率。设计单位需结合建筑供电需求，灵活应用先进设计思想，提高建筑供配电作业效率。
【关键词】高层建筑；供配电；设计；应用
一、现代高层建筑对供配电设计的要求
高层建筑供配电设计必须严格遵守相关规范，以保证最终的设计效果达到预期。供配电系统设计要达到以下几个方面的要求：
a.设计的可靠性：高层建筑设计的可靠性要求供电电源能够满足建筑内部各项用电负荷的需求，确保一、二类负荷稳定供电的同时用电负荷的电能质量也达到国家相关规范要求。
b.设计的节能性：高层建筑因为整体结构巨大，供配电线路长度很长，而长距离供电增加了产生线路损耗及电压损失的可能性，不利于电能的有效利用，出于节约能源考虑，需要优化设置配电压器，减少不必要的能源损耗。
c.设计的安全性：作为整个供配电系统安全性设计中重要一环，设计力求系统简单可靠，保证系统实际操作中不会产生危险，同时便于检修维护。
二、高层建筑供配电系统特点
1.高层建筑拥有比多层建筑更大的纵向上空间跨度，其配套设施配置难度较大。对于供配电系统，随着空间跨度的增大，供配电安全性越低、风险性越大。高层建筑供配电需要更为复杂的布线设计与更高的供电线路传输管线设施质量。
2.高层建筑供配电线路繁多，而布线混乱、绝缘老化等问题在早期的高层建筑中普遍存在，严重浪费了高层建筑电器系统电能，影响电力输送能力。同时，由于高层用户不断增加，供配电线路长期处于低效状态，极大增加线路损耗。
3.高层建筑是功能复杂的综合体。高层建筑中常常设置的商业裙房以及高层酒店餐饮等需要进行不同于纯住宅建筑的电力设置，而地下结构，主要作为停车场、设备用房和相关的配套超市，其需要更大强度的电力辅助，这些功能单元耗电量巨大，也是整个电力系统的风险所在。
4.高层建筑较多层建筑有更多的用电设备，随时间推移，故障率提高，一旦发生故障，难以排查，整体功能不容易在短时间内恢复。
三、高层建筑供配电系统设计
1.高压供电系统
由于高层建筑用电负荷较大，需在项目内设置10kV开闭所或者直接设置变配电房。我国高压供电电压一般为10 kV，单母线制因结构简单，成本小，被高压供电系统普遍应用。具体结线有以下几种：
a.单母线不分段：高层建筑中，一级负荷较多的项目，设置两回10 kV进线，一用一备，工作电源故障或检修时备用电源自动投入保证两路负荷用电；
b.单母线分段：两路10 kV进线同时供电互为备用，母线故障或检修时可以保障部分用户电力供给，但是母线引出线断路器故障和检修时，引出线用户就必须停电处理。高压母线向各个配电变压器以放射式供电，采用母线分段，供电可靠性得到提升；
c.对于只有一路高压供电的情况，可以使用附近的低压供电或备用柴油发电机供电作为备用电源。电力系统故障在所难免，高层建筑的一级负荷供电系统应设计双电源供电，二级负荷供电系统应设置双回路供电，因此须配置柴油发电机组以备不时之需，确保用电可靠性。
3.2 低压配电系统
低压配电线路应力求简单，方便操作，具有一定灵活性并能适应负荷发展需要；0.4kV低压配电一般采用单母线不分段运行。由建筑外引来的配电线路，应于进线引入处装设开关设备，便于操作维护；高层建筑宜分层设置配电箱以便于维修，每套房间最好具有独立的电源开关可以控制；单相用电设备配置应尽可能达到三相负荷平衡；动力和照明应分别配电；如果采用链式配电系统，配电箱不宜多于4台，如为电动机，一般为3～5台，其中最大一台电动机的容量不宜大于10kW。低压配电系统可以采用放射式、树干式或混合式的连接组成方式。其中混合式是我国楼层配电的主要方式，采用插接式绝缘母线槽沿竖井垂直铺设，水平干线采用全塑电缆与竖井母线连接。混合式配电系统中，每根干线对应一个供电配电所以可靠性相对较高。
3.3 变压器选择
现代社会高层建筑的规模越来越大，高层建筑中使用单机容量超过1600KVA的大容量变压器的已非常普遍，配电变压器应根据高层建筑功能及使用特性综合考虑，按照略高于配电变压器最佳负荷率来进行变压器容量选择，一般认为变压器负荷率在70%左右较为节能经济合理。在配电变压器型号选择过程中，应优选空载损耗、负载损耗等均较小的节能性变压器，根据相关用电要求适当的设置变压器单机容量及台数。在我国，出于经济，技术，维护与安全等方面考虑，一般选择具有防潮、防火、低噪特点的干式变压器和环氧树脂浇注式变压器，设置在高层建筑的底层或地下室的版配电房内。
3.4高层建筑供配电系统节能设计
高层供配电系统設计，要在确保建筑物电力功能正常发挥的基础上，通过合理进行变压器、电缆的经济选型，以及考虑后期建筑供配电系统发展规划，通过方案技术性、经济性、适用性等方面的综合考虑，设计出高效节能经济的优化方案，实现高层复杂建筑供配电系统节能降耗的目的。
a.供配电系统节能设计，要以满足建筑物内部电气系统功能正常发挥作为设计方案的基本前提，要综合考虑供配电系统运行经济效益，从设计、施工、运维维护等方面，综合考虑供配电系统节能设计方案的实际经济效益；
b.在设计方案中要从建筑物后期扩建、周围环境、以及电气系统投运后功能性能等方面始终贯彻经济合理、技术先进、材料新型等设计理念，详细计算、仔细斟酌高层建筑供配电系统节能方案中的设计细节，确保设计方案有较高节能经济性； c.配电变压器应优选空载、负载损耗较小的节能型配电变压器，可以根据回收年限来合理选择配电变压器的型号，提高配电变压器的节能经济效益；
d.在电缆型号选择时，应优选电阻率较小的铜芯线；应合理布设电缆走向，节省导线敷设长度；在电气节能设计时，对于长期处于载流工况的电缆截面应适当放大一级，以便于与保护装置配合和为工厂后期扩容扩建提供便捷有利条件。
e.合理设计谐波治理方案，可以有效提高供电电能质量和降低线损，达到节能降耗、经济运行目的。降低或抑制高层复杂建筑供配电系统中的谐波分量，可以有效提高供配电系统电能功率因数，减少无功功率，达到节能降耗的优化设计目的。
3.5供电线路安全设计措施
根据建筑物的性质、要求、用电设备的分布和环境特征等对供电线路进行布线控制；消防用电设备应采用专用的回路供电，根据相关规范进行配电线路敷设；对设备供电使用长电缆时，需要对电压压降能力，断路器保护功能以及末端设备的启动进行效验；断路器分断能力选择上，要计算短路电流选择具有高分断能力的微型断路器或者塑壳断路器，保证用电安全。
3.6变配电所位置选择
a.深入或接近负荷中心
b.进出线方便；
c.接近电源侧；
d.设备吊装、运输方便；
e.不应设在有剧烈振动或有爆炸危险介质的场所；
f.不宜设在多尘、水雾或有腐蚀性气体的场所；
g.不应设在厕所、浴室、厨房或其他经常积水场所的正下方；
h.配变电所为独立建筑物时，不应设置在地势低洼和可能积水的場所。住宅小区可设独立式配变电所，也可附设在建筑物内或选用户外预装式变电所。
结束语：高层建筑为城市居住者创建了一个崭新的生活、工作环境，也为城市添加了一道独特的风景线。高层建筑整体功能的实现与合理的供配电设计密不可分。因此，要重视高层建筑供配电系统的设计工作，强化自身专业素养，开拓视野，积极实践与创新，保障供配电系统的安全运行，更好的服务建筑使用者。
参考文献：
[1]孙妍.超高层建筑配电系统合理性分析[D].北京建筑大学，2015.
[2]孙峰.超高层建筑供配电系统设计[J].现代建筑电气，2015，B10：23-28
[3]秦哲.刍议新型建筑材料在现代高层建筑中的应用[J].科学中国人，2015，35：145.