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超高层建筑供配电系统设计分析

发表时间：2021/8/9 来源：《时代建筑》2021年4期2月下作者：赵鹏举

[导读] 与一般性质的建筑工程相比，超高层建筑工程除了在建筑高度、规模上有所发展之外，其用电负荷集中度也得到了一定的提升，其内部供配电系统设计的安全性、质量将会直接影响到超高层建筑工程的建设质量。本文在分析超高层建筑工程电气系统特征的基础上，就其供配电系统设计工作的基本原则及要点进行了研究、探讨。

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摘要:与一般性质的建筑工程相比，超高层建筑工程除了在建筑高度、规模上有所发展之外，其用电负荷集中度也得到了一定的提升，其内部供配电系统设计的安全性、质量将会直接影响到超高层建筑工程的建设质量。本文在分析超高层建筑工程电气系统特征的基础上，就其供配电系统设计工作的基本原则及要点进行了研究、探讨。
关键词:超高层建筑工程；供配电系统；设计要点
        1、超高层建筑工程中电气系统特征分析
        相较于一般性的建筑工程，超高层建筑工程的电气系统具备如下特征：第一，系统囊括了数量较多的用电设备。因为超高层建筑的结构较为复杂、庞大，在电气设备方面的要求也变得越发严格。通常而言，超高层建筑内部的给排水系统、火灾预警、监控等系统都需要较大的电能供应其正常运转和紧急情况下的稳定运转。在建筑行业持续、健康发展的同时，人们对于超高层建筑的要求也逐渐提高，导致建筑工程的功能模块变得更加丰富，建筑工程的整体结构变得越发复杂，用电设备的数量逐渐增多，压力逐渐增大[1]。第二，用电量较大。相较于一般高度的建筑工程而言，超高层建筑工程在容量、承载力上都有了显著的提高，故此，其用电量、用电负荷也相对较大，尤其是高层酒店、综合办公楼等的商务性的超高层建筑，其用电量增加的十分显著。在这种情况下，设计人员必须要保障超高层建筑的供配电系统设计质量。第三，供电可靠性要求有所提升。超高层建筑能够容纳的住户数量更多，电力需求量自然也有了显著提高，为了维护超高层建筑供电稳定性、安全性，需要分为一级、二级负荷两种情况，其中前者需要两套相互独立的供电系统，保障可以在一套供电系统故障时，仍旧维持超高层建筑内部的稳定供电。
        2、超高层建筑工程供配电系统设计需要遵循的基本原则
        超高层建筑工程中的供配电系统设计工作，是为了在保障供配电系统安全稳定性的同时，维护整个建筑工程的使用安全、寿命。其设计工作需要遵循如下基本原则：第一。可靠供电原则。设计人员需要以超高层建筑内部各类用电负荷的实际性质以及具体大小等诸多信息作为基础，确立供配电系统中独立电源的回路数。除了需要配置一个具备独立性的可靠外电网电源之外，柴油发电机组也需要作为超高层内部工会的系统的应急电源，柴油发电机组本身的容量需要能够保证正常供电系统中一起负荷中的关键符合，主要是指实时控制的计算机网络系统，以及包含消防电梯等在内的一些一级负荷的稳定用电。通常情况下，变压器总容量的10%~20%的数值便是应急发电机组的实际容量，对于超高层建筑工程而言，其内部用于应急电源的常用发电机组容量需要选取变压器总容量的20%~30%。第二。电能损耗最小化的原则。超高层建筑工程内部的配电低压和城市整体的电网电压始终维持一致，就目前的情况来看，我国大中型城市中的重大配电标准一般都为10kv，只有工矿企业才会采用60kv的标准。但当下20kv配电网已经成为了全新的城市中压标准，在我国的诸多城市中得以广泛应用，与之相配套的电缆变压器的全新供配电设备也开始得以普及[2]。设计人员在针对超高层建筑工程配电系统进行设计的过程中，需要以其实际的用电负荷等数据作为出发点，在始终遵循电能损耗最小化建设的前提下，选择科学合理的供配电设备。第三，主接线的简单灵活原则。超高层建筑工程配电系统内部的主接线方式需要为后续的维护管理工作提供便利，并且能够在适应电力负荷变化的影响下，预留出未来一段时间的发展以及维护余地，确保能够在维持整个超高层建筑工程供电安全性的前提下，节约工程建设的投入，并降低整个系统的运行费用。就目前的情况来看，超高层建筑工程的重大配件系统，主接线方式可以分为动力、照明负荷分别由各自变压器供电，以及同一台变压器或供电动力和照明负荷。这种混合形式的供电方式，能够在电力负荷有所降低的情况下，适当控制变压器的实际运行数量，以便在内有效控制电能消耗的同时，在其中一台变压器出现故障问题的情况下，另一台变压器仍旧可以正常进行工作，以此保障的超高层建筑工程关键负荷的稳定电能供应。

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        3、超高层建筑工程供配电系统的设计工作要点分析
        3.1供电电源、电压的合理选择
        高度超过100米的建筑便可被称为超高层建筑，这类工程本身更加依赖供电电源的稳定性，为了保障超高层建筑内部的电能供应可靠性，其供配电系统中的电源数量需要用电负荷重要性以及实际大小，并结合当地城市电网的固定条件合理确定，但至少需要在供配电系统中设置两回独立性质的市电电源供给，以此来避免因为电源故障而导致的供电停滞。目前我国实施的20kv配电网也是落实智能电网以及节能改造的一项重要措施，20kv的电压与之前传统的10kv电压相比，在处于同样供电半径、统一截面面积供电导体的情况下，其供电能力有了显著的提高，并且能够在维持电压质量条件相同的前提下显著的控制电能损耗。
        3.2供电负荷的精准计算
        在进入超高层基础工程施工图设计阶段的过程中，也需要进行精准的负荷计算，并以最终的计算结果作为电器设备、电工材料等方面选择的重要数据支撑。目前，我国应用的需要系数法即便经过相关专家学者的优化以及调整，但因为相关部门所引用的各项用电设备有了需要系数表存在一定的差异，从而导致计算负荷本身的精准程度有所降低，将会直接影响到整个超高层建筑工程供配电系统的设计质量。一旦出现了计算数据过大的问题，不但会增加建筑内部的供电设备容量，同时也会进一步增加在材料、设备等方面的工程建设投资。根据相关工程实践结果，导致目前超高层建筑工程供配电系统计算符合较大的主要原因之一，便是以30mib平均最大负荷值作为计算负荷。在这种情况下，负荷计算需要将参差分布系数、有功和无功符合系数等全部引入到超高层建筑工程符合计算工作，以此维护符合计算结果的精准性，进一步提高供配电系统的设计质量，维持整个超高层供配电系统的安全、稳定运行[3]。
        3.3变配电所的合理设置
        通常而言，超高层工程建筑的高压配电一般会分为主分、放射式等多种类型其中的主分结构便是设置一个或者是多个高压总配变电所在超高层建筑工程中，而其中的放射式则是由各个分变电所的变压器进行供电。还有一种二级配电模式，是由高压的第一级变电所向中压的第二级变电所进行供电，随后由二级变电所向下级的变压器进行供电。根据相关的工程实践证明，在供电距离较远并且下级变压器数量的情形下，二级的配电结构是最佳的供配电系统结构，能够在维持供配电系统经济性的同时，降低维护管理的工作难度。除此之外，高压供配电结构的设计与各业态分变配电所是否需要进行独立管也有着一定的联系，对于那些综合性较高的多业态独立管理超高层建筑工程而言，也可以使用混合型的配电结构。在超高层建筑工程变电所设置工作的过程中，需要尽可能的缩短供电电缆的长度，并且尽最大可能减少在塔楼上所设置的分变电所及变压器的数量。
        4、总结
        与一般形式的建筑工程相比，超高层建筑在工程高度以及规模上都有了显著的提高，其建筑功能也得到了一定程度的拓展，其中用电负荷和用电设备数量的增加，对建筑内部的供配电系统稳定性要求也逐渐有所提高。设计人员需要在遵循电能损耗最小化、供电可靠性等基本原则要求的前提下，合理选择超高层建筑供配电系统的电源、电压。并在精准计算供电负荷的前提下，合理设置高压变配电所，以此维护整个超高层建筑工程供配电系统的安全稳定运行。
参考文献
[1]王晓伟,王笑颜,唐韶华,张林华.超高层建筑中新大厦供配电系统设计[J].建筑电气,2019,38(10):10-14.
[2]寇佩.超高层住宅建筑配电系统设计分析[J].智能建筑电气技术,2019,13(03):32-36.
[3]易椠椠. 某超高层办公大楼的配电与照明系统的设计及应用[D].湖南工业大学,2018.