高层建筑电气工程供配电系统研究

宋立立，孙 妍

（北京市建筑设计研究院有限公司，北京 100045）

在社会经济快速增长和生产力水平不断提高的同时，人们对于电的使用越来越显著，这个对于电力工程供配电系统带来了巨大的挑战。在高层建筑中的供配电系统往往存在一定对的特殊性与复杂性，无论是设计过程还是建设过程，都有着一定的难度。因此，施工单位必须要充分分析电力系统的基础理念与存在的实际问题，结合自身专业化的知识和施工水平对电气工程进行全方位设计。本文将高层建筑电气工程供配电系统进行分析，利用科学化措施提升建筑中电气工程质量。

1.1 高压电配电系统

高层建筑因为自身电气工程集中度高、电气工程复杂等特点，在建设过程中往往需要对电气工程进行良好的设计，保证建筑中人们使用的整体需求。在高层建筑中，人们使用的方式通常是办公和居住，此情况也就导致城市建筑内电力设备逐渐增多，施工单位在此过程中应利用两路独立的10kW电源作为建筑电力系统的主要电源，由两路独立电源之间的互补，确保建筑内用电安全与电力使用效果发生质的改变[1]。由于现阶段建筑中的高压配电系统是保证建筑电气工程得以良好发展的重要组成部分，是解决当前中高层建筑供电系统的关键组成部分，因此在此工程中的高压支配系统大多选择的都是单母线进行分段，方便于在线路运行时可以进行自动转换。双方都可作为对方的备用设备，当其中一条发生问题和事故后，另一条便能够及时发挥作用，确保用户用电需求得以满足。

1.2 低压配电系统

在高层建筑电气项目中，低压配电系统是重要的。因此，针对低压配电系统这一关键作用，施工单位必须要利用多元化的防护措施，保证低压配电系统中的各个部门能够相互配合、稳定工作，避免出现不必要的问题。对于低压配电系统的保护，可以很好地起到保护高层建筑供电系统的作用，更能避免低压配电系统发生突发情况，对安全用电产生一定的影响。在低压配电系统施工建设时，可以利用较为常见的方式进行考察，如低压配电IT系统、TT系统、TN系统等。

当高层建筑出现漏电状况时，很有可能对建筑物中的人们形成安全危险。所以，在针对大型高层建筑的供电体系设计时，要对漏电设备予以特别注意，防止漏电工作的合理实施才能够提高建筑物内动力系统的总体利用效益，从而促进整个动力系统都能得到正常稳定工作。

2.1 安全性原则

无论何种工程在建设过程中都不能缺少安全，尤其在高层建筑的电气工程中。在专业人员设计研究过程中，应及时重视供配电系统的正常运行，保证电气工程运行的安全与稳定[2]。与此同时，专业人员要积极结合供配电系统能够进行科学化、全方位的设置，确保可以有效地实行电压与电流的合理化控制，促进电气工程整体规划更加合理化安全化。

2.2 节能性原则

在当前我国快速发展的时代背景下，人们生活质量提升的同时对于建筑施工有着更高的要求和需求。此外，人们环保与节约意识的加强，要求在高层建筑在建设施工时能够融入环保节能的理念，所以高层建筑供配电系统要重视节能原则的遵循。现阶段高层建筑中达到节能目的的主要方式便是降低电压，但是在这一过程中更需要对专业建设设备进行不断完善和优化，最终达到节能的最终目标。

2.3 简易性原则

在高层建筑配供电中要注意设备设计的简洁性，以避免由于设施的设计复杂而影响整个供电体系的工作稳定和安全性，使后续运行方式变化得更为便捷简单。若是供配电系统的操作复杂度较高，那么在电力工程发生事故时，由于难度较高，，操作不当往往会造成工作效率的降低，甚至会出现维修时间变长，损失变得越来越大。

3.1 高压配电系统的设置

在高层建筑中对于电气工程有着十分高的要求，所以施工单位要充分重视电气工程的设计工作，确保高层建筑能够在良好的电气工程中平稳运作。高层建筑通常所涉及的居住人群较多，内部所使用的电气设备更是复杂多样的，为保证安全性与满足用电需求，通常所采用的方式便是利用两路独立电源，对于稳定供电有着重要作用[3]。另外，在高压配电设计中所使用的是单母线分段式设计，母线使用的是分段数目方式，所以母线可以与电源线回路做出优化匹配。

3.2 供配电系统中配电箱的合理设置

为确保电气工程中的接线正确，配电箱应将开关设备电气测量仪表和其他辅助设备进行组装，放置于密封或半密封的金属柜中，保证可以形成低压配电设备，利用自动或手动开关的方式达到电路接通的目的。若是电路发生故障或问题时，工作人员便能够将其余线路切断并发出警报[4]。测量仪器的使用可以很好地对运行参数进行检测和控制，并调节电气参数。在高层建筑中，灯具及配电柜的电路要适应房间照明需要，而居室、餐厅、厨房等地方的电源插座也应独立化的回路来实现供电。在空调控制电路设计中，也要形成独立性的电路回路，除壁挂式空调电源插座以外，其余电源插座中的集成电路都要设有漏电保护，为人们的安全用电提供保障。

3.3 高层建筑电气低压断路器的选择

现阶段我国的高层建筑中，往往因为建筑内部的照明系统、供电系统等需要通过低压断路器对室内电器进行保护与电力控制，因此低压断路器的设置极为重要，为电力使用的安全性提供了可靠的保障。相比于传统保险丝、电闸等断路器，低压断路器具备更加全方面的功能，对于建筑内部的变电所和供电系统等提供较为全面的保护功能。

电气设备低压断路器大致上可分成直流与交流的两类电路，根据构造型式还可分成封闭式和框架型的二类低压电路[5]。在空气开关中如果是装有失压保护装置，当产生电流小于额定电压的50%时，就必须对部分用户进行低电压关闭，以防止由于失压而引起电机损耗以及产生电流后无法复位的问题。待到电流逐渐恢复正常时，便会把衔铁完全吸附住，当电流继续减小至额定电流的50%时，由于吸力远没有簧片的压力大，所以衔铁就会碰到锁扣，从而引起触头断裂。所以，低压断路器的主要功能就是对建筑内部线路加以保护，并根据所保护对象的特性而采用不相同的保护。

3.4 变压器的设置

为保障变压器的正常工作，增强变压器系统设备安全和可靠性，就一定要更全面地考察变压器系统设备的工作要求，把生产成本和能耗都抑制到最低点，所以在智能建筑变压器的选型时必须以低能量材质的高效率变压器系统设备为主，确保了变压器系统设备的总负荷效率在最高状态的65%～75%以下。当变压器系统设备的总容量和负载效率都继续维持在平稳状态时，就只能减小变压器系统设备的数量，而增大了变压器系统设备的总容积，这就有利于更合理的节约建设投资，进而大大提高了发电资源的利用效率[6]。因为受到了季节性负载，很容易造成电力品质大受影响，所以应该设有专门的变压器设备来适应季节性的负载变换，并进行弹性投切，以保证变压器系统设备正常经济的运转，避免了因为轻载运转所产生能耗。如果在夏季时空调负载很大，那么就应该采用独立的变压器组作为空调变压器设备，通过这样就能够发挥出空调的季节性特点，从而大大减少了能耗，大大提高了变压器设备的经济效益。

3.5 减少线路的损耗

在电气输送过程中，因为多方面的原因的出现，造成线路损失无法减少，但能够采用合理的设计来降低线损。当电流在线路中流动时，因为不同的线路材料和负载会产生相应的功率因数损失，所以一定要确保电网的功率因数得以全面改善，必须选用良好的材料，尽可能减少线路中的电流，从而减少了电网无功功率。

3.6 成本优化

由于产业的变化，建筑业逐渐向着智能、电动化方面快速发展的态势也日益突出。同时电气工程所占建筑业的成本费用比例也在不断增加。对于同一个行业的建设体，截然不同的供配电管理模式将形成截然不同的成本费用。首先，在符合有关规范条件的情况下，对于供配电安全要求不高的工程项目，应多使用树干方法用电，而尽量少使用放射方法用电。铜为传递额定电流的主要载体，其价值较高，占电气工程及自动化生产成本的比重也很大，通过使用统一的输出电流传递回路，就可以有效减少装置生产成本。其次，在符合规范中对各类负荷规范的情况下，尽量减少使用末端双切配电价格模块，非按地方主管部门规定另有规范，而是尽可能使用应急母纫作为双电源起始位，因此双切线越接近前端，电气工程及自动化的降低成本就越优化。最后，多注意国际交易市场上的贵金属买卖信息，对光缆导线等金属材料，通过现货购买方法选择较低价金属，以避免高成本风险。

3.7 节能优化

实际过程中，建设工程项目的电气生产成本不但包括了施工成本，还应同时考虑工程项目移交后的经营成本费用，而经营成本费用又通常不属开发商成本费用范围，以致工程经营成本费用常常被忽略。因此项目开发商必须从产品设计开始，全面认识产品设计特点和成本费用，并全面剖析各种能耗技术指标，用科学发展的目光选择供配电系统设备[7]。具体方法如下：在选定变压器台数和功率范围时，充分考虑工程投入和年经营费用，对负载合理分摊，选择总容量和负载范围相对适当的变压器，使之工作于高效低功率范围；
按照项目特性，设置适当的无功补偿，以增加功率因数，减少无功损失；
采取设备的联动或联控措施，以减少发电机在轻载或空载下的工作时间；
通过智能方法调控设备，如通过光敏、声控器件调节照具；
运用建筑物的剩余屋面建设室外能量体系，以增加绿色电能占用比。

3.8 接地安全设置

当电力工程施工人人员在进行电气设计时，通常需要全面位地进行相关电力安全的分析和思考，特别要注意的方面便是施工过程中的生命安全。对于人员的生命安全来讲，无论是设计过程中的安全，还是电力工程使用过程的安全，都可以被叫做人员生命安全。而由于从建筑中来的工程人员很多，一旦出现了问题和意外，那么将对整个工程的施工、质量以及效率等方面造成不必要的损失。因此，当工程人员进行某些建筑电气工程与供配系统设计时，应不留余力地确保整个电气设备能够以最效率化的速度停止电力工程中发生的故障点，要充分结合建筑电气工程中的实际情况进行接地设计的安全保护。接地防护装置可以在大型建筑中发生其他问题和危险情况时，自动停止发生故障或问题地方的电力供应，在最大程度上避免安全问题的发生，为人员安全提供了一定的保障。当工程技术人员在从事设计与安装接地防护装置的过程当中，就必须针对大中型建筑的实际地理环境、设备、电路保护装置等内容加以详尽的分析与深入研究，也唯有如此，才可以更有效地防止由于其他因素所造成的电网运行中发生风险。

3.9 设置独立双电源

在实行高层建筑电力设计过程中，要保证建筑内部能够存在两个及以上独立性的外部供电系统，与此同时还要具备除正常供电系统之外的专用供电线路手动电源设备，此方式通常是通过变压器的低压端出线，结合自动开关的特点与优势，确保消防与非消防供电之间的负载相互分离，每当发生火灾事故之后，就可以确保非消防电源迅速被切断，进而保证在火灾时期消防能够得到可靠的电力保证。

电气工程供配电体系要和经济高速发展时期下的城市建筑发展相符合、一致，在进行方案设计的过程当中，必须要求专门的设计人员在针对现实的发展状况进行了认真地分析，之后再对供配电系统作出了科学、合理的方案设计。同时，要严格地根据供配电系统中存在的某些问题，提出科学合理、与之相对应的处理办法，以保证供配电系统工作的安全和平稳。

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