摘要：现如今，我国的经济在高速的发展，社会在不断的进步，低压配电系统是超高层建筑电气设计中的关键内容，对电气的安全稳定运行有着重要的影响。在建筑工程电气设计过程中，尤其是低压配电系统设计，往往会出现一些安全问题，加上超高层建筑的电压负荷量和电气应用较高，所以在超高层建筑的电气设计中要高度注重低压配电系统的安全性，确保电气设计满足供电安全和稳定要求，实现智能化电气的目的。文章就对超高层建筑电气设计中低压配电系统安全性进行分析和探究。
关键词：超高层建筑；中低压供配电系统；设计
引言
超高层建筑作为一个地区标志性建筑，随着社会经济的发展其建筑高度、规模、功能均有不断增长的趋势。建筑内的用电设备数量和种类日趋繁杂，给供配电系统设计提出了更高的要求。下面以一实际超高层建筑工程为例，分析几种超高层建筑供配电方案，对比各方案的长处和短板，最终给出一套相对合理的系统解决方案，对今后设计此类建筑的供配电方案具有一定的参考价值。
1项目概况
本项目为一大型综合体项目。建筑面积约47万m2，包含一座商业裙楼、车库及3座塔楼。其中，1号塔楼建筑高度147m，2号塔楼建筑高度208m，3号塔楼建筑高度258m。本文以2号塔楼为例分析超高层建筑的供配电方案。该塔楼业态为办公，建筑面积8.1万m2。地下共4层，核心筒外为地下车库范围。地上共44层，其中1层为大堂，2~7层核心筒外为商业裙房范围，8~42层为办公区域（其中9、20、31层为避难层），43、44层仅有核心筒区域（为设备用房），标准层面积约2300m2。
2低压配电系统概述
低压配电系统分为3种形式，分别为放射式、链式以及树干式。放射式指的是由总配电箱将电直接传到各个分配箱内。因为各个负荷单独供电，所以如果出现故障，不会对其他分配箱进行干扰。这种供电方式安全性较高，但是其线路比较复杂，并且灵活性不高，主要应用在设备容量较大的场合。链式指的是一条线路中连接着多个分配箱。这种供电方式缺少分支点，所以，投资成本较低，并且适合电缆线路的铺设。缺点是如果出现故障，要将所有的用电设备断电，安全性能不高。通常这种方式仅适用于可靠性要求低的用电设备。树干式低压配电系统指的是通过一条主干线将分配箱和总电线连接起来。这种配电方式成本较低，施工方便。缺点为如果主干线发生故障，受到的影响较大。因此，树干式配电方式通常应用在对供电可靠性要求不高的场合。
3超高层建筑中低压配电系统设计要求
超高层建筑相比于低层或中层建筑，其对供电的稳定性与安全性要求更高。楼层较高的住宅若是存在突发性状况，如火灾等需要立刻对超高层住户进行实时示警，并通过有序的灾害应急预案对超高层住户进行疏散，对发生火灾的超高层住宅地采取消防灭火措施。所有的应急救援过程均是由各种各样的用电设备组成，用电设备的运行稳定性与安全性均离不开配电系统，以电梯为例，电梯是超高层或超高层建筑中不可或缺的运输工具，一旦超高层发生紧急事件应当保障电梯、应急通道的电灯、消防设备、淋水系统、消防警报设备等均处于蓄势待发之势，以有效控制火灾的蔓延，降低超高层住户的财产损失与人员伤亡。因此，对于超高层建筑而言，提高各类用电设备供电电源的安全性对于超高层住户的正常工作与生活具有重要意义。
4低压配电方案
4.1几种低压配电方案变电所容量及分布
变电所的所址应符合规范GB50053-2013《20kV及以下变电所设计规范》第2.0.1条要求。结合本建筑主要考虑以下几点：①尽量接近负荷中心，缩短供电半径。②运营维护界面清晰，管理方便。③尽量减少一次投资。针对本建筑有如下几种低压配电方案，如表1所示。
表1低压配电方案
4.2几种低压配电方案的经济与技术指标
本建筑空调系统采用冷冻机组、末端风机盘管模式，加独立新风系统。空调负荷为季节性负荷，容量较大，故单独为其设置专用变压器。一方面，在不使用空调的季节里可以向供电部门报停相关变压器，以减少相应费用和电能损耗。另一方面，空调负荷容量较大，启动时会造成一定程度的电压波动，单独设置变压器可以避免对其他负荷造成影响。再者，设置专用变压器使得运营管理界面清晰。以上几种方案冷冻机房供电方式一致，均为专用变压器供电，故此部分不作对比。表2与表3为几种供电方案经济与技术指标对比结果。线缆单价参照当年度线缆报价，变压器及开关柜价格采用市场上各厂家报价均值。
表2几种方案经济指标对比 表3几种方案技术指标对比
4.3几种低压配电方案分析与对比
4.3.1方案一
此方案的优点是：①变电所集中，总面积小。②由于变压器容量大，所带负荷较多同时系数亦较小，故单位容量的带负载能力比小容量变压器略高。③由于变压器容量大，负荷分配比较灵活，设计的灵活度较大。缺点是：①总容量最大，供电半径过长，电缆母线一次投资费用和年损耗过大。②线缆电压降较大需要校验，须增加部分电缆截面。③电井面积较大。④此方案变压器容量已达到民用建筑变压器最大值，给后期增容带来困难。此外，变压器低压侧短路电流很大，低压母线侧所有断路器都需要具备较高的分断能力，所以也增加了部分经济成本。
4.3.2方案二与方案三
同样两台变压器（2×800kVA），方案二设置在B2层，而方案三设置在近负荷中心侧（31层）。对比可知，无论是变电所一次投资费用还是年损耗，方案三都有很大程度的节约。可见，同一电源（变压器）设置在负荷中心比设置在远离负荷中心处具有更大优势。
4.3.3方案三与方案四
方案四：第20层（约100m处）的2台变压器（2×800kVA）给20~30层设备供电；B2层2台变压器（2×800kVA）给20层以下设备供电。方案三：将第20层的2台变压器归并到B2层，采用2台大容量变压器（2×1600kVA）。对比两种方案，区别在于是否在第20层设置分变电所。由上述计算结果可知两种方案一次投资费用和年损耗差距不大。究其原因有以下几点：①方案四中电缆部分的一次投资和运营损耗费用都比方案三有所节约，是因为方案四电源更深入负荷中心。②但方案四中变压器、开关柜部分的一次投资及其运营损耗费用比方案三有所增加。由于方案四在20层另设置一变电所，土建成本高，高低压柜的个数亦比方案三多，高低压柜亦有损耗；4台800kVA变压器的总价及损耗也比2台1600kVA变压器要高。由此可知，将电源合并设置（即用大容量变压器代替多台小容量变压器）亦有其优势；但大容量变压器距离负荷分中心不宜过远（超过150m）且容量不宜过大（对比方案一），否则电缆费用及损耗将成为主要问题。如果20~30层设备容量过大，需配置2台较大容量变压器，不能与地下二层总变电所合并使用变压器时，则宜在20层（约100m处）设置分变电所（可参考方案二与方案三对比）。
结语
本文以一超高层办公建筑为例，详细统计了其内部各级、各类负荷的容量，分析了各类负荷所占比例及分布情况。针对本建筑，文章列出了几种常见低压配电方案。通过分析对比各方案经济及技术数据指标，权衡各自优缺点，最终给出相对优化的供配电方案。此外，通过类比，亦给出本项目其他两栋不同高度超高层建筑的供配电方案，涵盖了目前几种常见高度的超超高层建筑，可为今后此类建筑的供配电方案设计提供一定参考。
参考文献：
[1]裴得晨.超高层建筑电气设计中低压配电系统安全性探讨[J/OL].建筑知识，2017（15）：1.
[2]韩旭.浅析超高层建筑电气设计的低压配电系统安全性[J].居业，2017（9）：81-82.
论文作者:吕铁疆
论文发表刊物:《电力设备》2018年第11期
论文发表时间:2018/8/2
标签：方案论文; 变压器论文; 高层建筑论文; 负荷论文; 几种论文; 变电所论文; 容量论文; 《电力设备》2018年第11期论文;