摘要：高层建筑供配电系统关系到能否满足用户的用电需求和安全便利性，因此本文阐述了供配电设计的一般要求，再结合案例分析了中低压配电线路的设计。
关键词：高层建筑；中低压；配电线路；设计
电气是建筑的重要组成部分。随着科技的发展和智能建筑的兴起，电气在建筑中的作用更加突出。安全、可靠、实用的电气是建筑高效运营的基础，而要实现这一目标，良好的设计是基本保障。通常，高层建筑电气比中低层建筑电气规模更大，相应地系统也更复杂。为了提高设计效率，并充分展示优秀设计成果，本文对高层建筑中低压配电线路设计进行了探讨。
1 高层建筑供配电设计一般要求
1.1 负荷分级
根据《民用建筑电气设计规范》（JGJ 16-2008）第3.2.1条，民用建筑用电负荷按供电可靠性要求分为一级至三级负荷。中断供电会造成人身伤亡、重大影响、重大损失、公共场所秩序混乱、中毒、爆炸、火灾等严重后果的为一级负荷；中断供电造成较大影响、较大损失、影响重要用电单位正常工作、公共场所秩序混乱的为二级负荷；一、二级负荷以外的为三级负荷。一类高层建筑中的消防用电、重要照明（走道照明、值班照明、警卫照明等）、计算机系统用电、安防系统用电、客梯用电、给排水泵用电为一级负荷，二类高层建筑中的消防用电、主要通道及楼梯照明用电、客梯用电、给排水泵用电为二级负荷。按照《建筑设计防火规范》（GB 50016-2014）第5.1.1条，一类高层建筑是指建筑高度大于54m的住宅建筑以及建筑高度大于50m的公共建筑、建筑高度24m以上部分楼层建筑面积大于1000m2的商贸电信金融类建筑、医疗建筑等；二类建筑是指高度大于27m不大于54m的住宅建筑以及非一类公共建筑。
1.2 电源及供电回路设置
为满足一级负荷供电高可靠性要求，JGJ 16要求采用双电源供电，一个电源发生故障，另一个电源应能可靠供电，也就是说要配置两个独立电源；而且一级负荷中特别重要的负荷还应增设应急电源。二级负荷一般采用单电源供电，但要求采用两回线路供电。采用双电源供电或单电源+备用电源（应急电源）供电时，为保障供电的持续性，电源切换过程和时间需满足相关电气设备要求[1]。采用两回线路供电时，一路中断供电，另一路应能满足全部一、二级负荷的供电要求。备用电源一般采用柴油发动机，其容量应大于建筑中一级负荷的容量[2]。
1.3 配电电压的确定
高层建筑高压配电电压一般采用10kV，有不少国家采用20kV作为配电电压，我国也有城市应用20kV的成功案例，故条件许可时配电电压可选用20kV，以利于节能。考虑到低电压线路长距离压降问题，可将高压配电电压直接引至设备层，在设备层建变电站实行区域供电[3]。低压配电电压一般采用220V/380V。
1.4 配电方式选择
配电方式分为放射式、树干式、环式、链式、混合式等。高压配电宜采用放射式，因为供电可靠性高，发生故障后切换方便，且有利于实现自动化，但线路和设备多，造价高；对供电可靠性要求不高的情况下也可采用树干式；环式也适合高压配电，为简化保护设计多采用开路环式。低压配电多采用树干式；但容量较大的集中负荷或重要负荷，为提高供电可靠性应采用放射式；距离配电室较远，彼此相距很近、小容量的次要负荷可采用链式配电，但一条链上不宜超过5台设备；作为一种折中方案，可将树干式与放射式组合成混合式配电。
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1.5 负荷预测与计算
合理的负荷预测与计算是满足用电需求的基础，高层建筑用电量大、集中，而且往往存在多个电源和配变室，负荷预测的准确性对建筑使用功能和投资造价影响较大。预测负荷时，应根据建筑类型、负荷供给对象、负荷结构等特点，预留一定容量，以便日后扩容改造，但预留过多将增加投资，并可能造成资源浪费。负荷计算是根据热效应平衡条件进行的，常采用需要系数法、单位指标法、负荷密度法等。采用需要系数法计算负荷时，需考虑同时系数与需要系数的关联性。
2 高层建筑中低压配电线路设计案例
2.1 项目概况
有1高层商住楼地上32层，地下2层，总建筑面积约2万m2。来自上级变电所的10kV高压电缆引至负1层地下变配电室，开关切断容量为200MVA。统计照明负荷共2045kW，其中应急照明45kW，消防照明12kW。统计动力负荷共449.81kW，其中消防风机11kW，给水泵25kW，潜污泵3kW，电梯54kW，防排风机共57.5kW。
2.2 短路电流计算
采用标幺值法计算短路电流，令d-1、d-2为变压器高、低压母线。计算结果为：阻抗X d-1=2.02，X d-2=8.37；对电器开关切断能力校验I d-1（3）=2.72，I d-2（3）=17.20；对高压二次保护及开关灵敏度校验I d-1（2）=2.36，I d-2（2）=14.91；对低压二次保护及开关灵敏度校验I d-1（1）=0.91～1.36，I d-2（1）=5.73～7.46；对电气设备与导线热稳定性校验I∞，d-1=2.72，I∞，d-2=17.20；对电气设备与导线动稳定性校验Ich，d-1=6.94，Ich，d-2=31.65。
2.3 负荷计算
采用需用系数法进行负荷计算。计算结果：照明总进线1计算电流364.65A，照明总进线2计算电流404.16A，应急照明配电计算电流45.58A，动力总进线计算电流319.31A。
2.4 配电方案
确定应急照明、消防电梯、电梯、防排烟风机、给排水泵用电为一级负荷，其余为三级负荷。采用两台独立变压器供电，360kW柴油发动机组为应急电源。一级负荷采用放射式供电，其他负荷采用混合式供电。
2.5 布线方案
民用建筑宜选用铜芯电缆，并根据经济电流密度、发热、电压损失、机械强度、热稳定性、动稳定性等进行选择和校验。本项目进线采用YJV22型电缆，穿镀锌管敷设；照明干线采用CFD系列穿刺分支电缆沿竖井电缆桥敷设至各楼层配电箱，配电箱至表箱采用BV线穿铁管敷设，表箱至进户箱采用BV线穿塑管沿顶棚暗敷；动力线采用WDZN-YJ（F）E电缆沿电缆桥架敷设；消防干线采用WDZN-YJ（F）E电缆，支线采用WDZN-BYJ（F）E电缆。竖井外电缆桥架明敷应作防火处理，暗敷应在防火结构内。电缆桥架水平敷设采用托盘或槽式。布设在同一桥架内的双回路电缆以隔板隔开。穿墙管线缝隙应以防火材料填塞。电缆选择原则上须遵守发热、电压损失、热稳定性三项原则，低压系统可免热稳定性校验，但高层商住楼需做电压损失校验，本项目采用发热、电压损失及与开关配合三项原则选择和校验电缆。照明进线、干线确定为70、95、120、240（mm2），应急照明干线确定为25mm2，三相动力线确定为25、70（mm2）。
3 结语
高层建筑中低压配电线路的设计应符合经济、安全、高效、最优的原则，设计时，应遵循标准规范要求，合理布局，避免重复建设和资源浪费。用户用电安全是必须满足的条件，但同时也必须基于效率原则合理分配电能、均衡配电设计，保证电力系统稳定高效。为了达到这些目的，应运用最优化设计，这样才能取得最佳的综合效果。
参考文献
[1]魏清河.谈高层建筑供配电系统的设计[J].山西建筑，2015，41（14）：123-124.
[2]刘新明.浅谈高层建筑电气中的低压配电设计[J].林业科技情报，2016，48（4）：78-79，85.
[3]高建涛.超高层建筑电梯配电设计要点探讨[J].建筑电气，2015（11）：12-17.
论文作者:练文荣
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第29期
论文发表时间:2018/12/20
标签：负荷论文; 高层建筑论文; 电缆论文; 建筑论文; 电压论文; 电源论文; 线路论文; 《建筑学研究前沿》2018年第29期论文;