冯伟杰
茂名市城建设计院 525000
摘要：与普通建筑相比，高层建筑对电力的依赖性更强，因而供配电系统的可靠性也要求更高。针对高层建筑供配电的特点，本文对负荷分级、负荷计算、供配电系统设置以及电线、电缆选型与配置等问题进行了探讨。
关键词：供配电系统；设计；高层建筑
随着城市经济的快速发展以及土地资源的日益珍贵，高层建筑越来越多，它们不仅改变了城市面貌，也给在城市工作和生活的人们带来极大的便利。电气设备是现代建筑中不可或缺的部分，而高层建筑中的用电设备和人员都高度集中，因此对供电可靠性要求很高。供配电系统设计是高层建筑电气设计中的重要组成部分，涉及高层建筑的电力供应和分配，良好的供电质量是用电设备可靠运行的基本保障，而合理的电力分配是满足用电高效、经济、可扩展性的先决条件。鉴于此，本文对高层建筑供配电系统设计进行了探讨。
1 负荷分级、计算与供配电系统设置
1.1 负荷分级
负荷分级是选择供电方式的主要依据，不同等级的负荷对供电可靠性有不同的要求。按照《民用建筑电气设计规范》（JGJ 16-2008）第3.2.1规定，用电负荷分为三级负荷。一级负荷为很重要的负荷，中断供电将造成人身伤亡、重大影响或重大损失、对有重大影响的用电单位的正常工作造成破坏三种情况之一。二级负荷为有较大影响或损失、影响重要用电单位秩序情况之一的负荷。由于高层建筑分为一类高层建筑（≥19层居住建筑和一类公共建筑）和二类高层建筑（10层～18层居住建筑和二类公共建筑），只有一类高层建筑中的消防用电、应急照明、走道照明、安防用电、信息系统用电、客梯用电、供水泵、排水泵等为一级负荷，二类高层建筑相应的此类负荷都为二级负荷。一级负荷与二级负荷以外的用电负荷都为三级负荷。由此可见，一类高层建筑可能从一级负荷到三级负荷都有，也可能只有一级负荷和三级负荷，而没有二级负荷，但二类高层建筑必有二级负荷和三级负荷。
1.2 负荷计算
负荷计算是供配电系统设计中的重要工作，其计算结果是选择配电变压器和申请用电容量的主要依据。常用的计算方法包括需要系数法、负荷密度法、单位指标法等，在初步设计阶段一般采用负荷密度法和单位指标法，而在施工图设计阶段采用需要系数法。例如某酒店建筑采用负荷密度法进行计算，根据建筑使用性质、空调负荷、照明负荷、动力设备使用状况、设备管理运行状态等情况，再结合实践总结来确定负荷密度，一般情况下空调用电负荷约30～40W/m2，照明用电负荷约20～50 W/m2，再加上其他用电负荷，确定变压器负荷密度为100VA/m2。
1.3 供电电源
JGJ 16-2008第3.2.8规定一级负荷应由两个电源供电，并且两个电源不应同时发生故障，一级负荷中特别重要负荷除两路电源外，尚应增设应急电源。这里的两个电源是指引自电力网的电源（市电），有人认为两个电源可以一个市电，另一个非市电（如柴油发电机），这样理解与JGJ 16-2008条文说明是有冲突的。因为涉及到一级负荷中除特别重要负荷以外，其他负荷的供电可靠性保证问题，如果两路电源都为市电，遇到城市电网瘫痪时两路电源都无法保证供电安全，所以也应为其增设柴油发电机供电。设置应急电源时，为了防止其与工作电源并列运行而被拖垮，所以应将各主开关设置成联锁关系；同时在启动应急电源（如柴油发电机）时，重要负荷用电设备应错开启动时间，避免用电设备同时启动使柴油发电机组启动过重而熄火[1]。图1为某工程一级负荷供电电源各主开关的联锁关系，图中QA3为电动合闸，联络时要断开QA1或QA2才能合闸；若取消联络必须先断开QA3，才能合上QA1或QA2。而对于信息系统、弱电设备等重要负荷可采用UPS电源作为柴油发电机启动期间的应急电源，柴油发电机启动后可转换到柴油发电机组电源。二级负荷可采用双电源或两回路供电，三级负荷一般采用单电源供电。
1.4 变、配电所设置
根据《20kV及以下变电所设计规范》（GB 50053-2013）第2.0.1～2.0.6，变电所宜接近负荷中心、近电源侧、方便进出线、方便设备运输，不宜设在振动、高温、多尘、有腐蚀性、潮湿积水、有爆炸危险、临近有电磁干扰要求场所等，非充油变压器可设在高层建筑地下层、避难层、设备层和屋顶，但不宜设在最底层；油浸变压器只能设在地上首层非主体建筑内，并且靠外墙的部位。以某15层办公楼（二类高层建筑）为例，总用电负荷为1000kVA，其中照明负荷、动力负荷分别为300 kVA和700 kVA，重要负荷（二级负荷）为400 kVA，选用1台SCB10型10kV/0.4kV干式变压器，联接组标号为Dyn11，变电所设在-1层（该建筑有-1，-2两层地下室）。
变压器运输是高层建筑电气设计必须考虑的问题，目前主要采用施工货梯（或塔吊）、电梯井道、建筑物内货梯、外墙吊装等方式运输，这对高区变压器的选择产生一定影响，一般3t货梯运输的变压器容量不超过1000kVA，如超过这个容量需要考虑其他方式。较大型的变压器首次吊装可利用塔吊，后期维护只能采用外墙吊装方式，但这需要屋顶预留吊装锚杆，机房大梁上预埋吊钩，外墙上预留可打开的孔洞[2]。
变电所噪声控制也是电气设计不应忽视的问题，为此最好在变电所上下设置夹层，不能满足时应在变电所内部墙壁、房顶、地面设置隔音材料层，变压器底座上设置减震装置，并设置软母线过渡，这些措施可降低变压器噪声[3]。
1.5 低压配电系统
低压配电系统的设计应以可靠性、安全性、灵活性、低能耗、技术先进和经济合理为原则，配电多采用单母线分段+应急母线段方式，并设母联开关。为了保证变压器正常运行，应设置机械、电气联锁，确保投切时断开非消防负荷及非保障负荷。在主母线与应急母线之间应设置应急转换开关，两段主母线失电后可以立即启动柴油发电机组，以保证消防及重要负荷用电。变电所设置在建筑物内一般采用TN-S接地系统，重要负荷可采用放射式配线，照明负荷和空调负荷采用放射式与树干式结合方式配线。
2 电线、电缆选型与配置
2.1 选择依据
高层建筑人员密集，对电线、电缆的安全性提出了较高要求，满足防火要求是选择的主要依据之一，为此应选用低烟低毒类型，以降低火灾时线缆对人员生命安全的威胁性，另外还要保障消防设施配电干线电缆火灾时的可靠性[4]。此外，应按照发热、电压损失、机械强度、热效校验、动效校验、经济电力密度等原则选择电线、电缆的截面[5]。
2.2 电线、电缆选型
非消防用线缆（即基本线缆）主要类型有聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套电缆（VV）、聚氯乙烯绝缘电线（BV电线）、交联聚乙烯绝缘阻燃电缆/电线（ZR-YJV、ZR-BV）、阻燃低烟无卤交联聚乙烯绝缘电力电缆（WDZ-YJY）、阻燃低烟无卤交联聚乙烯绝缘电力电线（WDZ-BYJ）等。二类高层建筑建议采用VV、BV、ZR-YJV、ZR-BV等类型的线缆；一类高层建筑（包括超高层建筑）应采用WDZ-YJY或WDZ-BYJ线缆。
消防用线缆主要类型包括聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套耐火电缆（NH-VV）、聚氯乙烯绝缘耐火电线（NH-BV）、交联聚乙烯绝缘/聚氯乙烯护套耐火电缆/交联聚乙烯绝缘耐火电线（ZN-YJV、ZN-BYJ）、交联聚乙烯绝缘/聚烯烃护套低烟无卤耐火电缆/交联聚乙烯绝缘低烟无卤耐火电线（WDZN-YJY、WDZN-BYJ）、矿物绝缘电缆（BTTZ、BTTQ）等。二类高层建筑消防用线缆宜采用NH-VV或NH-BV线缆，有条件时也可采用ZN-YJV或ZN-BYJ线缆；一类高层建筑一般应采用WDZN-YJY或WDZN-BYJ线缆，有条件下也可采用BTTZ或BTTQ线缆；超高层建筑应采用BTTZ或BTTQ线缆。
2.3 竖向干线配置
高层建筑干线一般通过竖井进行布线，强、弱线路应分设竖井，同一井道内的高压、低压和应急电源线路之间至少相距30cm，否则应采取隔离措施。竖井的服务半径不应超过50m。竖井内干线包括动力配线、楼层负荷配线、应急照明配线、走道照明配线等，动力负荷竖向配电采用放射式，其他负荷竖向配电一般采用树干式配电。为了提高供电可靠性，楼层负荷可采用双母线奇偶层方式，应急照明与走道照明应分设配电箱，应急照明两路电源应可自动切换。
3 结语
高层建筑供配电系统关系到建筑内人员用电的安全性和可靠性，在进行设计时除了要严格遵守国家相关标准规范以外，还要结合建筑的实际特点，如负荷性质、用电容量、供电方式等基本条件进行优化选择，在保证供电安全可靠性的前提下具备一定的灵活性和可扩展性。由于高层建筑供配电系统设计中的内容很多，本文仅针对其中一些问题进行了讨论，不妥之处还望读者不吝斧正。
参考文献：
[1] 宣仲国，孔海涛.某超（限）高层建筑供配电系统设计简析[J].建筑电气，2012，31（12）：48-52.
[2] 黄小玲.超高层建筑电气设计实例介绍[J].重庆建筑，2014，13（11）：41-44.
[3] 丁式横.超高层建筑供配电设计探讨[J].现代建筑电气，2013，4（9）：33-35.
[4] 袁幼哲.超高层建筑电气设计的主要特征[C]//湖北省土木建筑学会.第三届中国中西部地区土木建筑学术年会论文集.湖北土建第42卷专刊：305-308.
[5] 侯慧敏.高层住宅楼电气设计与研究[J].西安：长安大学，2013.
论文作者:冯伟杰
论文发表刊物:《基层建设》2015年19期供稿
论文发表时间:2015/12/25
标签：负荷论文; 高层建筑论文; 电源论文; 电线论文; 变压器论文; 电缆论文; 变电所论文; 《基层建设》2015年19期供稿论文;