超高层建筑供配电浅述（共7篇）
超高层建筑供配电浅述 篇1
0 引言
随着我国建筑业不断发展, 城市发展水平不断提高, 超高层建筑正成为一个城市发展水平的体现, 甚至是一个城市的标志性建筑。然而, 超高层建筑就像一条竖立起来的街道, 存在着安全、交通、环境及能源消耗等多种难以妥善解决的问题, 越是向高处发展, 安全性、耐久性及适用舒适等问题就愈多, 对各个专业的要求就越高。本文通过工程实例对超高层建筑的供配电系统进行简要的介绍。
1 工程概况
该项目地上32 层, 地下1 层, 建筑高度124. 2m, 分为S1、 S2 双塔, 地上总建筑面积131 260. 26m2, 地下总建筑面积24 885. 58m2。建筑地下1 层为车库, 地上1 ~ 4 层为大型商业裙房, 5层及19 层为人员避难层, 其余层为办公用房。
2 负荷分级及供电电源
本工程内的火灾自动报警系统、消防泵、喷淋泵、消防电梯、防排烟设备、火灾应急照明及航空障碍灯等消防负荷按一级负荷要求供电; 商场内营业厅备用照明、弱电机房、生活水泵、客梯电力、排污泵、安防系统及主要通道照明等设备按一级负荷要求供电; 商场经营管理用计算机系统用电为一级负荷中特别重要负荷, 商场的营业厅照明及空调为二级负荷, 其他为三级负荷。
经计算, 本工程总用电容量为8 986k VA, 共设6 台1 250k VA及4 台1 000k VA变压器, 从城市高压电网引入2 路10k V电源 ( 双重电源) , 当一路电源发生故障时, 另一路电源不应同时受到损坏, 2 路电源互为备用, 均可以负载全部的一、二级负荷。
本工程中的商场经营管理用计算机系统用电为一级负荷中特别重要负荷, 此类负荷对供电连续性要求较高, 容量较小, 因此采用UPS不间断电源作为应急电源。
3 高压配电
据当地供电部门提供的资料显示, 该项目所在区域的10k V城市电网采用两个不同区域变电站 ( 110k V区域变电站) 出线形成的双环网, 经与供电部门及当地行业内专家论证后, 最终确定从10k V双环网中的两个环网柜 ( 分别位于两不同环网中) 分别引入1 路10k V电源。该工程地下10k V开闭所内高压侧选用单母线分段中间设置联络开关的接线方式, 两路电源互为备用, 当一路电源故障时, 分段断路器自动投入, 高压主进开关与联络开关之间设电气联锁, 任何情况下只能闭合其中的两个开关。
4 变配电所及竖井选址
变配电所是整栋建筑电力系统的心脏, 其位置是否合理关乎整个配电系统的合理性及可靠性, 其位置应深入负荷中心, 以缩短低压供电半径, 降低电能损耗, 节约有色金属, 减少电压损失, 提高供电质量; 低压线路的供电半径应根据具体供电条件, 干线一般不超过200m, 否则应考虑增设变配电所[1,3]。
本工程总建筑高度为124. 2m, 高度远未达到200m, 考虑到设备的运输、装卸及搬运, 宜在地下层设置高压变配电室。本工程变压器台数较多, 若将变压器集中设在一处, 则变配电所的位置需设在两栋塔楼中间 ( 图1) , 此种方案中高压变配电室内的设备太多, 发热量及噪声较大, 桥架管线太集中, 供电半径较大, 存在诸多不合理之处。
为此, 在地下一层设置2 处高压变配电室 ( 图2) , 每处变配电室内设5 台变压器, 变配电室分别设置于S1、S2 塔楼下, 有效地缩短了供电半径, 同时便于管线敷设。
竖井宜按防火分区布置并深入负荷中心, 该工程S1、S2 塔楼分别在核心筒区域设置竖井, 商业裙房按防火分区及供电半径设置竖井, 各竖井的配电半径不超过50m。
5 低压供配电系统
低压配电系统应满足较高的供电可靠性和供电质量, 系统接线应简单、操作安全、方便维修并具有一定的灵活性。
1) 为了确保供电可靠性及灵活性, 保证当供电系统内部设备发生故障检修时, 影响范围不致过大, 重要的负荷不受到影响, 本工程中低压侧采用单母线分段中间设联络开关的运行方式。
2) 考虑空调负荷为季节性负荷, 将其单独设置变压器; 同时考虑该工程中1 ~ 4 层为商业用房, 其他为办公用房, 为将来物业管理的方便性, 商业用电与办公用电分别单独设置变压器。
3) 普通照明、应急照明、普通电力、空调电力、消防电力分别自成配电系统; 供电干线按防火分区、功能分区、竖向或水平分区划分供电区域。对于单台容量较大和较重要的用电负荷 ( 如电梯、水泵等) 从低压柜放射式配电; 对于照明及空调负荷采用树干式配电。
4) 对于办公层照明及空调负荷, 由于采用树干式配电且层数较多、容量较大, 因此采用密集型母线槽配电; 此种配电方式可以减少电缆的使用量, 但事故时影响范围较大, 为减少事故范围同时方便施工, 母线槽容量不易过大, 本工程中采用奇偶层交错的方式配电, 每根母线槽配电层数控制在10 层左右, 容量控制在1 600A以下。
5) 一级消防负荷及一级非消防负荷采用双电源末端自动切换供电; 二级负荷采用专线配电, 备用电源由母联开关提供。
6 避难层
超高层建筑中的避难层是为人员暂时躲避火灾及其烟气危害所设的楼层。在发生火灾时, 要保证避难层内的用电设备可靠地工作且不受其他层用电设备影响, 因此避难层内的应急照明、消防风机等设备应从低压柜采用单独的专线配电, 如图3 所示。
7 消防与非消防负荷的设计
建筑的低压配电系统主接线方案应遵循安全、可靠、合理的原则, 以保证当切断生产、生活电源时, 消防电源不受影响。
目前国内主要有两种设计方案: 不分组方案和分组方案。对于不分组方案, 常见消防负荷采用专用母线段, 消防负荷与非消防负荷共用同一进线断路器或消防负荷与非消防负荷共用同一进线断路器和同一低压母线段。对于分组设计方案, 消防供电电源是从建筑的变电站低压侧封闭母线处将消防电源分出, 形成各自独立的系统。
对于消防负荷与非消防负荷是否需要分组, 国内外标准均未做具体规定, 从国际电工委员会标准 ( IEC 60364-5-56 中560. 6. 5 条) 可知, 消防设备的供电也可以采用不分组设计方案: 560. 6. 5.Separate, independent feeders from a supply network shall not serve as electrical sources for safety services unless assurance can be obtained that the two supplies are unlikely to fail concurrently[6]。
2011 ~ 2012 年笔者参与设计了毛里求斯西乌萨格拉姆国际机场 ( Sir Seewoosagur Ramgoolam International Airport) 项目, 该项目采用英国标准设计, 其中消防设备的供电即采用不分组的设计方案, 见图4。
近年来多起火灾案例中 ( 尤其是老旧建筑) 曾发生消防灭火设备在火灾初期可启动灭火, 但在灭火过程中发生主电源跳闸, 消防灭火设备不能正常工作, 耽误了最佳灭火时间。经事故分析得知, 在发生火灾时, 非消防负荷没有被可靠地切除, 在救援过程中, 消防水四溢导致配电线路发生接地故障或短路, 造成越级跳闸使主进线断路器无法接通电源。如果消防负荷与非消防负荷不共用同一母线段, 在发生火灾时, 可以在变配电室中直接手动操作总开关将非消防母线段切掉, 避免在灭火过程中消防电源受非消防电源的影响。
经与当地消防部门及行业内专家协商后, 本项目采用负荷分组设计方案, 最终方案如图5 所示。
8 节能
电能是社会可持续发展的重要因素, 加强建筑电气供配电系统的节能设计有着长远的意义。建筑电气供配电系统中会产生电能损耗的主要因素有供配电线路、变压器、照明设备及用能管理不科学等, 若不采取行之有效的节能措施, 会造成极大的电能浪费。针对以上几种产生电能损耗的因素, 本工程采取以下节能措施。
1) 采用10k V电压等级供电, 合理选择变配电所位置, 使其靠近负荷中心, 同时选择合理的配电路径, 使线路尽可能缩短, 降低线路损耗。
2) 变压器的负载率在50% ~ 60% 时, 其有功功率损耗最低[4], 但负载率太低会造成变压器的初装台数增多, 初始投资增大, 短时间内难以通过节能来收回投资费用。本项目中使用低损耗节能型干式变压器, 有效降低变压器的空载损耗, 同时在设计时将变压器的负载率控制在70% ~85% , 使其接近经济运行方式, 不仅节能且降低初始投资。
3) 本工程中空调负荷为季节性负荷, 且容量较大, 因此单独设置空调专用变压器, 在春、秋季空调不需运行时可以停用, 以利于节能。
4) 在变压器低压侧采用静止无功发生器进行自动无功功率补偿, 提高配电系统的功率因数, 降低线路损耗, 减少变压器的铜损及电压损失, 提高发配电设备的供电能力。
5) 电机采取节能控制方式, 如生活水泵采用变频控制、电梯采用智能控制、排污泵采用液位传感器控制、排风机采用定时及温度控制。
6) 设置能耗监测系统, 实时记录建筑物用能状况, 自动进行能耗数据处理, 完成建筑能耗结构、建筑用能效率以及建筑节能潜力数据分析, 及时发现、纠正用能浪费现象。
除以上节能措施外, 本工程还采用效率高、能耗低、性能先进、耐用可靠、由绿色环保材料制成的电气装置。
9 谐波治理
1) 谐波源
用户向公用电网注入谐波电流的电气设备或在公用电网中产生谐波电压的电气设备, 统称谐波源[5]。民用建筑中常见的谐波源主要有换流设备 ( 整流器、逆变器、变频装置) 、铁芯设备、照明设备及空调等非线性电气设备。
2) 谐波危害
电网中的谐波会降低电动机的效率, 增加发热量, 缩短其使用寿命; 过大的谐波电流会使变压器产生附加损耗, 从而引起过热, 使绝缘介质老化加速; 电网中的谐波电流还会引起并联电容器过载发热甚至导致谐波、谐振等, 高次谐波含量较高的电流能降低断路器的开断能力, 除此之外, 谐波还对电子设备、继电保护、通信线路产生不同程度的影响。
3) 抑制谐波技术措施
减小谐波影响的措施有很多, 本工程中采取抑制谐波的主要措施有: ( 1) 采用接线组别为D, yn11 的变压器, 有效抑制配电系统中的3n次谐波电流。 ( 2) 在变压器低压侧设置有源电力滤波器, 可以有效滤除电网中的谐波, 同时实现节能、降耗。 ( 3) 采用静止无功发生器, 提高功率因数, 克服三相不平衡、消除电压闪变和电压波动, 抑制谐波污染。 ( 4) 设计时对各个配电箱进行整体负荷分配, 以保持三相负荷平衡, 可有效地减少3 次谐波的产生, 有利于设备的正常用电, 减小损耗。
10 结束语
本文结合具体的工程实例, 详细地介绍了超高层建筑供配电系统的设计以及项目中采取的一些节能及谐波治理措施, 并通过国内外标准及工程实例对比, 详细阐述了消防负荷与非消防负荷是否分组的现状及各自的利弊。超高层建筑电气设计的内容较多, 如照明设备、电缆的选择等, 限于篇幅, 本文不再论述。
参考文献
[1]住房和城乡建设部工程质量安全监管司, 中国建筑标准设计研究院编.全国民用建筑工程设计技术措施:电气[M].北京:中国计划出版社, 2009.
[2]中华人民共和国住房和城乡建设部, 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.建筑设计防火规范 (GB 50016-2014) [S].北京:中国计划出版社, 2015.
[3]中华人民共和国住房和城乡建设部, 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.20k V及以下变电所设计规范 (GB 50053-2013) [S].北京:中国计划出版社, 2014.
[4]钢铁企业电力设计手册编写组编.钢铁企业电力设计手册 (上册) [M].北京:冶金工业出版社, 2014.
[5]中国航空工业规划设计研究院等编.工业与民用配电设计手册 (第3版) [S].北京:中国电力出版社, 2005.
[6]IEC 60364-5-56, Low-voltage electrical installations-Part 5-56:Section and erection of electrical equipment-Safety services, Edition 2.0[S].2009-07.
浅论高层建筑消防供配电设计要点 篇2
[关键词]高层建筑；消防；供配电；设计
一、高层消防用电设施对供电系统的要求
消防用电设施对供电系统的要求如下： 首先，是供电的可靠性。高层民用建筑发生火灾时，主要利用建筑物自身的消防设施进行灭火和疏散人员、物资，而建筑物的消防设施一般来说都离不开电。因此，如果没有可靠的电源，就不能及时地报警、灭火，不能有效地疏散人员、物资和控制火势的蔓延，势必造成严重的损失。因此，合理的确定电力负荷等级，保障高层民用建筑消防用电设施的供电可靠是非常重要的。 其次，是断电的区分性。为防止火灾时火势沿电气线路、设施蔓延扩大火灾区域，威胁消防人员的安全，根据火灾的具体情况，必须切断部分或全部非消防设施的供电电源。供电系统的设计，既要保证消防设施供电，又需灵活地有选择性地及时切除非消防电源，这是设计应认真考虑的一个重要因素。 最后是电源切换的时间性。有些高层建筑根据主电源的可靠程度，备有应急发电设备作为消防备用电源。为了保证发生火灾时各项救灾工作的顺利进行，消防用电设施2个电源的切换方式、切换点和应急发电设备的启动方式等都是消防供电系统应予考虑的问题。其中，2个电源转换的时间能否满足消防设施的要求很重要。
二、高层建筑消防供配电设计要点
（一）高层建筑消防设备电气配线
规范对消防用电设备配电线路的要求根据“高规”规定，消防配电线路应符合下列要求： （1）当采用暗敷设时，应敷设在不燃烧体结构内，且保护层厚度不宜小于30mm。 （2）当采用明敷设时，应采用金属管或金属线槽上涂防火涂料保护。 （3）当采用绝缘和护套为不延燃材料的电缆時，可不穿金属管保护，但应敷设在电缆井内。
（二）按规定设置ATS和UPS
1.末端ATS的设置
火灾自动报警、消防通信、火灾广播、联动控制等消防用电设备均设有应急电源。当使用的电源故障停电时，被停止供电的重要负荷采用电源自动切换装置（ATS）切换至另一电源。《高层民用建筑设计防火规范》第9.1.2条规定：“高层建筑的消防控制室、消防水泵、消防电梯、防排烟风机等的供电，应在最末一级配电箱处设置自动切换装置”。ATS设在起端（如在变电所低压的第一级配电处）和设在末端相比，末端设ATS时，除了电源故障停电能自动切换外，当配电设备故障或低压线路上发生故障而停电时，末端ATS也能动作，增加了负荷的供电可靠性；起端设ATS时，如果配电设备或低压线路发生故障而停电，该ATS不动作，这样就无法保证负荷的继续供电，所以末端ATS比起端ATS更为可靠。在有的设计中自动切换装置不是设在最末一级配电箱，双电源线路进楼后，总配电箱处设了自动切换装置，而从此后是单回路至各层消防配电箱，显然这种设计是不符合要求的。
2.电脑用电应设UPS
火灾自动报警系统中的显示装置、消防通讯设备、计算机管理系统、火灾广播等的交流电源应设UPS装置供电。对于电脑用电负荷，在使用中如果电源突然中断，会使电脑中的信息消失，《民用建筑电气设计规范》中规定：“当用电负荷允许中断时间在1.5s以内时，应设不间断电源装置。”
（三）消防用电设备保护控制装置
根据有关规范规定，在发生火灾时，为确保消防设备连续运行，避免发生更大损失，消防设备的电动机过载保护应仅作用与信号。但笔者认为对于无备用机组的保护设备和有备用机组的保护设备的保护要区别对待。
对于无备用机组的消防设备，如排烟风机等，应严格按照规范要求设计保护控制装置，过负荷保护仅作用于信号而不切断电源的目的。
但对于有备用机组的消防用电设备（如消防泵等）则需要灵活使用。设置保护装置时，工作机组过载时应作用于跳闸，自动投入备用机组；而备用机组过载时只能作用于报警信号。工作机组应设过载保护并作用于跳闸，是为了避免过载引起短路故障，而拖垮该组消防用电设备的两路电源，以致备用机组无法投入运行；而备用机组不设过载保护或过载保护只作用于信号，是为了尽量延长消防用电设备的运行时间，以利有效扑灭火灾。
对有备用机组的消防用电设备设置保护装置时，均设计成过载时不切断电路，只发出报警信号，这是不合理的。
（四）消防配电存在的其它问题
目前普遍存在的配电问题有： （1）部分消防用电设备如消防控制室、消防泵的电源不是采用专用的消防电源供电，而使用一般负荷线路上的插座为电源，这样在发生火灾的情况下，在建筑主电源切断后，消防用电设备的电源也随之停电，消防设备全面瘫痪，其火灾损失不可估量。（2）有些互为备用的消防设备如消防水泵等在末端集中进行两电源互投时，没有采用各设备均从消防配电室放射供电方式，而是从配电室引出一主线，在末端并联互备设备。这样做的结果是一旦主线引起故障（而主线引发故障的机率很大）互备用设备均失去电源，无法起动，达不到预期的效果。（3）在消防联动设备的配电共用，没有按规定在最末端的配电箱设两路自动切换装置，或自动切换装置的质量差，可靠性低。在火灾发生情况下，备用电源不能自动切换成应急电源，供电中断。有的使用手动切换，当消防人员到达火场后再找切换装置进行电源切换，这将延误战机，造成重大损失。
解决问题的措施：
（1）正常工作电源和应急电源应自成系统，独立配电。当电力与照明分开供电时，则电力与照明应分别设有正常工作电源配电系统与应急配电系统。保证消防用电等一类负荷在火灾情况下，由应急电源连续供电，二类负荷保证两回路切换供电。（2）在消防用电的配电设计安装时，对用电量大或较集中的消防用电设备，如消防控制室，消防水泵等，应从配电室开始采用放射式供电，并保证主用设备和备用设备的供电线路相互独立。（3）消防系统各设备的配电共用，应在最末端的配电箱设两路自动切换装置，并安装高质量的电源自动切换装置。如果安装的是手动切换装置，则宜在设备房配电箱内。这样在应急情况下消防人员能在短时间容易找到并实现切换。
参考文献：
[1]赵丽萍.超高层建筑电气设计要点[j].中华民居， 2013年18期
超高层医院建筑供配电设计探讨 篇3
一、供电系统设计
超高层医院建筑高度一般在100m以上, 其供电系统安全性和经济性尤为重要, 需根据工程的规模及特点、安装负荷的性质、用电量及经济条件, 考虑其需求。
供电电源的原则为:减少配电级数、简化接线、减少电压损失、提高电能质量和经济合理。
通常按医院性质和超高层建筑特点, 城市电网需提供10k V两路电源或者20k V电源+柴油发电机作为供电电源。
低压配电线路的供电半径一般控制在150m以内, 因此超过此范围高度的建筑, 通常应在避难层设置变电所。柴油发电机分为两个配置, 一个供给低区作为一路备用电源, 一个供给高区作为另一路备用电源。
后备电源选用快速自启动发电机组, 供电时间15s~30s。UPS不间断电源, 满足医疗设备的供电时间要求;EPS应急电源, 供应急照明系统。
两路市电与柴油发电机切换方案原则是:第一, 考虑变压器运输问题, 装于避难层的变压器容量建议不大于800k VA;第二, 供给高区的电源可适当调高柴油发电机出口电压, 缓解输电距离长对电压的损失。
二、线缆的选择和敷设
配电线缆选择和敷设主要考虑以下问题:
首先, 消防线缆的选择应符合《建筑设计防火规范》GB50016-2014第10章的要求, 消火栓泵、消防电梯、喷淋泵、加压风机、排烟风机、加压泵和消防控制室等的干线应采用矿物绝缘电缆, 且须采用梯架敷设, 不建议采用槽盒式桥架 (降低载流量, 一味追求外观整齐) 。
其次, 消防配电线缆穿越相邻防火区, 应采取有建筑构件耐火极限的不燃烧材料进行填充和封堵。
消防回路与非消防回路应分开供电, 避免切非时对消防负荷的影响;低压柜消防负荷与非消防负荷低压柜应分开设置, 便于管理。
三、结束语
综上所述, 经过对超高层医院建筑的供电方案比较, 笔者认为150m左右的建筑避难层不需要设置分变电所, 小于250m的建筑可选择方案一, 超过250m的建筑建议选用方案二, 以满足超高层建筑对供电安全、可靠性、前瞻性的要求。
摘要：文章介绍了超高层医院建筑的特点, 探讨了高区变配电站的系统设计要点、设备运输和降噪问题以及配电线缆选择和敷设等问题, 提出了两种不同的设计方案, 以供同行参考。
关键词：超高层医院建筑,变配电系统,设计
参考文献
[1]刘建.医院建设项目供配电系统设计方案探讨[J].中国医院建筑与装备, 2015 (11) .
[2]住房城乡建设部.GB50016-2014建筑设计防火规范[S].北京:中国计划出版社, 2015.
[3]中华人民共和国建设部.JGJ16-2008民用建筑电气设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2008.
超高层建筑供配电浅述 篇4
[关键词]高层建筑；电气工程；供配电系统；设计
随着社会经济的不断发展，各种现代化电器层出不穷，对用电量需求越来越大，对供电系统造成很大的压力。如果配电系统出现安全问题，将会造成难以估计的损失。因此，安全、可靠、合理、节能性是配电系统最重要的因素。其中，高层建筑的供配电系统的设计是一项比较专业和复杂的工程。由于高层建筑电气供配电系统的设计涉及到很多专业的知识，这样就必须运用多种专业知识与电力系统实际情况相结合进行设计，从而达到优化设计的目的。
一、概述
高层建筑电气进行设计，首先需要考虑的就是电力负荷，如果不对其进行科学而又客观的计算和估计，那么其精确程度将严重影响到超高层建筑中设备的使用安全。而在进行电力负荷计算的时候，需要采用负荷密度法或是需要系数法对其进行计算，这样得到的数据更加真实，从而为超高层的电气设计奠定良好的基础。此外，在电气设计时，为了保障建筑供电的可靠性以及安全性，必须提供两个或是两个以上的供电电源，这样才能保证供电的需求。供电电源需要当地的供电部门提供一些必要的支持，这样才能保证供电能力。
二、高层建筑电气工程供配电系统设计遵循的原则
1.供电线路的安全性。根据建筑物的性质、要求、用电设备的分布和环境特征等因素对供电线路进行布线控制。在安全、节约的原则下，城区的高层建筑群或者是郊区楼盘的别墅以及低层建筑群的低压配电方式在建筑电气低压供配电设计中绝大部分都是采用分区树干式配电方式，另外，城市路边的路灯供配电中，每个灯杆内部从灯芯到灯杆脚的连接方式与干线接驳的接线也是树干式配电接线方式。干线首端安装的短路保护电器保护分支线长度多少，即如何确定安全长度为多少，在设计实践中，是设计人员需要探讨研究的问题。
2.建筑供配电系统的可靠性。电气设计最重要的是供配电系统的安全性、可靠性。高层建筑中的消防控制室、消防水泵、消防电梯、火灾自动报警、自动灭火系统、应急照明等消防设备为一级负荷，柴油发电机房送风机，专用变电所所用的送、排风机及消防水泵房、消防电梯所用的污水泵等设备应与消防设备一样为一级负荷。电气负荷中一级负荷最为重要。在对一级负荷的电器设备配备两个电源外，还需安装应急电源。应急电源的作用是保证特殊情况下，对一级负荷电器设备的供电，因此应急电源严禁介入其他电器负荷。柴油发电机组和EPS应急电源是建筑电气设计中最常用的应急电源。
3.供配电系统设计的合理性。电气节能的基础来自于合理的供配电系统，供电方案的合理性取决于企业对用电量的预测。对于企业建筑而言，配电系统的合理性同等重要。企业建筑内配电设计要减少配电级数和设计科学的配电路径。配电级数的数量不但造成上下级配合复杂，还会增加元器件的数量，而增加故障上升率，并且会使配线电缆的放大。线缆的加长以及供电质量的问题都与配电路径是否合理有关。配电路径的不科学主要原因是配电间不合理的位置所致，所以在设计企业内部配电系统时，要及时优化其位置，否则难以发挥节能的效果。
4.电气供配电系统节能性。在实际工作中，为了实现变压器的节能目的，需要对投资与年耗电量等诸多因素进行综合性考虑。通过实践我们知道，经济合理的配电变压器，在选型和设计时要根据配电变压器的投资回收年限来最终确定具体型号。一般采用变压器投资费用价差和年耗电的电费价差来获取。对于配电变压器节能优化选型，需要依据高层建筑所需的实际电负荷要求，通常要稍高于变压器最佳负荷来选择型号。
三、高层建筑高压供配电系统的电气设计策略
1.供电电压设计要点分析。对于高层建筑而言，高压供配电系统的正常运行与供电电压参数的确定之间有着极为密切的关系。同时，相关研究工作证实：对于高层建筑高压供配电系统而言，供电电压的具体取值情况会受到电力负荷大小、供电距离长短、以及供电线路回路数等关键因素的影响。而针对低压配电电压而言，所选取的电压数值应当为380/220V，同时，需要通过增设柴油发电机装置的方式，确保高层建筑供配电系统运行状态下，消防设备用电需求能够得到充分的保障。
2.优化供配电的网络系统。供配电系统可靠性的优化方式，体现在三个方面，第一，优化中压供配电，其以双环网为电网构建方式，达到安全标准，保持各个中压配电系统的独立性，严格禁止两项模块出现相互交叉，还需合理规划中压电网的设备装接，避免容量矛；第二，构建可靠的输电网和变电网，为供配电提供基础支持，明确区分电压等级后，实行供电模式的选择，尽量避免电网系统内出现短路、断路；第三，高压电网属于供配电的核心部分，具备较高的优化要求，保障电网简化，稳定各项电气设备的运行方式。
高层建筑大多采用一级或者二级负荷，变压器通常由两台以上，同时还有一台柴油发电机组。启动柴油发电机组的条件为，当进线回路均停电的情况下，作为经济电源使用的柴油发电机竟会在10s内自行启动，担负起重要负荷的供电。此外，为了不降低消防用电的可靠性，一旦出现火灾，就能够自动切除非消防用电负荷。为了有效的保证供电的稳定性，非消防一级负荷应当由双电源进行供电，假如一个电源出现了故障，也不会产生断电事故。
3.加强技术配置，提倡智能化自控配电系统。智能化自控用电系统主要通过信息管理和计算机监控系统来实现，通过强化配电管理系统的智能化和自动化，能够大幅度提高供电的安全可靠性，并且为电力部门提供了方便，减少了其工作量的同时，也能够带来更多的经济效益。今后，配电系统的智能化和自动化是供电发展的总趋势，“将一个电力系统作为中心的配电系统，具备数据监视和采集、自动绘图与设备管理、网络分析以及负荷管理控制等功能的综合计算机控制体系”对于优化配电网，提高供电安全可靠性大有裨益。
4.提高用户供电信息管理能力，控制好用户密度。对用户供电信息进行管理，要针对用户接入电网设备、运行环境等通过管理程序进行认证，并且在用户设备接入电网后，要对其质量、运行环境进行控制并加强管理。在日常生活中，要对用户进行用电宣传，号召节约用电，并全面整改不符合标准的用户设备，避免设备运行状态不良而引发大规模停电。对用户、相关技术检修人员进行培训，提高用户自修能力和技术人员检修水平，防患于未然。从技术层面控制供电安全可靠性，就要不断完善并更新配网GIS系统、负控系统和可靠性管理系统，尽可能全面掌握区域电网范围内的设备数据和线路信息。
四、结语
优化高层建筑电气工程供配电系统设计，实现安全、可靠、合理、节能用电已成为时代所趋。在进行高层建筑电气设计时，对设计方案要进行反复的推敲，确保供配电系统经济、稳定、安全运行，这样才能满足社会发展对高层建筑的各项需求。
参考文献：
[1]王忠勇.高层建筑供配电系统节能设计分析[J].低压电器，2009（22）.
[2] 邹汉谦.谈供配电系统节电技术措施[J]，深圳土木与建筑；2011（02）.
超高层建筑供配电浅述 篇5
城市在不断发展过程中出现了速度越来越快的情况, 而且, 在施工项目数量方面也出现了越来越多的情况, 这样就使得城市在发展过程中出现了很多的高层建筑, 这些建筑的出现对城市发展有一定的影响, 因此, 在进行高层建筑电气设计工作的时候一定要非常认真, 对设计方案要进行反复的推敲, 这样在功效方面能够得到保证, 同时也满足了社会发展对高层建筑的各项需求, 从而更好地促进社会的发展。
和高层建筑物电气相关的用电设施种类很多。室内、楼梯以及安全通道的照明都是电器照明设施;运货电梯以及载客电梯等设施;生活以及消防水泵等排水设施;冷却塔风机与水机组制冷设施;引风设施以及鼓风等锅炉设施;排风设施、冰箱等厨房设施;空调中的送风、回风、风机管盘等送电设施;正压、排烟风机等消防设施。除此之外, 高层建筑的使用功能不一样所需的电量也不一样, 但是总的来讲需要的电量都很大, 还有高层建筑中的消防、客梯、应急等用电都要有自己单独的电源。
高层建筑电气进行设计, 首先需要考虑的就是电力负荷, 如果不对其进行科学而又客观的计算和估计, 那么其精确程度将严重影响到超高层建筑中设备的使用安全。而在进行电力负荷计算的时候, 需要采用负荷密度法或是需要系数法对其进行计算, 这样得到的数据更加真实, 从而为超高层的电气设计奠定良好的基础。此外, 在电气设计时, 为了保障建筑供电的可靠性以及安全性, 必须提供两个或是两个以上的供电电源, 这样才能保证供电的需求。供电电源需要当地的供电部门提供一些必要的支持, 这样才能保证供电能力。在进行供电时, 需要保证两个供电电源同时供电, 将彼此都作为备用电源。
2 高层建筑电气设计中应注意的几个问题
(1) 高层建筑由于需要负荷很多的照明和空调, 再加上运输设备和排水设备非常多, 所以对电的需求量很大, 并且对供电的可靠性要求很高。
(2) 在高层建筑中, 照明与动力基本上不共用干线。动力负荷多采用放射式供电, 照明负荷则多采用母线槽配电, 与动力分开。
(3) 由于在结构上多数采用大柱距, 形成大空间, 使墙面安装的设备增多, 必然使地面管道增多。
(4) 由于建筑构件的预制装配化及干法施工;缩短了施工周期, 而且顶棚一般采用标准化、系统化的吊顶。
(5) 电气设备的管线应采取防火措施。
(6) 空调设备等主要用电设备分散, 多数要求集中管理, 即要求采用电脑管理和监控系统。
(7) 采取防震措施。如配电屏、灯具等电气设备的防震;管线的层间贯通和建筑伸缩缝与沉降缝的耐震处理等。
(8) 消防要求高。由于高层建筑具有高度高, 体量大, 人员密集, 设备多等特点, 具有很多的火灾隐患, 因此对消防要求是很高的。
(9) 电能与企业的经济效益及人们的日常生活息息相关, 因此节约用电是很有必要的, 尤其是在高层建筑中。高层建筑的节电设计方案, 应根据技术先进、安全适用、经济合理、节约能源和保护环境的原则确定。采用合理的配电方式, 采用高效率变压器、电动机和照明光源、无功功率补偿装置和设备监控电脑系统等措施, 减少电能损耗, 节约用电。采用壁灯时需将容量提高一级或增加盏数。
(10) 照明要求。
1) 混合照明:该照明方式是由一般照明和局部照明组成的。通常来讲, 混合照明中一般照明的照度应高于混合照明总照度的5-10%, 同时要求其最低照度高于20lx。如果没有达到这个标准, 很可能因为亮度分布不适当而出现眩光。
2) 事故照明:出现故障全部工作照明都被熄灭后, 供暂时继续工作或供人员疏散用的照明称为事故照明。
3 高低压配电系统的设计
(1) 高压配电系统:一般来说, 现代高层建筑都是采用两路独立的10k V电源同时供电。通常高压采用单母线分段, 自动切换, 互为备用。母线分段数目, 与电源进线回路数相适应。只有当供电电源为一主一备时, 才考虑采用单母线不分段的结线。电源进线几乎全部采用电缆进线。
(2) 计费方式, 采用高供高计。但在低压侧, 仍装设计费电度表, 采用将照明与动力分开的两部电价法。有些地方供电部门又把空调设备的用电, 全部划入照明计价系统, 一般做法是安装总表及动力表, 由总表减去动力表以后, 全部为照明电费。
(3) 为减少变压器台数, 单台变压器的容量选择一般都大于1000k VA。为限制低压侧的短路电流, 正常时变压器解列运行, 中间设联络开关。照明和动力分开设变压器, 当动力用电容量太小时, 动力变压器可不分开装设, 而在低压侧应对动力负荷分类计费。
(4) 高压系统及低压干线的配电方式基本上都采用放射式系统。楼层配电则为混合式系统。配电设备中的主要部分是干线。现代高层建筑的竖井多采用插接式母线槽。水平干线因走线困难, 多采用全塑电缆与竖井母干线联接。每层楼竖井设层问配电小问。层间配电箱经插接自动空气开关从竖井母干线取得电源。当层数较多负荷数较大时, 一般按层数分区供电, 或将变压器分散设在地下层、中间层或最顶层。
(5) 低压配电系统各级开关均采用自动空气开关 (断路器) , 设置瞬时、短延时、长延时三级过流保护装置。各级自动空气开关的保护整定, 应注意选择性配合, 防止越级跳闸。
(6) 所有电梯均要求采用两路不同变压器引出的专用电缆进线。在电梯机房的末端配电箱, 设两路电源的自动切换装置, 互为备用。
(7) 功率因数按规定应补偿到0.9-0.95。无功补偿都采用集中补偿方式。为降低变压器容量, 多集中装设在低压侧, 与配电屏放在一起, 但必须采用干式移相电容器。
4 高层建筑的节能设计要点
4.1 高层建筑的配电变压器的节能选型设计
在实际工作中, 为了实现变压器的节能目的, 需要对投资与年耗电量等诸多因素进行综合性考虑。通过实践我们知道, 经济合理的配电变压器, 在选型和设计时要根据配电变压器的投资回收年限来最终确定具体型号。一般采用变压器投资费用价差和年耗电的电费价差来获取。
对于配电变压器节能优化选型, 需要依据高层建筑所需的实际电负荷要求, 通常要稍高于变压器最佳负荷来选择型号。达到变压器负荷率保持在70%左右具有最高的经济性。选择相应型号时, 需要首选空载损耗与负载损耗等方面较小的节能型变压器。例如:在选择315k VA的l0k V配电变压器时, 一般选择S13节能型配电变压器, 这种变压器与传统变压器对比可以大大降低负责损耗与空载损耗。对于配电变压器的优化选型设计, 通常首选三角形的立体卷铁芯高效节能经济型配电变压器, 这种变压器已开始逐步取代常规插片式高能耗的配电变压器。该变压器可以很好地提高建筑供配电系统的电能转换效率, 还可以有效降低配电变压器运行能耗。此外, 还能够延长配电变压器的使用寿命。
4.2 高层建筑照明系统的优化节能设计
在荧光灯与高强度气体放电灯进行优化与选型设计中需要满足GB50034-2004《建筑照明设计标准》中的相关技术规定。同时, 需严格控制照明系统的相关节能指标。通常在高层建筑照明系统中采用智能化自动控制系统。一旦将智能化控制系统和高层建筑照明性能有效结合, 就可大幅提高系统的照明质量, 有效的提高照明的人性化服务水平。同时, 智能照明系统能有效根据具体环境中的温湿度与自然光照情况, 通过科学分析后制定出节能效果明显的控制方案。从而使照明系统的控制更为准确、更加精细。并且能够很好地提高建筑照明系统电能转换效率最终实现节能设计目标。
4.3 高层建筑中电机拖动系统的节能设计
通常, 电机拖动系统产生的能耗占所有电器能耗90%以上。并且多数拖动系统电能转换利用效率很低。实现节能降耗可以在电机拖动系统中多做文章。一般对于200k W以下选择低压电机可以大大降低投资。而355k W或者以上功率的电机必须选择高压电。而在200~355k W范围之间的, 需要综合考虑技术、投资与运行节能的经济性等诸多因素。最终确定更为节能的电机实际功率。这就需要结合建筑电机拖动系统具体情况, 选用适用的变频调速与软启动等先进控制方案。做到对电机拖动系统控制模式的科学优化设计, 最终实现该系统运行的高效与节能。
5 结束语
随着城市现代化进程的推进速度越来越快, 高层建筑在我国各城市特别是大城市得到迅速发展, 在进行高层建筑电气设计工作的时候一定要非常认真, 对设计方案要进行反复的推敲, 其负荷容量计算是否准确, 供电电源选择及变配电所布置是否合理, 供配电系统是否经济, 运行是否能保持稳定、安全等方面, 将决定其最终成果的优劣。这样才能在功效方面能够得到保证, 同时也满足了社会发展对高层建筑的各项需求。
参考文献
[1]曾德慧.高层建筑低压配电系统漏电的火灾危险性及其防范措施研究[J].科技信息, 2010 (29) .
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[4]曹剑锋.火力发电厂电气设计中低压配电系统安全性探讨[J].科技创新与应用, 2014 (14) .
超高层建筑供配电浅述 篇6
关键词：高层建筑,供配电系统,技术与安全
随着科学技术的发展, 人们对物质的需求越来越高, 高层建筑显现出层高、大的特点, 齐全居住、商业、办公为一体的功能化, 具备高标准的多元化体系。尤其各种高端的家用电器设备的出现, 使建筑内部配套电气设备多, 人员密度大, 制约了用电需求。因此, 供配系统应提高电器线路设计的合理性与科学性, 以满足现代化办公、管理和生活日益增长的用电需求。提高高层建筑中供配系统可靠性方法, 就必须寻找改善电能供应的途径, 从供配电特点、方式和选择展开分析, 构建高层建筑供配电线路的选择优化模型, 从根本上满足高层建筑的电能供应需求。
1 高层建筑供配电系统
高层建筑供配电系统设计前必须计算用电负荷和确定负荷等级:1) 计算用电负荷还要考虑经济性, 经济性既要节约投资费, 减少年运行费的成本。2) 由于高层建筑的用电负荷比较大, 一般确定负荷等级为一级负荷, 在满足供配电安全和技术要求的情况下, 应对各种用电负荷划分, 区别性对待。从两个方面分析高层建筑的供配电技术。
1.1 低压配电系统
低压配电方式在高层建筑中常用的有四种形式, 下面比较四种形式的差异:1) 树干式的低压配电方式, 总配电箱与各分配电箱之间由一条干线相连接, 这种形式成本费用比较低, 便于施工。由于一条干线相连接, 当配电干线发生故障时, 波及范围大。比较适用于供电均匀负荷分布, 设备容量小、可靠性要求不高的场所。2) 链式的低压配电方式, 与树干式一样多个分配电箱或用电设备连接一条供电干线上, 在线路上没有分支点, 比较低的投资成本, 适合电缆线路或穿管敷设。最大的制约是检修线路设备或发生故障, 相应的设备都受停电的影响, 比较差的供电可靠性。适用于要求可靠性较低的小容量设备供电。3) 放射式的低压配电方式, 也是总到分, 直接由总配电箱供电, 发给分配电箱或负载的配电方式。由于总配电箱逐一分配各配电箱或各负荷, 设备单独受电, 发生故障影响设备本身, 不会引起其它设备回路, 对整个线路不会产生不良影响, 集中控制比较容易, 较高供电的可靠性。施工过程繁琐, 由于线路繁多, 影响系统的灵活性适用于设备较大的容量, 便于集中控制的场所。4) 混合式低压配电方式, 是结合放射式和树干式的两种配电形式, 最适用于高层建筑低压配电方式之一。
1.2 高压供电系统
现代高层建筑供配电线路按一级负荷要求供电。根据供配电系统设计规范 (G B 500522009) 规定:高层建筑应为一、二级负荷, 必须设置由两个及以上的独立10k V电源同时供电的干线, 超大型的高层建筑 (群) 则取35k V电源甚至110k V电源。因此:1) 高压供电方案, 高层建筑具有比较大供电负荷, 用10KV的高压供电方案分为三种形式:分别为环形双回路供电、双侧双回路供电和单侧双回路供电三种形式。环形双回路供电的供电的可靠性最好, 但是, 成本投资较高。双侧双回路供电由于两个电源同时供电, 供电可靠性较高。单侧双回路供电的供电的可靠性低, 但是投资成本最低。三种形式的选择, 要根据不同的投资额度选择高压供电方案。2) 高压主接线的选择, 高压电源供电有不同的形式, 接线方式高压主线也是不同。同时供电的两路高压电源时, 不设置母联开关, 采取单母线分段, 需要的设备少, 十分简单的结构, 投资成本低。供电方式不够灵活和可靠, 检修母线故障时, 波及所有用户停电。以一备一用的两路的高压电源时, 单母线不分段。比较简单的线路, 投资成本虽然高些, 但是运行十分灵活。其实在高层建筑中, 运用较为广泛是设置母联开关, 而且采取单母线分段的方案, 不存在电源出现故障时, 不会故障引起连锁反应的停电, 由于自投母联的开关, 对故障电源侧的负荷恢复供电比较好。虽然线路施工复杂, 投资成本显然高于其它的形式, 具有稳定的供电可靠性。
2 供配电可靠性的技术与安全应用
2.1 供配电的选择和配置
高层建筑物一般采用一、二级负荷, 组成高层建筑物的供电电源应由两个或以上两个, 在确定供电电源, 必须考虑负荷级别电力系统, 对供电情况和用电容量的条件来确定供电电源的数量。同时考虑投资费、年运行费和计算年限期末固定资产余值的最小化, 也要满足安全可靠和经济。使用的电容量较大或者有高压用电设备如果是一级负荷, 应相应选择两路电压 (两个供电电源) 。如果对电容量需求不大, 可以选取第二低位电源。所以, 设计应该充分考虑建筑实际的用电负荷, 一级负荷的供电前提, 应安装应急发电机组以备供电不足, 只是用电照明可以安装蓄电池组作为备用电源。二级负荷的供电系统中, 选择供电电源可以按照以下方式, 变压器发生故障时, 没有中断供电系统, 并且中断后, 快速的恢复供电功能。因此, 二级负荷的供电系统应两个回路电流的引导, 防止局部发热而引起火灾。在一些高层建筑物集于商场、酒店、娱乐设施为综合体的内部人群密集应该设置应急电源, 防止的电力间断遭受经济损失。
2.2 保安电源的自动切换
高层建筑避免火灾隐患, 就必须防治确保安全用电。保安电源采用自动切换装置是保证供电设备的稳妥的一种形式。具有以下的优势:1) 自动完成保安电源的联通与间断, 避开人工操作, 具有机敏反应的能力, 电路发生异常, 自动断开电源开关, 电源管理自动化程度高, 确保整个供电系统的安全可靠性。同时节省了人力, 降低了不必要的损失。2) 保安电源往往有两个发电机电源, 电源发生故障时, 自动切换启动备用的发电供电, 备用发电机依靠柴油发电, 在电力供应失效的情况下, 维持高层建筑最基本的整修电力。确保建筑功能能够尽快恢复正常。3) 保安电源自动切换自身就是可靠性的措施, 避免人工操作中有时用力不当和使用方法不当, 导致开关的失灵, 减少了故障发生的概率。4) 保安电源自动切换在电力运行状态下, 做出准确的判断, 依据开关两侧的电压作为判断, 对电压及电流量化的分析, 获得更为安全的切换保证, 比人为估测更准确。5) 主电源和备用电源两个部分组成自动切换电源, 采用串联线路连接, 在相互切换时, 切换的速度得以提高, 电源的实用性强, 避免了切换过程中的风险。
3 结束语
随着城市化的快速发展, 不断增多的高层建筑对于探究供配电系统具有十分重要的意义。供电系统的用电容量和供电负荷具有自身特点, 又是是高层建筑的功能基础, 需要不断探究、改进, 寻找更为安全可靠的设计安装办法, 确保高层建筑的质量安全。
参考文献
[1]易明隆.高层建筑供配电技术可靠性研究[J].企业技术开发, 2013.
[2]艾敏俊.探究供配电技术在高层建筑中的运用[J].科技与企业, 2014.
超高层建筑供配电浅述 篇7
1低压供配电系统在高层建筑中的重要性
低压供配电系统在高层建筑中犹如给汽车提供动力的加油站, 任何用电设备设施, 包括人们的日常生活都离不开电力, 而低压供配电系统犹如传送带把电力从发电厂输送到变电站然后在通过供配电设备和技术输送到需要的地方。这是民生问题, 也是一项涉及到人民生产生活的安全问题, 同时也涉及到国计民生所依赖的基础资源, 无论是在商业化的大都市还是在山沟农村, 低压供配电系统的存在提高了产品质量, 降低了劳动成本, 减轻工人的劳动强度, 推动了生产的自动化进程, 促进了经济发展。
2精细的设计以保障高层建筑的用电安全
一、二类高层建筑用电中的消防负荷, 包括公共部位的应急照明和疏散指示、消防控制室、消防泵、喷淋泵、排烟风机、加油压风机、电梯等, 分别属于一、二类负荷。
普通照明、空调等用电属于三类负荷。
负荷计算一般采用需要系数法, 按照《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008确定需要系数及功率因数, 以此来计算大楼的总功率, 用于确定无功功率补偿量及变压器容量, 在民用建筑低压侧无功功率补偿后, 功率因数应达到零点九零以上, 一般在计算时按达到零点九二来计算。
在“安全、节约、可靠”的原则下, 在低压供配电系统设计中, 一般采用树干式与放射式相结合的配电方式。
2.1供电电源
10KV市政电源引至高低压变配电室, 10KV配电系统一般单母线运行, 设计两台容量相近的变压器, 电力正常工作运转时, 同时供电, 互为备用, 当一路出现故障问题时, 另有一路电源供全部负荷, 继续使用, 不影响人们的生活和生产。
低压供配电系统母线段盘踪复杂、种类繁多, 在施工前期, 母段必须有标准化的零件库存, 这样方可让专业人士迅速完成作业。
后期的电缆安装则是一项较为困难的工作, 由于单根电缆较为沉重, 电缆的特性弯曲半径要求, 需要更多的安装空间, 需要多名施工人员共同协作, 方可完成。为此我们要进行一定的线路优化, 这样可以节约了工程的造价, 也易于维护。
2.2供电线路安全的设计。
低压供配电系统设计中, 应考虑建筑物的特性要求、用电设备、线路分布、环境特征来确定线路敷设方式, 保证供电线路的安全可靠性。外部应避免客观环境所产生的热源及灰尘聚集、腐蚀或污染物对布线排线系统带来的不良的影响。防止在敷设及使用过程中因受冲撞振动、建筑物的伸缩、沉降等各种外界应力作用而带来的损害。
消防用电应采用专用的供电回路, 消防控制室、消防水泵、消防电梯、防排烟风机等的供电, 应在最末一级配电箱处设置自动切换装置, 其配电线路敷设应符合有关规范的要求。
3结语
将低压供配电系统的可靠性和安全性的问题作为关键, 是因为在设计当中, 低压供配电系统设计是建筑工程中的一项重要环节, 不仅要能够保证供配电系统的可靠, 同时也要保证线路的安全, 这需要相关专业的电气设计人员更加努力的学习完善并借鉴一些先进的设计经验提升自己的专业水平, 从而将建筑供配电系统的设计做得更加科学完善, 才能使建筑低压电气配电系统的设计不断优化, 更好地顺应时代的发展。在低压供配电系统设计过程中还值得关注的安全措施方面, 改进供配电系统的漏电及防雷设施, 减少高次谐波的分量。此外, 在选择电气设备时, 应该选取安全可靠性比较高、标准技术比较先进的产品, 确保提高供电系统电力供应的安全系数, 在满足人们用电的同时保证国家经济的发展。
摘要：低压供配电系统犹如高层建筑中的神经枢纽, 对于整个高层建筑来说异常重要。在高层建筑的低压供配电系统设计应用中, 往往会由于客观条件因素引起安全性问题, 因此低压供配电系统的设计应当得到相关人员的高度重视。本文旨在针对低压供配电系统在高层建筑电气设计中的可靠性探讨, 为高层建筑低压供配电设计提供可实施的参考。
关键词：低压供配电系统,高层建筑,设计
参考文献
[1]曾德慧.高层建筑低压配电系统漏电的火灾危险性及其防范措施研究[J].科技信息, 2010 (29) .
[2]秦红梅.高层建筑电气设计中有关消防设备的设置与控制等问题的探讨[J].中华民居, 2013年 (11) .
[3]施振华, 李军.建筑给排水工程设备技术与施工措施分析[J].城市建设理论研究, 2013 (09) .
[4]梁伟远.关于高层建筑中低压供配电系统设计安全性的探讨[J].城市建设理论研究, 2013 (14) .