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试论高层建筑供配电技术可靠性研究

发表时间：2020/8/19 来源：《基层建设》2020年第10期作者：李贤文

[导读] 摘要：在国内，高层建筑被定义为层数至少为10层，高度高于24m 的混凝土结构建筑。

        身份证号码：43282319710515xxxx
        摘要：在国内，高层建筑被定义为层数至少为10层，高度高于24m 的混凝土结构建筑。此类建筑通常都会配备电气化、供配电、温度调节等系统，以实现更多的功能，为人们的生产生活提供更好的室内环境。在设计高层建筑的供配电方案时，必须遵循合理、高效的原则，同时还需兼顾各方面的因素，从而为电梯、照明等设备和装置提供稳定的电能，使其能够安全、稳定的运行，降低事故造成的生命和财产损失。
        关键词：高层建筑；供配电；可靠性；研究
        引言：我国正在大力进行的高层建筑，既是为了缓解建筑需要与土地紧张的矛盾，也是为了改善我国的城市风貌，使百姓获得更好的居住体验。高层建筑较传统的建筑形式更容易发生质量事故，其中最为常见的就是火灾。导致火灾发生的原因多种多样，供电系统的失灵和破损就是最为主要的原因。提高高层建筑的质量就一定要提高高层供电系统的安全可靠性，下面就提高的方法进行详细论述。
        1、高层建筑对供配电系统的需求
        1.1 基本需求
        高层建筑的主要特征是空间大、功能丰富、负荷种类多且数量大，因此其内部的供配电系统必须能够稳定、安全的运行，同时尽量满足技术和成本方面的要求。此类建筑内部安装了大量的设备和负荷，比如空调系统、照明系统、消防系统等，在日常运行过程中耗电量巨大，高层建筑中的电气设备需要稳定的电能供应才能正常运行，为了满足这一要求，高层建筑通常都会配备双电源并使用树干式或放射式配电模式，确保电能的稳定供应。
        1.2 高层建筑供配电系统的技术需求
        作为电力系统的重要组成部分，供配电系统涉及了电力系统中电能的配送和使用两个环节。考虑到供配电系统是直接面向于高层建筑中的使用者及电气设备的，所以必须考虑供配电系统的安全可靠性。在供配电系统中，功率流动方向一般都是从电源向用户端的单向流动，这就是电能通过降压的分配方式传送给用户的用电设备，产生电能供人使用。目前在我国，供配电系统的电压都在100kV或以下。所以在对供配电系统进行设计时，一定要按照负荷的性质、用电量的大小来安排所供电地区的电力分配情况，结合实际设计方案。而且这种供配电方案的设计要考虑其长久性，使它具备一定的可持续性发展可能性。
        2、高层建筑供配电系统的设计方案
        2.1 电源的合理布置
        电源的布置应该合理适宜，这和建筑主体的施工不同，施工中为了确保安全往往在原有设计的基础之上进行多余的配料和布置，但电力系统的布置应该以此为忌，如果供电的电源电压大于实际的建筑需求，就会容易因为过大的电流引发火灾。设计者应该充分考虑建筑实际的用电负荷，二级负荷的供电系统应该采用两个回路进行电流的引导，防止局部发热而引起火灾。如果建筑需要一级负荷的供电，建筑内部就应该设置两个供电电源，防止因为一个电源的失灵而导致供电回路的中断。在一些城市特定的商圈建造的高层综合体，内部商场、酒店、娱乐设施较为密集，建筑单位还应该设置应急电源，防止因为一时的电力间断遭受经济损失。
        2.2 供电电源电压及主结线
        高层建筑耗电量巨大，因此通常会选择高压供电方式，我国大陆地区以10kV 为主（香港11kV，日本22kV，美国13.8kV）。这种供电方式通常会匹配单母线制，从而降低整个系统结构的复杂性，节省设备和线缆，将运行成本控制在更低范围内。这种方案在高层建筑和工矿企业中应用较为常见。
        2.3 有关用电负荷的计算问题
        在确定高层建筑电负荷方面，全球都没有统一的计算方法，每种方法都有自身的优势和缺陷。不过就现状来看，目前应用较广泛的方法主要有（传统或改良后的）需要系数法、单位容量法等。
        2.4 变压器的选择
        如今，高层建筑采用的变压器基本上都属于小容量装置（不高于1600kVA），这是实际情况和需求所决定的。尽管大容量变压器在效率方面具有更好的表现，不过它涉及的负荷面较宽。所以，在选择变压器数量和容量时，需要结合各方面的因素以及用电需求进行分析。

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通常情况下，人们会基于空调分组配备变压器装置，从而确保根据空调的运行情况进行变压器投切操作，节省建筑能耗，实现更为可观的经济效益。
        2.5 自动切换开关保安电源
        自动切换开关保安电源设置有几大优点：
        （1）保安电源的切换都由自动切换开关完成，不需要人工干预，运行人员无需操作，减轻了劳动强度，大大增加了高层建筑供电的可靠性。
        （2）在高层建筑失电甚至直流电源也失去的极限情况下，自动切换开关仍能自动启动柴油发电机备用电源，为大多数抢修提供安保电源。
        （3）电源切换由自动切换开关本体完成，不需要操作，减少了切换发生故障的可能性，提高供电的可靠性。
        （4）切换采用自动切换开关本体判断开关两侧电压作为判据，不会受开关状态和 PT 状态故障的影响，判断安全可靠。
        （5）自动切换开关在主电源向备用电源切换时采用快速串联切换，启动速度快。
        （6）采用全自动的设计，控制设计简单，减少了故障点，提高了安全性。另外还需要注意，如果自动切换开关发生故障，保安电源主电源供电和备用电源供电不能正常切换，将会影响供电的可靠性。
        3、高层建筑供配电技术的可靠性
        3.1 供电电源及备用电源的配置可靠性
        按照现行《高层建筑电气设计规范》的相关内容，一般情况下需要为负荷配备两路电源，确保电能的持续供应。针对比较关键的负荷电路，还需配备专门的应急供电系统，该系统不为其他负荷供电。在需要的情况下，还需基于负荷的需求对附近的供电条件进行分析，选择同级电压供电方式，彼此互为备用，进一步保障电能的稳定供应。对于高层建筑而言，应急电源的选用标准是：其一，停止供电时间不超过15s 是可行的，在这种情况下采用备用发电机组；其二，电源自投装置能够在15s 内启动并正常运行；其三，中断供电时间为毫秒级的电源是可行的。在现实中，考虑使用蓄电池等的静止型供电装置。
        3.2 采用新技术，实现多路电源联锁控制
        采用断路器辅助触头组合、可编程序控制器、中间继电器实现电源联锁控制。利用断路器辅助触头组合实现联锁，必须分析归纳出系统所有可行的运行规律，找出各断路器辅助触头组合方式，以进线断路器 3 台联络断路器组成的母线分段运行系统为例，对应每一种运行方式中某断路器允许合闸的必要及充分条件是相关的断路器必须处于分闸状态，归纳、整理、简化列出各断路器允许合闸的所有的闸状态。触头组合对应串联接入各断路器的控制回路，就可实现所需要的电气联锁。采用可编程序控制器实现电气联锁，利用断路器辅助触头实现多台断路器的电气联锁直观易懂，不必加其他电器元件，费用较低，但工作量大，断路器间连线复杂、触点多、接触不良或触头拒动将出现误动作，因此，需要采用可编程序控制器进行上述电气联锁控制，正好克服了直接用断路器辅助触头组合的不足，简化连线，提高可靠性。利用中间继电器实现联锁控制，只要控制线路能保证所有分闸状态的联络断路器在其两端母线上都有电时不能合闸，同时，控制线路能保证所有处于分闸状态的进线断路器在其负载端母线上有电时不能合闸，这就可以满足单母线分段运行防止并列的联锁要求。
        4、结语
        高层建筑在不断发展，其内部的供配电系统设计运用技术也在不断完善。城市的高层建筑在追求高度的同时也要考虑建筑精度，也就是说，它的供电系统是否与它的高层功能相匹配，是否在技术性上已经满足了安全可靠性。所以在未来的电气设计与建筑施工中，还要研究和发现更加可靠的高层建筑电气设计方案，将高层建筑的供配电系统安全可靠性提升到尽可能的高度，从内到外的保证高层建筑质量安全及生命财产安全。
        参考文献
        [1]张东方，姚锋钢.高层建筑供配电系统的设计[J].科技致富向导，2012（02）.
        [2]闫振宏.事故保安电源传统切换方式与自动切换开关的优缺点比较［J］.沈阳工程学院学报（自然科学版），2006（4）
        [3]易晓东.高层建筑供配电技术方案及其可靠性分析[J].机电信息,2010,(30).
        [4]姜莉，苏鹏.浅谈现代化高层建筑供配电技术方案及其可靠性分析[J].科学与信息化，2018年4期.