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高层建筑电气工程供配电系统设计研究与分析刘文燕

发表时间：2021/8/10 来源：《中国电力企业管理》2021年4月作者：刘文燕

[导读] 对于高层建筑而言，实际占地面积大，且内部建筑结构复杂，同时用电量也巨大，需综合考虑配电系统的合理性、可靠性、安全性与可行性、节能性。本文主要研究与分析了高层建筑电气工程供配电系统的设计。

湛江天汇综合能源服务有限公司刘文燕广东省湛江市 524000

摘要：对于高层建筑而言，实际占地面积大，且内部建筑结构复杂，同时用电量也巨大，需综合考虑配电系统的合理性、可靠性、安全性与可行性、节能性。本文主要研究与分析了高层建筑电气工程供配电系统的设计。
关键词：高层建筑；电气工程；供配电系统；设计
        引言
        为高层居民提供好的工作生活环境，须对高层建筑电气工程供配电系统进行优化设计，确保高层建筑电气工程供配电系统安全可靠用电。
        1高层建筑的供配电系统设计原则
        1.1合理性原则
        实现节电的必要前提是合理的供配电系统，而供电方案的合理性取决于企业的用电量预测。在建筑布局设计过程中，应减少配电层级。配电层级越多，上下级保护配合复杂度就越高，且大幅度增加元件数量，提高故障概率，增大电缆截面。电缆长度直接影响电压质量，配电线路缺乏合理性的主要原因是未合理设计配电室位置。因此，必须合理选定配电室位置。
        1.2安全性与可行性原则
        供配电系统的安全性与可行性在电气设计中非常关键。在高层建筑中，最关键的负荷为电气一级负荷，消防设备就属于一级负荷，消防设备主要包括消防电梯、消防控制室、应急照明等，而柴油发电机送风机、消防泵房中的污水泵、送风机等设备也属于一级负荷。一级负荷用电设备设2路电源，并设置应急电源，应急电源的功能在于：能够保证特殊情况下用电设备一级负荷的供电，有效防止应急电源进入其他用电负荷。
        1.3节能性原则
        科学合理选择变压器。首先选用节能性变压器;其次考虑变压器的运行效率，实现变压器功能损耗最小化。应注意利用减少线路长度，以及由小损耗电线为起点的方法来进行设计建筑电气，以避免发生线路重叠交叉现象。
        2高层建筑电气工程供配电系统设计
        2.1高压配电系统设计
        在设计高压配电系统时，一般情况下会采用放射式系统，以此来增强供电的可靠性和实现灵活控制。部分大型电气项目，由于存在变压器分散设置的情况，高压配电网络也可以采用环网结构。在具体设计时，需要确定配电电压与配电网络结构，计算配电干线负荷，做好开关设备选择及短路校验工作，进行二次回路方案的拟定，并实施继电保护整定计算，科学选择高压电缆截面和形式，确定配电干线路径与敷设方式。
        2.2低压配电系统设计
        在高层建筑的低压配电设计中，要求做到保障人身和财产安全、节约能源、技术先进、功能完善、经济合理、配电可靠和安装运行。在设计低压配电系统时，需要对低压配电方式与配电网络的结构进行确定，即要明确竖直配电干线和水平配电干线的个数、位置和走向。计算分干线与干线的负荷，做好开关设备及导线、电缆、封闭式母线的截面与形式的选择。科学选择保护装置，通过保护整定计算并保证期级间的选择性配合，防范出现穿越式跳闸问题。明确线路敷设方式，设计电气竖井与配电小间。计算低压无功补偿容量，选择补偿方式与调节方式，合理进行功率因数补偿。根据实际需求来配置电气测量与电能计量装置。在接地保护设计的过程中，要结合回路中的保护线截面的实际情况与接地的形式来确定。
        2.3变压器设计
        为了保证变压器的正常运行，提高变压器安全性和可靠性，必须要充分地考虑变压器的运行条件，将成本和能耗控制在最低，所以在高层建筑变压器的选择时应该以低能耗材质的高效变压器为主，保证变压器的负荷率控制于70-85%，变压器选择可参照标准《GB20052-2020电力变压器能效限定值及能效等级》。如果变压器的容量和负荷率始终保持在平稳状态时，可以减少变压器的数量，而增加变压器的容量，提高能源资源的利用效率。由于受到季节性负荷，需设置专用的变压器来应对季节性的负荷变化，实现灵活投切，保障变压器经济运行，避免由于轻载运行而造成能源损耗。如在夏季空调负荷比较大，可使用单独的变压器作为空调变压器，可减少能源消耗，保证变压器的经济效益。
        2.4减少线路损耗
        高层建筑电气工程设计复杂，优化线路的敷设方式可降低线路在输送过程中损耗。另外选择材质优良的线路，可降低线路的电阻。在低压配电系统中，还应考虑负荷大小，准确合理地选择配电变压器的容量，不要过大或过小，避免“大马拉车”的现象。
        3、湛江市廉江碧桂园盛世华府永久电房图纸深化设计工程案例
        3.1工程简介湛江市廉江碧桂园盛世华府楼盘本期一共有1~10号楼和一层地下室，28-31层高层建筑，负荷约为6600kVA（2个公用配电房4x800kVA+3x800kVA，一个专用配电房2x500kVA）。
        3.2供电方案设计
        本系统分2个公用电房和一个专用电房，10kV 外线电源用1回路三芯 300mm2 至#1公用配电房，再由#1公用配电房分别引1回电缆至专用电房及#2公用配电房供电。为了满足供电需求，配电房的位置选定靠近负荷中心，设定于地下负一层。

        3.3 主要设备的选型
        3.3.1高压开关柜选型
        一般采用 KYN 金属铠装中置抽出式开关柜，高层建筑中有三种类型开关可供选用：高压空气断路器、SF6开关和真空断路器。其中高压空气断路器因技术陈旧，SF6 开关尺寸数大且气体具有毒性，故目前较为普遍应用10kV真空断路器。本工程高压柜采用KYN28-12（1250A、630A/31.5kA），该开关柜结构先进、合理、紧凑、性能优越、安全可靠，同时具有“五防”联锁功能
        3.3.2电力变压器选型
        根据消防要求和标准，在高层建筑中多使用干式变压器。根据本工程负荷计算书结果，选用变压器容量为500kV(负载率约70%)及800kVA(负载率约70%)，COSθ取0.9，空载损耗及负载损耗数据取自《GB20052-2020电力变压器能效限定值及能效等级》，变压器年综合电能损耗、年运行费用计算公式分别引用《工业与民用供配电设计手册第四版》式16.3-8、式16.3-9。从经济节能性分析比较计算结果如下表中，综合计算结果比较，本工程选用干变型号为SCB13（500/800kVA,10±2*2.5/0.4kV,Dyn11,Uk=6%）。

        3.3.3 低压开关柜选型
        国外低压开关柜的结构，大多厂家生产抽屉式。低压断路器分为两类：框架式和塑壳型。1、框架式低压断路器分二个档次。一般型：带有三段保护特性，具有选择性保护功能，正面手柄操作，可固定式、抽出式安装，分断能力较高，价格便宜。高性能型：带各种保护功能脱扣器，包括智能化脱扣器，可实现计算机网络通信、分断能力高、零飞弧、小型化、附件齐全、结构模块化、采用整体框塑结构、外形美观。2、塑壳开关具有小型化、高分断、多功能、模块化、附件齐全等特点。由于近年发展，国产在3200A及以下的断路器已和国外产品性能相接近，从经济角度考虑，应优先选用国产断路器。本工程低压开关柜选用GCK型，进线开关及联络开关选用框架断路器（2000A），出线开关选用塑壳断路器，并建议采购国产品牌设备厂家。
        5.3.4母线槽和电缆选型
        对于插接式绝缘母线槽而言，具备较多优点，如可靠性高、容量大且线槽内部结构紧凑及维护便捷等。电缆必须注重防火，根据需要可选用阻燃或防火电缆. 现时YJV型的交联聚乙烯电缆以及VV型聚氯乙烯电缆，为项目建设当中所普遍选取两类电缆类型。YJV型的交联电缆和VV型电缆进行比较，虽价格稍微贵，但有着重量轻、外径较小、寿命较长以及载流量较大的优点，YJV型电缆寿命可长达40年，但是VV 型的电缆仅是20年，所以在项目设计当中应当尽可能选取YJV型的交联聚乙烯电缆，将VV型的聚氯乙烯电缆逐渐淘汰掉。
        4结语
        由于高层建筑的综合使用性能及安全性能影响大，，设计人员需从高压供电系统、设备材料选型优化、低压配电系统等多个方面考虑，以实现安全可靠、合理、节能、经济供配电系统设计。
参考文献
[1]刘延鹏，姚雯雯.高层建筑电气设计中低压供配电系统可靠性分析[J].住宅与房地产，2019（35）：96.
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[3]刘大用.高层建筑电气工程供配电系统设计研究[J].智能城市，2020，4（16）：154-155.
[4]徐国华.现代高层建筑电气设计低压供配电系统的可靠性分析[J].住宅与房地产，2020（19）：131.
[5]《GB20052-2020电力变压器能效限定值及能效等级》
[6]《工业与民用供配电设计手册第四版》中国航空规划设计研究总院有限公司组编