高層建筑電氣設計要點

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摘要：電氣設計在現(xiàn)代建筑系統(tǒng)中十分重要，直接影響建筑功能、使用安全，這也要求就其設計要點進行深入分析?；诖?，本文以高層建筑電氣設計的基本原則作為切入點，予以簡述，再以此為基礎，重點分析高層建筑電氣設計的可行方法，并對高層建筑電氣設計要點進行梳理，服務后續(xù)相關工作。

關鍵詞：高層建筑；電氣設計；環(huán)形供電；智能技術；補償機制

1高層建筑電氣設計的基本原則

1.1穩(wěn)定性

穩(wěn)定性是指在高層建筑電氣設計中，應保證供電穩(wěn)定、持續(xù)，即便出現(xiàn)用電高峰也可保證電能的充分供應。我國現(xiàn)行標準中，核心城市供電要求達到四個9的水平，即每供電10000h，允許出現(xiàn)1h停電；普通城市供電要求達到三個9的水平，即每供電1000h，允許出現(xiàn)1h停電[1]。高層建筑內用戶較多且用電波動帶有動態(tài)性，其電氣設計應強調框架穩(wěn)定，并謀求借助現(xiàn)代化的技術手段提升自適應能力，契合建筑用電特點和發(fā)展需求。1.2安全性安全性是各類建筑電氣設計的基本原則，要求在施工作業(yè)、電氣使用等所有環(huán)節(jié)，保證設備和人員安全，貫穿建筑使用的全生命周期。如現(xiàn)代高層建筑多需要采用并聯(lián)的模式，為不同用戶提供電能。用戶一端，不同電氣設備也依然通過并聯(lián)模式保證設備工作的獨立性，降低故障發(fā)生率和事故風險擴大的可能。隨各地高層建筑用電設備增加、用電量變化，電氣設計安全性有必要進一步提升。

1.3經(jīng)濟性

經(jīng)濟性是指在高層建筑電氣設計中，保證電能足量、持續(xù)提供的情況下，避免電能浪費情況，確保整體能耗控制效果，維持經(jīng)濟性。如配電系統(tǒng)的參數(shù)分析工作，一般可結合建筑基本用電特征，核準用電量情況，選取合適容量的變壓器和與之匹配的配電線路、附屬設備。現(xiàn)代技術的發(fā)展和應用，進一步提升了電能流量監(jiān)測水平，也為高層建筑電氣設計提供了更多思路[2]。

2高層建筑電氣設計的方法

2.1供電模式設計

以提供高層建筑電氣設計穩(wěn)定性和安全性為著眼點，環(huán)形供電模式應作為首選。環(huán)形供電使用戶可以從兩個方向獲得電源，環(huán)內任一段線路發(fā)生故障時，經(jīng)開關切除該故障段，不會對其他環(huán)節(jié)和用戶產(chǎn)生影響，其作業(yè)原理圖見圖1。為進一步提升環(huán)形供電穩(wěn)定性，可增加備用工作系統(tǒng)。在常規(guī)供電系統(tǒng)之外設置一套備用系統(tǒng)。當常規(guī)供電系統(tǒng)可正常作業(yè)、配送電能時，高層建筑用電無異常，備用系統(tǒng)處于待作業(yè)狀態(tài)；當常規(guī)供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障，無法常規(guī)進行電能配送，可借助繼電保護裝置，關閉常規(guī)供電系統(tǒng)，同時啟動備用系統(tǒng)，繼續(xù)保持對高層建筑各處用戶的電能供應。該模式下，環(huán)形供電的穩(wěn)定性進一步提升，且能保證故障得到繼電器及時處理，安全性高。但備用系統(tǒng)建設和運維的支出相對較大，且需要占據(jù)過多建筑空間，應視建筑電能應用情況酌情選用。

2.2穩(wěn)定性設計

以提升高層建筑用電穩(wěn)定性和持續(xù)性為目標，可在進行電氣設計時，引入補償機制。補償機制可分為有功補償和無功補償兩種模式，考慮高層建筑用電的一般特點，擬設計有功補償機制輔助供電。以商民兩用建筑為例，該類建筑存在日間、夜間用電量波動較大，動態(tài)變化明顯的特點，實際工作中，可收集同類建筑的一般特點，了解用電需求量大、波動較大的樓層或具體用電設備，了解其作業(yè)參數(shù)，之后在對應樓層和用電設備控制端，放置大容量蓄電池，日常供電、用電作業(yè)過程中，過量輸送的電能可通過蓄電池進行儲備，也可獨立設置充電設備保持電池電量在90%左右。當建筑進入晚間或夏季等用電高峰階段、電能不足所用時（或存在隱患），啟動蓄電池進行輔助供電，維持供電的穩(wěn)定性。需注意對蓄電池進行升壓處理，使其相對用電器一端處于高壓狀態(tài)，以免電能繼續(xù)反向流入電池中。此外還應定期進行蓄電池運維，維持其功能[3]。

2.3重點環(huán)節(jié)設計

高層建筑電能的供應需要多個環(huán)節(jié)、設備共同工作，進行電氣設計時，還應針對重點環(huán)節(jié)做好分析，從宏觀角度保證電能供應效果、安全性。以主變壓器為例，在進行電氣設計的過程中，需結合數(shù)據(jù)信息，確保變壓器型號、容量的選取科學合理，進行安裝作業(yè)時也應保證程序規(guī)范。建議采用現(xiàn)場調試的方式，對變壓器容量設計結果進行檢驗?，F(xiàn)場調試一般可進行四輪，即空載調試、低負載調試、高負載調試和過負載調試，每輪進行至少三次調試，每次調試之間間隔不低于30min，每輪調試間隔不低于2h。對四輪調試結果進行記錄和分析，任何一次調試出現(xiàn)參數(shù)明顯異常問題，均表明變壓器質量不良或容量異常，調試過程中無明顯工作參數(shù)異常問題，但單輪調試中出現(xiàn)測試參數(shù)波動過大的情況，也應進行進一步分析，如便變壓器自身無故障，則表明其容量依然過小，可酌情設計大容量變壓器工作系統(tǒng)，應用于高層建筑電氣系統(tǒng)中。

2.4電氣智能化設計

高層建筑電氣設計應以服務用戶為基本目標，考慮到現(xiàn)代建筑功能持續(xù)多樣化，電能使用的動態(tài)性也較為明顯，應嘗試優(yōu)化電力系統(tǒng)的自適應能力，通過智能技術完善設計水平。以安全設計為例，用戶一端、建筑內電力系統(tǒng)各處的電氣元件，均存在明確的額定工作參數(shù)，當元件作業(yè)過程中的負荷過大，或出現(xiàn)其他故障時，其實際工作參數(shù)可能高于額定工作參數(shù)，并超過安全范圍，借助智能技術可提升對該異常的捕捉效果。假定某變壓器工作時的標準溫度為P，其n個工作日內的工作溫度值，可圍繞P呈現(xiàn)出模糊的線性變化，表現(xiàn)為一個數(shù)集：P=[P-n……P-2；P-1；P；P1；P2……Pn]其中，[P-n、Pn]分別代表n個工作日變壓器安全工作模式下的最小溫度值和最大溫度值。可收集對應數(shù)值，將其代入計算機中。在進行高層建筑電氣設計的過程中，借助傳感器實時收集變壓器溫度變化，并傳輸給計算機，當變壓器的工作溫度處于[P-n、Pn]之間，系統(tǒng)無動作；變壓器工作溫度超過[P-n、Pn]范疇，計算機自動識別該異常，并發(fā)出警報或進行應急處理，可避免電力火災等事故，提升建筑電氣設計的安全價值。

3高層建筑電氣設計要點總結

在高層建筑電氣設計中，供電電源的選取、電壓分析為核心項目。結合現(xiàn)代建筑用電特點，以保證供電可靠性為目標，應在環(huán)形供電模式下，保證建筑至少擁有兩個供電電源；結合當?shù)仉娋W(wǎng)作業(yè)特點，應在高層建筑電氣設計中確保不同電源可以獨立工作，原則上重視同時供電，一旦出現(xiàn)單路故障，另一路可保證電能供應持續(xù)性；以進一步提升供電能力為目標，可在高層建筑電氣設計中采用柴油發(fā)電機組，當出現(xiàn)供電中斷問題時，能夠保障在15s內自動恢復供電，以滿足事故照明、電腦設備、消防設備、電梯等設備需要；按照高層建筑電氣設計的一般標準，應采用10kV標準電壓等級；備用電源的負荷，應根據(jù)建筑需求具體確定。以高度為基準，高層建筑電氣設計的備用電源標準為：建筑物高度在50m以下，以低壓柴油發(fā)電機為備用電源。建筑物高度在50m以上，以高壓柴油發(fā)電機為備用電源。同時進行負荷收集，確定柴油發(fā)電機規(guī)格。所有作為備用電源的柴油發(fā)電機組（400V）最大單臺并機容量不得大于1400kW，負荷等級應在70%左右，存在并機需求時，可優(yōu)選高壓柴油發(fā)電機組作為備用電源。

4總結

綜上，高層建筑電氣設計影響建筑功能、安全性，應給予足夠重視。原則上看，相關設計應考慮穩(wěn)定性、安全性、經(jīng)濟性；方法上，可采用環(huán)形供電基本模式，設計補償機制，重視重點環(huán)節(jié)設計和現(xiàn)代技術的運用。結合已有資料，高層建筑電氣設計要點包括獨立多電源供電、設計備用電源等，可予以參考。

參考文獻

[1]程貝貝.低壓供配電系統(tǒng)在高層建筑電氣設計中的可靠性分析[J].建材與裝飾，2019（29）：90-91.

[2]劉超.關于建筑電氣設計中的消防配電設計探討[J].中國石油和化工標準與質量，2019，39（16）：134-135.

[3]任俊，張倩.高層建筑電氣設計中低壓供配電系統(tǒng)安全性分析[J].中國新技術新產(chǎn)品，2019（15）：140-141.

作者：易松林 單位：郴州市宇華專家建筑設計有限責任公司