高層建筑電氣工程供配電系統設計分析

霍延明

【摘 要】在現代高層建筑規模不斷擴大的趨勢下，人們對于高層建筑供電設計的要求也越來越高。配電系統作為電力系統的基本組成部分，是現代建筑建設中的基礎設施。配電系統主要由用電設備、配電線路及配電裝置組成，其設計質量的好壞將直接關系著高層建筑的供電質量和功能使用。因此，加強有關高層建筑配電系統設計的分析，對于改善配電系統設計水平具有重要的現實意義。

【關鍵詞】建筑工程；電氣供配電系統；節能設計

引言：

隨著經濟的蓬勃發展，能源消耗與日俱增，隨之而來的能源問題也越來越突出。而建筑能耗在社會能源消耗中占有很大的比例，為了降低電力能源消耗，緩解能源緊張的問題，加強建筑供配電設計中的節能技術水平尤為重要。在供配電設計中，要加強電力設計的節能應用，促進我國電力行業的持續發展。

一、概述

城市在不斷發展過程中出現了速度越來越快的情況，而且，在施工項目數量方面也出現了越來越多的情況，這樣就使得城市在發展過程中出現了很多的高層建筑，這些建筑的出現對城市發展有一定的影響，因此，在進行高層建筑電氣設計工作的時候一定要非常認真，對設計方案要進行反復的推敲，這樣在功效方面能夠得到保證，同時也滿足了社會發展對高層建筑的各項需求，從而更好地促進社會的發展。和高層建筑物電氣相關的用電設施種類很多。

室內、樓梯以及安全通道的照明都是電器照明設施；運貨電梯以及載客電梯等設施；生活以及消防水泵等排水設施；冷卻塔風機與水機組制冷設施；引風設施以及鼓風等鍋爐設施；排風設施、冰箱等廚房設施；空調中的送風、回風、風機管盤等送電設施；正壓、排煙風機等消防設施。除此之外，高層建筑的使用功能不一樣所需的電量也不一樣，但是總的來講需要的電量都很大，還有高層建筑中的消防、客梯、應急等用電都要有自己單獨的電源。

高層建筑電氣進行設計，首先需要考慮的就是電力負荷，如果不對其進行科學而又客觀的計算和估計，那么其精確程度將嚴重影響到超高層建筑中設備的使用安全。而在進行電力負荷計算的時候，需要采用負荷密度法或是需要系數法對其進行計算，這樣得到的數據更加真實，從而為超高層的電氣設計奠定良好的基礎。此外，在電氣設計時，為了保障建筑供電的可靠性以及安全性，必須提供兩個或是兩個以上的供電電源，這樣才能保證供電的需求。供電電源需要當地的供電部門提供一些必要的支持，這樣才能保證供電能力。在進行供電時，需要保證兩個供電電源同時供電，將彼此都作為備用電源。

二、供配電系統設計的合理性

1、電容量的調查和估計

電氣節能的基礎來自于合理的供配電系統，供電方案的合理性取決于企業對用電量的預測。在設計供配電系統中，對企業的用電模式控制極其嚴格，很多企業的供配電系統在投入使用不久后，就可能因為大量用電設備的增加而難以滿足需求，從而進行擴容改造，導致資源的浪費。因此設計供配電系統中，就要做好充分的調研工作，對提供的數據進行仔細的分析估算。如果這項工作不到位，那么無論任何節能技術方法，使用任何節能產品都無法做到真正的節能。

2、科學設計企業內部配電系統

對于企業建筑而言，配電系統的合理性同等重要。企業建筑內配電設計要減少配電級數和設計科學的配電路徑。配電級數的數量不但造成上下級配合復雜，還會增加元器件的數量，而增加故障上升率，并且會使配線電纜的放大。線纜的加長以及供電質量的問題都與配電路徑是否合理有關。配電路徑的不科學主要原因是配電間不合理的位置所致，所以在設計企業內部配電系統時，要及時優化其位置，否則難以發揮節能的效果。

三、電氣供配電系統節能設計

1、高層建筑的配電變壓器的節能選型設計

在實際工作中，為了實現變壓器的節能目的，需要對投資與年耗電量等諸多因素進行綜合性考慮。通過實踐我們知道，經濟合理的配電變壓器，在選型和設計時要根據配電變壓器的投資回收年限來最終確定具體型號。一般采用變壓器投資費用價差和年耗電的電費價差來獲取。對于配電變壓器節能優化選型，需要依據高層建筑所需的實際電負荷要求，通常要稍高于變壓器最佳負荷來選擇型號。達到變壓器負荷率保持在70%左右具有最高的經濟性。選擇相應型號時，需要首選空載損耗與負載損耗等方面較小的節能型變壓器。例如：在選擇315kVA的l0kV配電變壓器時，一般選擇S13節能型配電變壓器，這種變壓器與傳統變壓器對比可以大大降低負責損耗與空載損耗。對于配電變壓器的優化選型設計，通常首選三角形的立體卷鐵芯高效節能經濟型配電變壓器，這種變壓器已開始逐步取代常規插片式高能耗的配電變壓器。該變壓器可以很好地提高建筑供配電系統的電能轉換效率，還可以有效降低配電變壓器運行能耗。此外，還能夠延長配電變壓器的使用壽命。

2、高層建筑照明系統的優化節能設計

在熒光燈與高強度氣體放電燈進行優化與選型設計中需要滿足GB50034-2004《建筑照明設計標準》中的相關技術規定。同時，需嚴格控制照明系統的相關節能指標。通常在高層建筑照明系統中采用智能化自動控制系統。一旦將智能化控制系統和高層建筑照明性能有效結合，就可大幅提高系統的照明質量，有效的提高照明的人性化服務水平。同時，智能照明系統能有效根據具體環境中的溫濕度與自然光照情況，通過科學分析后制定出節能效果明顯的控制方案。從而使照明系統的控制更為準確、更加精細。并且能夠很好地提高建筑照明系統電能轉換效率最終實現節能設計目標。

3、合理選擇配電變壓器容量與臺數

為了保證在設計時選擇的配電變壓器在使用期內能夠預留適當的容量，綜合考慮損耗、投資費用等方面因素的影響后，推薦變壓器的設計負載率在75%-85%較為適宜，這樣不僅能夠獲得較高的經濟性，同時又能確保變壓器的容量能夠滿足后期一定程度的擴容需求，增加其使用壽命和技術經濟性。在配電變壓器經濟調度方案優化節能設計過程時，應結合負荷特性合理分配用電負荷、合理計算優選配電變壓器容量與臺數，即通過科學合理的調控設計方案，使配電變壓器能夠長時間運行在高效工況，有效降低變壓器運行總損耗。為了降低供配電網絡的電能損耗，達到最佳節能降耗效果，對于2臺及以上配電變壓器共同聯合運行時，應根據系統負荷波動情況建立聯合經濟調度運行模式。當配電負荷率低于30%時，應根據實際運行負荷需求切換到小容量變壓器；當負荷率超過80%并通過設計計算不利于經濟調度運行時，則在容量選擇過程中需要考慮放大一級容量來進行節能設計。當建筑電氣系統運行負荷功率較為穩定時，在合理分配負荷的情況下，應盡可能減少變壓器的設計臺數，應優先選擇大容量、節能型配電變壓器。如建筑電氣系統計算負荷在2000kV·A左右時，宜優先選擇2臺1000kV·A的變壓器，不宜選4臺500kV·A的變壓器，這樣一方面便于兩臺變壓器并聯進行經濟調度運行，另一方面，前者總運行損耗要比后者低，且其成本和運行經濟效益較后者要優。

4、高層建筑中電機拖動系統的節能設計

通常，電機拖動系統產生的能耗占所有電器能耗90%以上。并且多數拖動系統電能轉換利用效率很低。實現節能降耗可以在電機拖動系統中多做文章。一般對于200kW以下選擇低壓電機可以大大降低投資。而355kW或者以上功率的電機必須選擇高壓電。而在200～355kW范圍之間的，需要綜合考慮技術、投資與運行節能的經濟性等諸多因素。最終確定更為節能的電機實際功率。這就需要結合建筑電機拖動系統具體情況，選用適用的變頻調速與軟啟動等先進控制方案。做到對電機拖動系統控制模式的科學優化設計，最終實現該系統運行的高效與節能。

結束語：

隨著城市現代化進程的推進速度越來越快，高層建筑在我國各城市特別是大城市得到迅速發展，在進行高層建筑電氣設計工作的時候一定要非常認真，對設計方案要進行反復的推敲，其負荷容量計算是否準確，供電電源選擇及變配電所布置是否合理，供配電系統是否經濟，運行是否能保持穩定、安全等方面，將決定其最終成果的優劣。這樣才能在功效方面能夠得到保證，同時也滿足了社會發展對高層建筑的各項需求。

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