高層建筑電氣設(shè)計(jì)要點(diǎn)

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摘要：電氣設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行深入分析。基于此，本文以高層建筑電氣設(shè)計(jì)的基本原則作為切入點(diǎn)，予以簡(jiǎn)述，再以此為基礎(chǔ)，重點(diǎn)分析高層建筑電氣設(shè)計(jì)的可行方法，并對(duì)高層建筑電氣設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行梳理，服務(wù)后續(xù)相關(guān)工作。

關(guān)鍵詞：高層建筑；電氣設(shè)計(jì)；環(huán)形供電；智能技術(shù)；補(bǔ)償機(jī)制

1高層建筑電氣設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)中，應(yīng)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(yīng)。我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中，核心城市供電要求達(dá)到四個(gè)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(dá)到三個(gè)9的水平，即每供電1000h，允許出現(xiàn)1h停電[1]。高層建筑內(nèi)用戶較多且用電波動(dòng)帶有動(dòng)態(tài)性，其電氣設(shè)計(jì)應(yīng)強(qiáng)調(diào)框架穩(wěn)定，并謀求借助現(xiàn)代化的技術(shù)手段提升自適應(yīng)能力，契合建筑用電特點(diǎn)和發(fā)展需求。1.2安全性安全性是各類建筑電氣設(shè)計(jì)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(shè)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(shè)備也依然通過并聯(lián)模式保證設(shè)備工作的獨(dú)立性，降低故障發(fā)生率和事故風(fēng)險(xiǎn)擴(kuò)大的可能。隨各地高層建筑用電設(shè)備增加、用電量變化，電氣設(shè)計(jì)安全性有必要進(jìn)一步提升。

1.3經(jīng)濟(jì)性

經(jīng)濟(jì)性是指在高層建筑電氣設(shè)計(jì)中，保證電能足量、持續(xù)提供的情況下，避免電能浪費(fèi)情況，確保整體能耗控制效果，維持經(jīng)濟(jì)性。如配電系統(tǒng)的參數(shù)分析工作，一般可結(jié)合建筑基本用電特征，核準(zhǔn)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(shè)備?，F(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，進(jìn)一步提升了電能流量監(jiān)測(cè)水平，也為高層建筑電氣設(shè)計(jì)提供了更多思路[2]。

2高層建筑電氣設(shè)計(jì)的方法

2.1供電模式設(shè)計(jì)

以提供高層建筑電氣設(shè)計(jì)穩(wěn)定性和安全性為著眼點(diǎn)，環(huán)形供電模式應(yīng)作為首選。環(huán)形供電使用戶可以從兩個(gè)方向獲得電源，環(huán)內(nèi)任一段線路發(fā)生故障時(shí)，經(jīng)開關(guān)切除該故障段，不會(huì)對(duì)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(jìn)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(shè)置一套備用系統(tǒng)。當(dāng)常規(guī)供電系統(tǒng)可正常作業(yè)、配送電能時(shí)，高層建筑用電無(wú)異常，備用系統(tǒng)處于待作業(yè)狀態(tài)；當(dāng)常規(guī)供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障，無(wú)法常規(guī)進(jìn)行電能配送，可借助繼電保護(hù)裝置，關(guān)閉常規(guī)供電系統(tǒng)，同時(shí)啟動(dòng)備用系統(tǒng)，繼續(xù)保持對(duì)高層建筑各處用戶的電能供應(yīng)。該模式下，環(huán)形供電的穩(wěn)定性進(jìn)一步提升，且能保證故障得到繼電器及時(shí)處理，安全性高。但備用系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)維的支出相對(duì)較大，且需要占據(jù)過多建筑空間，應(yīng)視建筑電能應(yīng)用情況酌情選用。

2.2穩(wěn)定性設(shè)計(jì)

以提升高層建筑用電穩(wěn)定性和持續(xù)性為目標(biāo)，可在進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)時(shí)，引入補(bǔ)償機(jī)制。補(bǔ)償機(jī)制可分為有功補(bǔ)償和無(wú)功補(bǔ)償兩種模式，考慮高層建筑用電的一般特點(diǎn)，擬設(shè)計(jì)有功補(bǔ)償機(jī)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(dòng)較大，動(dòng)態(tài)變化明顯的特點(diǎn)，實(shí)際工作中，可收集同類建筑的一般特點(diǎn)，了解用電需求量大、波動(dòng)較大的樓層或具體用電設(shè)備，了解其作業(yè)參數(shù)，之后在對(duì)應(yīng)樓層和用電設(shè)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(jìn)行儲(chǔ)備，也可獨(dú)立設(shè)置充電設(shè)備保持電池電量在90%左右。當(dāng)建筑進(jìn)入晚間或夏季等用電高峰階段、電能不足所用時(shí)（或存在隱患），啟動(dòng)蓄電池進(jìn)行輔助供電，維持供電的穩(wěn)定性。需注意對(duì)蓄電池進(jìn)行升壓處理，使其相對(duì)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(yīng)定期進(jìn)行蓄電池運(yùn)維，維持其功能[3]。

2.3重點(diǎn)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

高層建筑電能的供應(yīng)需要多個(gè)環(huán)節(jié)、設(shè)備共同工作，進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)針對(duì)重點(diǎn)環(huán)節(jié)做好分析，從宏觀角度保證電能供應(yīng)效果、安全性。以主變壓器為例，在進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)的過程中，需結(jié)合數(shù)據(jù)信息，確保變壓器型號(hào)、容量的選取科學(xué)合理，進(jìn)行安裝作業(yè)時(shí)也應(yīng)保證程序規(guī)范。建議采用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的方式，對(duì)變壓器容量設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)試一般可進(jìn)行四輪，即空載調(diào)試、低負(fù)載調(diào)試、高負(fù)載調(diào)試和過負(fù)載調(diào)試，每輪進(jìn)行至少三次調(diào)試，每次調(diào)試之間間隔不低于30min，每輪調(diào)試間隔不低于2h。對(duì)四輪調(diào)試結(jié)果進(jìn)行記錄和分析，任何一次調(diào)試出現(xiàn)參數(shù)明顯異常問題，均表明變壓器質(zhì)量不良或容量異常，調(diào)試過程中無(wú)明顯工作參數(shù)異常問題，但單輪調(diào)試中出現(xiàn)測(cè)試參數(shù)波動(dòng)過大的情況，也應(yīng)進(jìn)行進(jìn)一步分析，如便變壓器自身無(wú)故障，則表明其容量依然過小，可酌情設(shè)計(jì)大容量變壓器工作系統(tǒng)，應(yīng)用于高層建筑電氣系統(tǒng)中。

2.4電氣智能化設(shè)計(jì)

高層建筑電氣設(shè)計(jì)應(yīng)以服務(wù)用戶為基本目標(biāo)，考慮到現(xiàn)代建筑功能持續(xù)多樣化，電能使用的動(dòng)態(tài)性也較為明顯，應(yīng)嘗試優(yōu)化電力系統(tǒng)的自適應(yīng)能力，通過智能技術(shù)完善設(shè)計(jì)水平。以安全設(shè)計(jì)為例，用戶一端、建筑內(nèi)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(dāng)元件作業(yè)過程中的負(fù)荷過大，或出現(xiàn)其他故障時(shí)，其實(shí)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(shù)可提升對(duì)該異常的捕捉效果。假定某變壓器工作時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)溫度為P，其n個(gè)工作日內(nèi)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(gè)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(gè)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?？墒占瘜?duì)應(yīng)數(shù)值，將其代入計(jì)算機(jī)中。在進(jìn)行高層建筑電氣設(shè)計(jì)的過程中，借助傳感器實(shí)時(shí)收集變壓器溫度變化，并傳輸給計(jì)算機(jī)，當(dāng)變壓器的工作溫度處于[P-n、Pn]之間，系統(tǒng)無(wú)動(dòng)作；變壓器工作溫度超過[P-n、Pn]范疇，計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別該異常，并發(fā)出警報(bào)或進(jìn)行應(yīng)急處理，可避免電力火災(zāi)等事故，提升建筑電氣設(shè)計(jì)的安全價(jià)值。

3高層建筑電氣設(shè)計(jì)要點(diǎn)總結(jié)

在高層建筑電氣設(shè)計(jì)中，供電電源的選取、電壓分析為核心項(xiàng)目。結(jié)合現(xiàn)代建筑用電特點(diǎn)，以保證供電可靠性為目標(biāo)，應(yīng)在環(huán)形供電模式下，保證建筑至少擁有兩個(gè)供電電源；結(jié)合當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)作業(yè)特點(diǎn)，應(yīng)在高層建筑電氣設(shè)計(jì)中確保不同電源可以獨(dú)立工作，原則上重視同時(shí)供電，一旦出現(xiàn)單路故障，另一路可保證電能供應(yīng)持續(xù)性；以進(jìn)一步提升供電能力為目標(biāo)，可在高層建筑電氣設(shè)計(jì)中采用柴油發(fā)電機(jī)組，當(dāng)出現(xiàn)供電中斷問題時(shí)，能夠保障在15s內(nèi)自動(dòng)恢復(fù)供電，以滿足事故照明、電腦設(shè)備、消防設(shè)備、電梯等設(shè)備需要；按照高層建筑電氣設(shè)計(jì)的一般標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)采用10kV標(biāo)準(zhǔn)電壓等級(jí)；備用電源的負(fù)荷，應(yīng)根據(jù)建筑需求具體確定。以高度為基準(zhǔn)，高層建筑電氣設(shè)計(jì)的備用電源標(biāo)準(zhǔn)為：建筑物高度在50m以下，以低壓柴油發(fā)電機(jī)為備用電源。建筑物高度在50m以上，以高壓柴油發(fā)電機(jī)為備用電源。同時(shí)進(jìn)行負(fù)荷收集，確定柴油發(fā)電機(jī)規(guī)格。所有作為備用電源的柴油發(fā)電機(jī)組（400V）最大單臺(tái)并機(jī)容量不得大于1400kW，負(fù)荷等級(jí)應(yīng)在70%左右，存在并機(jī)需求時(shí)，可優(yōu)選高壓柴油發(fā)電機(jī)組作為備用電源。

4總結(jié)

綜上，高層建筑電氣設(shè)計(jì)影響建筑功能、安全性，應(yīng)給予足夠重視。原則上看，相關(guān)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮穩(wěn)定性、安全性、經(jīng)濟(jì)性；方法上，可采用環(huán)形供電基本模式，設(shè)計(jì)補(bǔ)償機(jī)制，重視重點(diǎn)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)和現(xiàn)代技術(shù)的運(yùn)用。結(jié)合已有資料，高層建筑電氣設(shè)計(jì)要點(diǎn)包括獨(dú)立多電源供電、設(shè)計(jì)備用電源等，可予以參考。

參考文獻(xiàn)

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

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[3]任俊，張倩.高層建筑電氣設(shè)計(jì)中低壓供配電系統(tǒng)安全性分析[J].中國(guó)新技術(shù)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(shè)計(jì)有限責(zé)任公司