超高層建筑供配電系統(tǒng)的可靠性分析

1、    超高層建筑供配電系統(tǒng)的可靠性分析    摘要：超高層建筑結(jié)構(gòu)跨度大、布局復(fù)雜，所擔(dān)負(fù)的功能也越來越多元化，各種用電設(shè)備為超高層建筑的供配電系統(tǒng)帶來了巨大挑戰(zhàn)。文章從超高層建筑的結(jié)構(gòu)布局出發(fā)，分析了影響超高層建筑供配電系統(tǒng)可靠性的因素，最后從設(shè)備、電路設(shè)計(jì)以及管理各方面提出了提高超高層建筑供配電系統(tǒng)可靠性的措施。關(guān)鍵詞：超高層建筑；供配電系統(tǒng)；影響因素；可靠性；用電設(shè)備 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a中圖分類號：tu972 文章編號：1009-2374（2017）10-0170-02 doi：10.13535/ki.11-4406/n.2017.10.085根據(jù)我

2、國建筑行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，建筑高度大于100米的民用建筑稱為超高層建筑。目前，隨著城市化的進(jìn)程，無論是住宅還是公共建筑的超高層建筑結(jié)構(gòu)跨度越來越大，布局越來越復(fù)雜，所擔(dān)負(fù)的功能也越來越多元化，各種新型的用電設(shè)備為超高層建筑的供配電系統(tǒng)帶來了巨大挑戰(zhàn)。為了保證超高層建筑的安全性和使用功能性，必須有一套系統(tǒng)化、自動(dòng)化、可靠性高的供配電系統(tǒng)來保障超高層建筑的安全正常運(yùn)作，以此確保各方生命財(cái)產(chǎn)安全。因此，對于超高層建筑中的強(qiáng)電和弱電，都需要從電氣防火的安全可靠性上給予足夠的重視，通過不斷優(yōu)化改進(jìn)供配電技術(shù)方案，提高超高層建筑供配電系統(tǒng)的可靠性，避免電氣事故的發(fā)生。1 超高層建筑的結(jié)構(gòu)布局特點(diǎn)1.1 結(jié)構(gòu)復(fù)雜隨

3、著我國建筑科學(xué)設(shè)計(jì)和施工技術(shù)水平的不斷發(fā)展和提高，滿足城市化進(jìn)程中土地緊缺等問題，城市建筑快速向更高、跨度更大、復(fù)雜布局的立體空間式發(fā)展。超高層建筑的縱深拓展跨度大，為了滿足其多元化的需求，其立體空間越來越復(fù)雜，各種水、電、暖通等管線錯(cuò)綜復(fù)雜，對供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出了更高的要求。1.2 功能多樣縱深向發(fā)展的超高層建筑通過空間結(jié)構(gòu)多元化來滿足超高層的用戶對于各種功能的使用，諸如停車場、地上的裙房以及其他配套設(shè)施，這些功能多樣化的用電設(shè)備在方便用戶的同時(shí)也對電力系統(tǒng)提出了更高的要求。因此這對供配電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性帶來了巨大的挑戰(zhàn)，在設(shè)計(jì)時(shí)除了要滿足用戶生活、工作用電的可靠穩(wěn)定性，還要保證各種用電功能

4、設(shè)施的安全性。1.3 用電設(shè)備多元如今各種用電設(shè)備不斷更新，用電產(chǎn)品層出不窮，電力設(shè)備豐富多元，比如電力儲備、照明、暖通等已經(jīng)成為超高層建筑主要的電力設(shè)施。在滿足這些設(shè)備需要的同時(shí)，對超高層建筑電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全性提出更高的要求，在未來用電設(shè)備的多元化將進(jìn)一步發(fā)展，這是超高層建筑電力系統(tǒng)穩(wěn)定可靠性永遠(yuǎn)的課題。2 影響超高層建筑供配電可靠性的因素2.1 供電電源布置超高層建筑的設(shè)計(jì)電源要基于建筑用電器總設(shè)計(jì)用電確定，不同使用功用的建筑對電源的負(fù)荷等級分類以及用電單元的布置方式不同，當(dāng)設(shè)計(jì)的供電電源電壓小于實(shí)際需求容易誘發(fā)電源火災(zāi)。尤其是那些特定的超高層建筑綜合體如果電源設(shè)計(jì)不恰當(dāng)，沒有針對其

5、特殊性設(shè)置應(yīng)急電源，很容易因?yàn)殡娏χ袛喽鴮?dǎo)致較大財(cái)產(chǎn)經(jīng)濟(jì)損失。2.2 自動(dòng)化保安電源的穩(wěn)定性自動(dòng)切換的保安電源能夠保證供電的穩(wěn)妥性，其特點(diǎn)在于超高層建筑電力系統(tǒng)從間斷到聯(lián)通無需人為操作便能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化，因此節(jié)約了電源開關(guān)的復(fù)位時(shí)間，保證了整個(gè)供電系統(tǒng)的穩(wěn)定輸出。系統(tǒng)的自動(dòng)切換裝置通過開關(guān)兩側(cè)的電壓值來分析是否開啟，滿足電力切換的及時(shí)且能避免因?yàn)殡娫磾嚯姇r(shí)間過長所帶來的風(fēng)險(xiǎn)，因此自動(dòng)化保安電源的穩(wěn)定性也直接影響建筑供配電系統(tǒng)的可靠性。2.3 供電系統(tǒng)中的連接設(shè)備的可靠性供電系統(tǒng)的連接設(shè)備涉及線纜與相關(guān)配套設(shè)備，其科學(xué)合理的供電線路決定了超高層建筑后續(xù)的電流容量的空間。在建筑建設(shè)期到運(yùn)營整個(gè)生命周

6、期，建筑的實(shí)際負(fù)荷存在一定的變化，要對整個(gè)超高層建筑生命周期用電考慮，在進(jìn)行電力設(shè)計(jì)要充分考慮電流的熱量效應(yīng)，防止因?yàn)殡娮锜釋?dǎo)致線路熔斷，因此連接設(shè)備線路與設(shè)備的冗余可靠性也決定了供配電的可靠性。2.4 接地方式安全的接地方式是供電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，超高層建筑因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜性和功能的多元化對接地系統(tǒng)提出了較高的要求，其設(shè)計(jì)往往復(fù)雜。設(shè)計(jì)時(shí)要整合工作與保護(hù)接地系統(tǒng)，接地系統(tǒng)整體接地電阻設(shè)計(jì)值要達(dá)到超高層建筑結(jié)構(gòu)要求，進(jìn)而才能滿足增強(qiáng)供電系統(tǒng)要求。2.5 配變電所設(shè)備超高層建筑變電所的設(shè)備容易受到環(huán)境的影響，空氣中水汽或潮氣會對變電所的設(shè)備有一定的腐蝕，加快設(shè)備的老化進(jìn)而降低可靠性。配電裝置

7、的絕緣等級與電力系統(tǒng)的匹配度，相鄰帶電裝置的不同的額定電壓均對配電設(shè)備動(dòng)、熱穩(wěn)定有影響。3 提高超高層建筑供配電可靠性的措施3.1 做好負(fù)荷分級根據(jù)中斷供電所造成的影響程度來對建筑各種負(fù)荷進(jìn)行分級，主要分為一級（還包括一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷）、二級、三級。為了保證建筑供電系統(tǒng)的可靠性，除互為備用的2組電源供電設(shè)計(jì)以外，還需增加應(yīng)急電源進(jìn)而滿足對于特別重要負(fù)荷提供連續(xù)性、可靠性。2組電源能實(shí)現(xiàn)對發(fā)生變壓故障或線路損壞時(shí)電能的及時(shí)恢復(fù)進(jìn)而減少中斷時(shí)間或損失。3.2 合理布置供電電源超高層建筑的電源設(shè)計(jì)要根據(jù)建筑用電的實(shí)際性質(zhì)決定，不同功用的建筑主體設(shè)置不同的電源的布置方式，保證供電電源容量不小于

8、實(shí)際需求以避免電源火災(zāi)的發(fā)生。對于存在大量一、二級負(fù)荷的超高層建筑，要設(shè)置互不影響、互為備用的兩路電源，而對于商場等某些特定的超高層建筑綜合體還應(yīng)該增設(shè)應(yīng)急電源，避免電力中斷造成不必要的損失。超高層建筑的日常能夠有效使用的電源數(shù)量至少要有兩個(gè)，不同的電源應(yīng)設(shè)置不同的路由線路，專線電源通過上級變電站或開關(guān)站放射式供電。電源電壓等級根據(jù)實(shí)際需要選擇，有10kv、20kv、35kv或110kv多種級別供電方式，當(dāng)上一級電源發(fā)生故障而斷電時(shí)，能保證二級供電。超高層建筑，另外還要設(shè)置備用的緊急柴油發(fā)電機(jī)作為應(yīng)急電源。常見的低壓配電系統(tǒng)有兩種：一種是單母線分段+二段應(yīng)急母線。分段的單母線提供兩路市電，中間

9、設(shè)聯(lián)絡(luò)斷路器，應(yīng)急母線段兩段應(yīng)急母線用于應(yīng)急負(fù)荷和備用負(fù)荷供電；另一種是單母線分段+一段應(yīng)急母線兩路模式，其中市電采用分段的單母線供電，中間設(shè)聯(lián)絡(luò)斷路器，一般只有一段應(yīng)急母線段，負(fù)責(zé)應(yīng)急負(fù)荷和備用負(fù)荷。 3.3 提高保安電源的自動(dòng)化程度為了提升超高層建筑用電的可靠性與安全性，往往設(shè)置能夠自動(dòng)切換的保安電源來確保供電的穩(wěn)妥性，當(dāng)工作電源一旦發(fā)生故障系統(tǒng)會自動(dòng)切換到備用電源上，保安電源能夠在超高層建筑失去電力供應(yīng)時(shí)提供建筑基本的用電功能，進(jìn)而確保超高層建筑基本功能的正常運(yùn)行。3.4 選擇可靠的連接設(shè)備超高層建筑從建設(shè)期到施工直至最后運(yùn)營管理的整個(gè)生命周期，不同階段的使用功能都可能發(fā)生變化。對于前期

10、超高層建筑的電力消耗主要考慮電流的熱量效應(yīng)，尤其是電荷過載導(dǎo)致的線路熔斷等風(fēng)險(xiǎn)，因此要根據(jù)建筑不同使用功用和不同階段的荷載，配置相關(guān)配套線路，做好線路連接設(shè)備的冗余設(shè)計(jì)，保證供配電可靠性和穩(wěn)定性。供電系統(tǒng)的連接設(shè)備主要包括線纜與相關(guān)配套設(shè)備，實(shí)現(xiàn)做好超高層建筑供電線路的合理設(shè)計(jì)；其次是要選擇滿足要求的導(dǎo)線，充分滿足超高層建筑后續(xù)的電流容量，并要增加一定發(fā)展。超高層建筑中消防設(shè)備供電干線的設(shè)計(jì)和選材，消防供電的分支干線應(yīng)采用礦物絕緣具有一定耐火強(qiáng)度的電纜，降低礦物絕緣暴露電纜的長度，端部做好濺水防治措施，提高電纜的配電柜（箱）和用電設(shè)備接線盒的防護(hù)等級。3.5 安全接地超高層建筑因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的復(fù)雜給

11、接地系統(tǒng)帶來了一定的難度，而安全接地是提高供電系統(tǒng)安全穩(wěn)定性的基礎(chǔ)，超高層建筑因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜性和功能的多元化對接地系統(tǒng)提出了較高的要求，其設(shè)計(jì)往往復(fù)雜。設(shè)計(jì)時(shí)要從工作接地與保護(hù)接地上來實(shí)現(xiàn)對建筑系統(tǒng)接地的整合，接地系統(tǒng)整體阻力設(shè)計(jì)值要達(dá)到超高層建筑結(jié)構(gòu)要求，進(jìn)而才能滿足增強(qiáng)供電系統(tǒng)要求。3.6 合理設(shè)置配變電所超高層建筑變電所要盡量選擇干式氣體絕緣變壓器且靠近電源，周圍環(huán)境要通風(fēng)、干燥，避免潮濕影響變電所設(shè)備的可靠性。在配電裝置的絕緣等級方面要與電力系統(tǒng)的相關(guān)規(guī)定符合，對于不同額定電壓的相鄰帶電裝置要根據(jù)較高額定電壓的安全凈距來設(shè)置，導(dǎo)體與電氣設(shè)備的最高工作電壓設(shè)計(jì)與安裝要高于回路最高運(yùn)行電壓。4 結(jié)語超高層建筑因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)功用的復(fù)雜性給供配電系統(tǒng)帶來了巨大難度，增加了影響電力系統(tǒng)供配電可靠性的因素，需要從負(fù)荷分級、電源布置、連接設(shè)備等方面綜合考慮，科學(xué)設(shè)計(jì)，合理配置，在滿足超高層建筑供配電安全的前提下提高系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性。參考文獻(xiàn)1 王凱，韓述歡.淺談供配電系統(tǒng)可靠性分析策略j.電子世界，2016，（12）.2 崔顯星