(防城港金达电力勘察设计有限公司广西壮族自治区538001)
摘要:在国内，高层建筑被定义为层数至少为10层，高度高于24m的混凝土结构建筑。此类建筑通常都会配备电气化、供配电、温度调节等系统，以实现更多的功能，为人们的生产生活提供更好的室内环境。在设计高层建筑的供配电方案时，必须遵循合理、高效的原则，同时还需兼顾各方面的因素，从而为电梯、照明等设备和装置提供稳定的电能，使其能够安全、稳定的运行，降低事故造成的生命和财产损失。
关键词:高层建筑；供配电系统；电气设计
一、高层建筑对供配电系统的需求
1.1基本需求
高层建筑的主要特征是空间大、功能丰富、负荷种类多且数量大，因此其内部的供配电系统必须能够稳定、安全的运行，同时尽量满足技术和成本方面的要求。此类建筑内部安装了大量的设备和负荷，比如空调系统、照明系统、消防系统等，在日常运行过程中耗电量巨大，高层建筑中的电气设备需要稳定的电能供应才能正常运行，为了满足这一要求，高层建筑通常都会配备双电源并使用树干式或放射式配电模式，确保电能的稳定供应。
1.2高层建筑供配电系统的技术需求
通常情况下，供配电系统中，功率的流动是以电源为起点，以负荷为终点的，简单来说就是电能降压后输送给用户，维持负荷的正常运转。当前，国内供配电系统电压不超过100kV。因此在设计供配电方案时，需要基于负荷类型、电能需求来进行电力的分配，同时考虑现场的其他状况和因素。由于负荷和用户需求有可能发生变化，因此供配电系统还需具备长久性，只有这样才能及时的作出调整和升级，在未来也能够满足负荷和用户的需求，降低二次投资。
二、高层建筑的负荷与供配电特点
2.1高层建筑及其负荷的可靠性分级
如今的高层建筑，将大量电气设施、技术融合在一起，应用安全和服务系统。各种负荷的性质和重要程度不同，因此对电能可靠性的要求也存在差异。现行《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95（2005年版）明确指出：基于居住区内建筑物和配套设施负荷性质，将其分为三个级别：第一级主要有：高级住宅的电梯、消防装置、应急照明装置等；高于19层的居住类建筑的电梯、消防装置、应急照明装置等；I类车库、机械停车设备等；建筑面积高于5000m2的人防工程；第二级主要有：层数为10-18层居住类建筑的电梯、消防装置、应急照明装置等；II、III类车库；建筑面积不超过5000m2的人防工程；区域性的增压泵房、网络中心等。未包括在上述两类中的负荷全属于第三级。
2.2供电可靠性要求
绝大部分的高层建筑都配备有一、二级负荷，所以为了确保供电的稳定性，通常会采用两个独立的供电回路，或一条电源回路+备用电源，即便出现停电事件，也能够保障电能的供应。另外，一级负荷的逻辑联锁是必不可少的。根据《城市电力网规划设计导则（试行）》（能源电[1993]228号）的相关内容可知：层数达到或超过10层的住宅建筑（无论底层是否为商业用途）和高于24m的其他民用建筑，必须安装备用电源，在紧急状况下确保电能的持续供应。一旦有一路电源出现故障，母线联络开关启动，确保大部分负荷能够继续运转。若两路电源都出现故障，应急发电机组开始运行，在30s内利用低压母线输送电力。
2.3用电设备多
高层建筑的空间跨度较为复杂，同时要为城市生活提供功能方面的保障，因此它往往需要配备种类繁多的用电装置。笼统来看，这些装置包括了三类：照明装置、通风装置、自动化装置。其中照明装置可以进一步分为室内照明装置、楼面照明装置两种。而且，有些高层建筑（比如具有住宿、商业功能的建筑），还需安装辅助性照明装置，以起到营造灯光氛围和视觉效果的作用。
布置在高层建筑外部的照明装置，在后续运行中出现故障很难进行维护，难以迅速的恢复其功能。而在通风系统方面，高层建筑的这一系统由两个部分构成，分别位于地上和地下。供电系统设计必须考虑通风装置的性质和要求。高层建筑综合体集成了大量的自动化设施，在供电方面有着较高的要求，如监控、电梯系统，为建筑提供了必不可少的功能，但在现实中容易因供电中断而无法运行，因此在设计供电方案时必须考虑辅助电力维护，确保建筑功能的完善性，同时还需方便日后的维修和维护。
三、建筑电气供配电设计的原则
建筑电气供配电设计会受到诸多因素的影响，为了保证建筑电气供配电设计的质量，设计人员需在设计工作中坚持供配线设计的基本原则，以下笔者就将对建筑电气供配电设计中需要坚持的功能性原则、经济性原则以及高利用率原则进行简要阐述。
3.1功能性原则
建筑电气设计过程中，需采取合理有效的措施实现工程建设的目标，如居民楼建设中应满足住户的居住功能，工厂建设中需满足工厂操作加工的基本要求，展览馆和博物馆的建设中要为人们带来较好的视觉享受，而这也充分体现了建筑电气设计的功能性原则。
3.2经济性原则
在建筑电气工程配电线路设计阶段，要求满足节水和节能的基本要求，且工程效益应高于工程的资源投入。如在投入大量的节能设备和节能技术后无法降低工程成本、提高工程效益，则无法满足企业工程建设的初期目标。为此，在节能的同时也需充分考虑到工程建设的成本和效益问题，在保证工程经济性的基础上，选择合理的建筑电气供配电设计形式。
3.3高利用率原则
若要增大能源的利用率，就必须采取有效措施积极减少不需要的能耗。这就需要在建筑电气工程设计中，站在多个角度对不同环节的电能损耗予以科学分析，改良其中不合理的部分。
四、高层建筑供配电系统的设计方案
4.1电源的合理布置
电源布置必须遵循合理性原则，它和施工过程的用电存在明显的差异。在建筑未竣工之前，在供电方面需要额外的配料以及布置，从而使各种施工设备、器械能够正常运行，保质保量的完成建筑工程。然而电力系统的布置却非常禁忌这一点，若供电电压高于建筑的需求，就有可能出现大电流，导致设备出现故障甚至是火灾事故。因此，在设计供配电方案时，不能忽视建筑的负荷状况，比如通过两个回路为二级负荷供电，避免线缆温度过高而造成火灾。至于一级负荷，应该配备两个电源，确保在其中之一失效的情况下，另一个电源能够继续供电。如果是具有商场、酒店功能的综合体建筑，还需准备应急电源，避免因电能中断而导致严重的经济损失。
4.2供电电源电压及主结线
高层建筑耗电量巨大，因此通常会选择高压供电方式，我国大陆地区以10kV为主（香港11kV，日本22kV，美国13.8kV）。这种供电方式通常会匹配单母线制，从而降低整个系统结构的复杂性，节省设备和线缆，将运行成本控制在更低范围内。这种方案在高层建筑和工矿企业中应用较为常见。
4.3有关用电负荷的计算问题
在确定高层建筑电负荷方面，全球都没有统一的计算方法，每种方法都有自身的优势和缺陷。不过就现状来看，目前应用较广泛的方法主要有（传统或改良后的）需要系数法、单位容量法等。
4.4变压器的选择
如今，高层建筑采用的变压器基本上都属于小容量装置（不高于1600kVA），这是实际情况和需求所决定的。尽管大容量变压器在效率方面具有更好的表现，不过它涉及的负荷面较宽。所以，在选择变压器数量和容量时，需要结合各方面的因素以及用电需求进行分析。
结束语：
随着高层建筑的迅猛发展，相关的供配电系统设计使用水平持续的提高。此类建筑的设计和建造必须兼顾高度和精度方面的要求，确保供电系统能够提供电能方面的保障，且在技术方面是完全可行、安全的。因此，在未来还需对高层建筑电气设计方案进行进一步的研究，不断促进供配电系统运行安全性、稳定性的提高，消除更多的安全隐患，降低高层建筑质量事故发生率，维护生命以及财产安全。
参考文献:
[1]刘洁雅.高层建筑电气工程供配电系统设计研究[J].通讯世界,2018(11):97-98.
[2]高桂根.高层建筑电气工程供配电系统设计分析[J].价值工程,2014,33(36):118-119.