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高层建筑电气设计要点

摘要:电气设计在现代建筑系统中十分重要,直接影响建筑功能、使用安全,这也要求就其设计要点进行深入分析。基于此,本文以高层建筑电气设计的基本原则作为切入点,予以简述,再以此为基础,重点分析高层建筑电气设计的可行方法,并对高层建筑电气设计要点进行梳理,服务后续相关工作。

关键词:高层建筑;电气设计;环形供电;智能技术;补偿机制

1高层建筑电气设计的基本原则

1.1稳定性

稳定性是指在高层建筑电气设计中,应保证供电稳定、持续,即便出现用电高峰也可保证电能的充分供应。我国现行标准中,核心城市供电要求达到四个9的水平,即每供电10000h,允许出现1h停电;普通城市供电要求达到三个9的水平,即每供电1000h,允许出现1h停电[1]。高层建筑内用户较多且用电波动带有动态性,其电气设计应强调框架稳定,并谋求借助现代化的技术手段提升自适应能力,契合建筑用电特点和发展需求。1.2安全性安全性是各类建筑电气设计的基本原则,要求在施工作业、电气使用等所有环节,保证设备和人员安全,贯穿建筑使用的全生命周期。如现代高层建筑多需要采用并联的模式,为不同用户提供电能。用户一端,不同电气设备也依然通过并联模式保证设备工作的独立性,降低故障发生率和事故风险扩大的可能。随各地高层建筑用电设备增加、用电量变化,电气设计安全性有必要进一步提升。

1.3经济性

经济性是指在高层建筑电气设计中,保证电能足量、持续提供的情况下,避免电能浪费情况,确保整体能耗控制效果,维持经济性。如配电系统的参数分析工作,一般可结合建筑基本用电特征,核准用电量情况,选取合适容量的变压器和与之匹配的配电线路、附属设备。现代技术的发展和应用,进一步提升了电能流量监测水平,也为高层建筑电气设计提供了更多思路[2]。

2高层建筑电气设计的方法

2.1供电模式设计

以提供高层建筑电气设计稳定性和安全性为着眼点,环形供电模式应作为首选。环形供电使用户可以从两个方向获得电源,环内任一段线路发生故障时,经开关切除该故障段,不会对其他环节和用户产生影响,其作业原理图见图1。为进一步提升环形供电稳定性,可增加备用工作系统。在常规供电系统之外设置一套备用系统。当常规供电系统可正常作业、配送电能时,高层建筑用电无异常,备用系统处于待作业状态;当常规供电系统出现故障,无法常规进行电能配送,可借助继电保护装置,关闭常规供电系统,同时启动备用系统,继续保持对高层建筑各处用户的电能供应。该模式下,环形供电的稳定性进一步提升,且能保证故障得到继电器及时处理,安全性高。但备用系统建设和运维的支出相对较大,且需要占据过多建筑空间,应视建筑电能应用情况酌情选用。

2.2稳定性设计

以提升高层建筑用电稳定性和持续性为目标,可在进行电气设计时,引入补偿机制。补偿机制可分为有功补偿和无功补偿两种模式,考虑高层建筑用电的一般特点,拟设计有功补偿机制辅助供电。以商民两用建筑为例,该类建筑存在日间、夜间用电量波动较大,动态变化明显的特点,实际工作中,可收集同类建筑的一般特点,了解用电需求量大、波动较大的楼层或具体用电设备,了解其作业参数,之后在对应楼层和用电设备控制端,放置大容量蓄电池,日常供电、用电作业过程中,过量输送的电能可通过蓄电池进行储备,也可独立设置充电设备保持电池电量在90%左右。当建筑进入晚间或夏季等用电高峰阶段、电能不足所用时(或存在隐患),启动蓄电池进行辅助供电,维持供电的稳定性。需注意对蓄电池进行升压处理,使其相对用电器一端处于高压状态,以免电能继续反向流入电池中。此外还应定期进行蓄电池运维,维持其功能[3]。

2.3重点环节设计

高层建筑电能的供应需要多个环节、设备共同工作,进行电气设计时,还应针对重点环节做好分析,从宏观角度保证电能供应效果、安全性。以主变压器为例,在进行电气设计的过程中,需结合数据信息,确保变压器型号、容量的选取科学合理,进行安装作业时也应保证程序规范。建议采用现场调试的方式,对变压器容量设计结果进行检验。现场调试一般可进行四轮,即空载调试、低负载调试、高负载调试和过负载调试,每轮进行至少三次调试,每次调试之间间隔不低于30min,每轮调试间隔不低于2h。对四轮调试结果进行记录和分析,任何一次调试出现参数明显异常问题,均表明变压器质量不良或容量异常,调试过程中无明显工作参数异常问题,但单轮调试中出现测试参数波动过大的情况,也应进行进一步分析,如便变压器自身无故障,则表明其容量依然过小,可酌情设计大容量变压器工作系统,应用于高层建筑电气系统中。

2.4电气智能化设计

高层建筑电气设计应以服务用户为基本目标,考虑到现代建筑功能持续多样化,电能使用的动态性也较为明显,应尝试优化电力系统的自适应能力,通过智能技术完善设计水平。以安全设计为例,用户一端、建筑内电力系统各处的电气元件,均存在明确的额定工作参数,当元件作业过程中的负荷过大,或出现其他故障时,其实际工作参数可能高于额定工作参数,并超过安全范围,借助智能技术可提升对该异常的捕捉效果。假定某变压器工作时的标准温度为P,其n个工作日内的工作温度值,可围绕P呈现出模糊的线性变化,表现为一个数集:P=[P-n……P-2;P-1;P;P1;P2……Pn]其中,[P-n、Pn]分别代表n个工作日变压器安全工作模式下的最小温度值和最大温度值。可收集对应数值,将其代入计算机中。在进行高层建筑电气设计的过程中,借助传感器实时收集变压器温度变化,并传输给计算机,当变压器的工作温度处于[P-n、Pn]之间,系统无动作;变压器工作温度超过[P-n、Pn]范畴,计算机自动识别该异常,并发出警报或进行应急处理,可避免电力火灾等事故,提升建筑电气设计的安全价值。

3高层建筑电气设计要点总结

在高层建筑电气设计中,供电电源的选取、电压分析为核心项目。结合现代建筑用电特点,以保证供电可靠性为目标,应在环形供电模式下,保证建筑至少拥有两个供电电源;结合当地电网作业特点,应在高层建筑电气设计中确保不同电源可以独立工作,原则上重视同时供电,一旦出现单路故障,另一路可保证电能供应持续性;以进一步提升供电能力为目标,可在高层建筑电气设计中采用柴油发电机组,当出现供电中断问题时,能够保障在15s内自动恢复供电,以满足事故照明、电脑设备、消防设备、电梯等设备需要;按照高层建筑电气设计的一般标准,应采用10kV标准电压等级;备用电源的负荷,应根据建筑需求具体确定。以高度为基准,高层建筑电气设计的备用电源标准为:建筑物高度在50m以下,以低压柴油发电机为备用电源。建筑物高度在50m以上,以高压柴油发电机为备用电源。同时进行负荷收集,确定柴油发电机规格。所有作为备用电源的柴油发电机组(400V)最大单台并机容量不得大于1400kW,负荷等级应在70%左右,存在并机需求时,可优选高压柴油发电机组作为备用电源。

4总结

综上,高层建筑电气设计影响建筑功能、安全性,应给予足够重视。原则上看,相关设计应考虑稳定性、安全性、经济性;方法上,可采用环形供电基本模式,设计补偿机制,重视重点环节设计和现代技术的运用。结合已有资料,高层建筑电气设计要点包括独立多电源供电、设计备用电源等,可予以参考。

参考文献

[1]程贝贝.低压供配电系统在高层建筑电气设计中的可靠性分析[J].建材与装饰,2019(29):90-91.

[2]刘超.关于建筑电气设计中的消防配电设计探讨[J].中国石油和化工标准与质量,2019,39(16):134-135.

[3]任俊,张倩.高层建筑电气设计中低压供配电系统安全性分析[J].中国新技术新产品,2019(15):140-141.

作者:易松林 单位:郴州市宇华专家建筑设计有限责任公司

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