王 鵬

[鐵科院(北京)工程咨詢有限公司, 廣東 深圳 518111]

0 引 言

對(duì)于超高層建筑的定義,GB 50352—2005《民用建筑設(shè)計(jì)通則》將大于100 m的建筑物都劃為超高層建筑。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,超高層建筑不斷涌現(xiàn),在用電安全性、雷擊風(fēng)險(xiǎn)、防火方面提出更高的要求。本文探討某超高層5A甲級(jí)寫(xiě)字樓的電氣設(shè)計(jì)要點(diǎn),可為類(lèi)似超高層項(xiàng)目提供參考。

1 工程概況

深圳某超高層5A甲級(jí)寫(xiě)字樓隔海與香港相望,建筑造型采用雙塔形式,總的建筑面積約為26萬(wàn)m2,地下4層,地上45層,其中1F～4F為裙房,建筑高度為199.75 m,建筑造型高度為210 m。1F～5F為辦公、商業(yè)配套,6F以上為辦公空間,其中15F、31F為避難層。

該工程根據(jù)深圳南山后海片區(qū)的供電條件確定供電電源的供電回路數(shù)及電壓等級(jí)(10 kV),建筑電氣設(shè)計(jì)包含10 kV供配電及10/0.4 kV變電所、低壓配電系統(tǒng)和照明系統(tǒng)、防雷及接地等內(nèi)容。

2 10 kV供配電及10/0.4 kV變電所設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 負(fù)荷等級(jí)

屋頂直升機(jī)停機(jī)坪照明和航空障礙標(biāo)志燈、消防設(shè)施、計(jì)算機(jī)中心用電負(fù)荷按最高負(fù)荷(一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷)要求供電,一級(jí)至三級(jí)負(fù)荷供電須按照J(rèn)GJ 16—2008《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]的要求確定。

2.2 供電負(fù)荷的確定和供電電源的選擇

超高層建筑單位負(fù)荷功率100～130 VA/m2,采用單位面積法估算用電負(fù)荷存在一定誤差。該項(xiàng)目采用需要系數(shù)法來(lái)計(jì)算用電負(fù)荷,用電負(fù)荷計(jì)算結(jié)果如下:總設(shè)備容量為24 612 kW,有功功率為17 212 kW,總需要系數(shù)為0.69,低壓電容補(bǔ)償容量為7 200 kvar,補(bǔ)償后功率因素為0.95,變壓器容量為22 000 kVA。

根據(jù)國(guó)家相關(guān)規(guī)范的設(shè)計(jì)要求,當(dāng)一路電源斷電時(shí),另一路電源應(yīng)能保證二級(jí)及以上負(fù)荷的供電。根據(jù)深圳南山后海片區(qū)的供電優(yōu)勢(shì),提出改善建議,即由城市電網(wǎng)兩個(gè)獨(dú)立的10 kV區(qū)域變電站供電,每個(gè)高壓配電房?jī)?nèi)的2路電源同時(shí)工作,互為備用,每一回路均可承擔(dān)相應(yīng)供電區(qū)域的全部用電負(fù)荷,當(dāng)一回路故障時(shí)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)投入使用。10 kV配電室以放射式電纜線路向10/0.4 kV的變壓器饋電[2]。

為滿足該超高層建筑的用電需求,采用多個(gè)10 kV及以上電源供電?！秶?guó)家電網(wǎng)公司業(yè)擴(kuò)供電方案編制導(dǎo)則》[3]中規(guī)定,10 kV電壓等級(jí)最大供電容量為15 MVA。對(duì)于深圳地區(qū)重要負(fù)荷用戶,單路10 kV供電容量不宜大于11 MVA。

2.3 變配電所

(1) 變壓器。低壓配電線路的長(zhǎng)度一般不允許超過(guò)250 m,變配電所要設(shè)在負(fù)荷中心。超高層寫(xiě)字樓中設(shè)總配變電所,由總配變電所向各分配變電所的變壓器供電。超高層建筑需要選擇體積小、重量輕的變壓器,樓上三相變壓器一般選用1 000 kVA及以下的干式變壓器。

該超高層建筑的低壓配電線路往往會(huì)超過(guò)250 m,仍需要在避難層設(shè)置分配變電所。變配電所共設(shè)置5處,變壓等級(jí)為10/0.4 kV,變壓器總裝機(jī)容量為22 000 kVA。1#樓的-2F設(shè)置A1號(hào)變配電房(3×1 600 kVA變壓器),承擔(dān)1#樓25F以下的辦公、裙房及地下室用電;1#樓的31F(避難層)設(shè)置A2號(hào)變配電房(3×1 000 kVA變壓器),承擔(dān)1#樓25F以上的辦公用電;2#樓的-2F設(shè)置B1變配電房(3×1 600 kVA變壓器),承擔(dān)2#樓25F以下的辦公、裙房及地下室用電;2#樓的31F(避難層)設(shè)置B2號(hào)變配電房(3×1 000 kVA變壓器),承擔(dān)2#樓25F以上的辦公用電;-3F空調(diào)主機(jī)房設(shè)空調(diào)變配電房(3×1 600 kVA+1×2 000 kVA變壓器),深入負(fù)荷中心專(zhuān)為空調(diào)配電。整個(gè)工程共設(shè)16臺(tái)變壓器。

(2) 10 kV繼電保護(hù)。電源進(jìn)線采用過(guò)電流保護(hù)、延時(shí)速斷保護(hù)、失壓保護(hù)、零序保護(hù)。變壓器10 kV側(cè)采用過(guò)電流保護(hù)、速斷保護(hù)、變壓器超溫保護(hù)及信號(hào)裝置。

2.4 應(yīng)急電源

該超高層建筑的重要負(fù)荷應(yīng)配備低壓柴油發(fā)電機(jī)組作為應(yīng)急電源。為了保證特別重要負(fù)荷及一、二級(jí)負(fù)荷停電時(shí)的運(yùn)作,在1#、2#樓-1F各設(shè)置快速(15 s)起動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)1臺(tái),額定連續(xù)運(yùn)行容量不超過(guò)1 750 kVA。市電因故停電時(shí),應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組可自行起動(dòng),而且在30 s之內(nèi)即可向重要負(fù)荷供電。發(fā)電機(jī)組起動(dòng)柜從變配電所低壓進(jìn)線開(kāi)關(guān)取延時(shí)起動(dòng)信號(hào),延時(shí)(0～10 s可調(diào))自動(dòng)起動(dòng)發(fā)電機(jī)組,當(dāng)市電恢復(fù)(30～60 s可調(diào))后,由市電恢復(fù)供電,柴油發(fā)電機(jī)組冷卻后自動(dòng)停機(jī)。柴油發(fā)電機(jī)電源與市電電源之間采用電氣連鎖和機(jī)械連鎖,保證不倒供電。

3 低壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中一些技術(shù)問(wèn)題

3.1 低壓配電

消防負(fù)荷及一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷宜采用可靠性高的放射式供電方式。配電干線按劃分的供電區(qū)域供電,采用樹(shù)干式和放射式相結(jié)合的配電方式。每層設(shè)總配電箱,從總配電箱經(jīng)電能表引至各層的辦公室。各層總開(kāi)關(guān)設(shè)分勵(lì)脫扣器,供消防中心控制使用;重要負(fù)荷采用雙電源供電,末端自動(dòng)切換,其中一路由應(yīng)急電源供電;火災(zāi)時(shí),非消防設(shè)施配電箱的電源可在消控中心切斷電源;排風(fēng)兼排煙風(fēng)機(jī)、進(jìn)風(fēng)兼補(bǔ)風(fēng)風(fēng)機(jī)平時(shí)由手動(dòng)或DDC自動(dòng)控制,火災(zāi)時(shí)由消防中心控制,消防控制具有控制優(yōu)先權(quán),用于消防時(shí)設(shè)備的過(guò)載保護(hù),只報(bào)警,不跳閘。

3.2 防火剩余電流報(bào)警系統(tǒng)

該超高層建筑裝設(shè)防火剩余電流報(bào)警系統(tǒng),每層的總配電箱、應(yīng)急照明配電箱、消防動(dòng)力箱、正常動(dòng)力箱的出線回路設(shè)剩余電流監(jiān)測(cè)及電纜溫度檢測(cè),當(dāng)剩余電流大于設(shè)定值時(shí)(300 mA,具體數(shù)值可以調(diào)整)或電纜溫度值大于設(shè)定值時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào),同時(shí)向主機(jī)報(bào)警(主機(jī)設(shè)于消防中心),報(bào)警主機(jī)顯示報(bào)警位置。

3.3 母線槽及電纜、導(dǎo)線

母線槽是可承載數(shù)千安培負(fù)荷電流的剛性結(jié)構(gòu)。若在地震高發(fā)地,宜采用電纜供電,采用0.6/1 kV型低壓電纜和450 V/750 V型低壓電線。消防負(fù)荷的配電干線和分支干線應(yīng)采用柔性無(wú)機(jī)絕緣YTTW礦物絕緣電纜,消防設(shè)備分支線路采用低煙無(wú)鹵阻燃耐火型電纜(WDZNA-),非消防設(shè)備供電線路采用阻燃低煙無(wú)鹵電力電纜(WDZA-YJE-)和電線(WDZC-BJY-)。

4 應(yīng)急照明與航空障礙燈設(shè)計(jì)中需關(guān)注的技術(shù)問(wèn)題

(1) 應(yīng)急照明。該超高層建筑的疏散照明連續(xù)應(yīng)急供電時(shí)間大于1.5 h。樓頂停機(jī)坪四周設(shè)置應(yīng)急照明[4]。

(2) 超高層建筑航空障礙燈。該超高層建筑的最高端和最外側(cè)轉(zhuǎn)角頂端裝設(shè)障礙標(biāo)志燈。障礙標(biāo)志燈的水平和垂直距離間距均小于45 m。直升機(jī)停機(jī)坪四周設(shè)置航空障礙燈[5]。

(3) 屋頂直升機(jī)停機(jī)坪的照明。根據(jù)MH 5013—2008《民用直升機(jī)場(chǎng)飛行場(chǎng)地技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[6]對(duì)屋頂直升機(jī)停機(jī)坪的照明要求,屋頂直升機(jī)停機(jī)坪的瞄準(zhǔn)燈、周界燈、泛光燈、風(fēng)向標(biāo)燈設(shè)計(jì)須符合規(guī)范要求,保證直升機(jī)晝夜起降安全。

5 防雷及接地設(shè)計(jì)需注意的問(wèn)題

(1) 防雷設(shè)計(jì)。該超高層建筑的防雷等級(jí)屬于二類(lèi)防雷建筑。屋頂設(shè)有直升機(jī)停機(jī)坪,須消除避雷針對(duì)直升機(jī)的影響。

(2) 接地及安全。該超高層建筑的綜合接地電阻值≤1 Ω。過(guò)電壓保護(hù)是在變配電室低壓母線上和樓層(二級(jí))配電箱內(nèi)、屋頂室外風(fēng)機(jī)、室外照明配電箱內(nèi)分別裝一級(jí)、二級(jí)電涌保護(hù)器(Surge,Protective Device,SPD)。另外,弱電引入端設(shè)置過(guò)電壓保護(hù)裝置[7]。

6 結(jié) 語(yǔ)

介紹了某超高層5A甲級(jí)寫(xiě)字樓的建筑電氣設(shè)計(jì)要點(diǎn),提出超高層建筑的電氣設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)具體項(xiàng)目的實(shí)際情況,并滿足國(guó)家相關(guān)電氣設(shè)計(jì)規(guī)范的要求,綜合考慮電氣設(shè)計(jì)的安全行、可靠性。