超高層建筑電氣設(shè)計(jì)要點(diǎn)

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摘要：近年來，隨著我國建筑行業(yè)的快速發(fā)展，設(shè)計(jì)能力及建設(shè)能力的顯著提高，一幢又一幢的超高層建筑拔地而起。而超高層建筑，有時(shí)也反應(yīng)了一個(gè)城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與現(xiàn)代化建設(shè)水平。本文主要從超高層建筑的概念、負(fù)荷等級、系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。

關(guān)鍵詞：超高層建筑;電氣設(shè)計(jì);供配電

一、超高層建筑電氣設(shè)計(jì)概述

隨著我國城市化的發(fā)展，人民對建筑的需求也在不斷增加，使得超高層建筑的地位顯著提升。根據(jù)規(guī)范《民用建筑設(shè)計(jì)通則》GB50352-2005中3.1.2的規(guī)定：建筑高度大于100m的民用建筑為超高層建筑。此類建筑不僅是現(xiàn)代科技和建筑的有機(jī)結(jié)合體，更是集電力、排水及智能控制于一身的綜合體。因此在一些大中城市，超高層建筑已成地標(biāo)，成為城市的資源聚集地。而本文內(nèi)容源自作者在2017年上海市政總院工作時(shí)設(shè)計(jì)的南寧鳳嶺綜合客運(yùn)樞紐2#樓項(xiàng)目。

二、超高層建筑電氣設(shè)計(jì)基本要求

2.1?負(fù)荷等級與電源

項(xiàng)目概況：本項(xiàng)目為南寧鳳嶺綜合客運(yùn)樞紐站（長途客運(yùn)站部分）、東站城市廣場2#樓項(xiàng)目，位于南寧東站南廣場東側(cè)，地上33層，地下三層，總建筑高度為149.65m，建筑面積為58994.97㎡，主要使用功能為商業(yè)和LOFT酒店式公寓為主。

負(fù)荷等級：本超高層建筑應(yīng)按一級負(fù)荷用電進(jìn)行設(shè)計(jì)，如走廊照明、值班照明、客梯用電、普通排水泵用電、生活水泵用電等。但其中的消防控制室、重要的通訊計(jì)算機(jī)用房、消防水泵，卷簾，風(fēng)機(jī)等消防設(shè)備、應(yīng)急疏散照明等應(yīng)按一級負(fù)荷中的特別重要負(fù)荷供電。其他負(fù)荷如辦公室用電、空調(diào)用電、公寓內(nèi)用電等則可按三級負(fù)荷供電。

電源情況：從市政引來2路獨(dú)立的10kV電源作為本項(xiàng)目一級負(fù)荷的供電電源，另在地下一層設(shè)置一臺1340KW的柴油發(fā)電機(jī)作為一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷的應(yīng)急電源。在市電與柴油發(fā)電機(jī)之間設(shè)置電氣和機(jī)械聯(lián)鎖，確保兩個(gè)電源不并列運(yùn)行，變電所內(nèi)變配電裝置全部采用無油元件。

低壓配電：重要的用電設(shè)備在配電線路末端均采用自動(dòng)切換裝置，以提升電路運(yùn)行的穩(wěn)定性，與此同時(shí)，一級負(fù)荷中的特別重要負(fù)荷均采用獨(dú)立的、專用的供電線路。主要目的為，若建筑內(nèi)部的供電系統(tǒng)發(fā)生故障，導(dǎo)致電路被切斷時(shí)，消防用電仍然能夠獨(dú)立運(yùn)行，以備建筑內(nèi)發(fā)生火災(zāi)或其他安全隱患時(shí)，能夠有效解決。這部分獨(dú)立、專用的供電線路主要來自于柴油發(fā)電機(jī)組或者UPS、EPS等。

圖1：柴油發(fā)電機(jī)作為備用電源情況下的系統(tǒng)供電方案

2.2?電纜敷設(shè)及設(shè)備安裝

在超高層建筑的電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，對于單臺容量較大的負(fù)荷或重要負(fù)荷采用放射式配電，對一般設(shè)備采用放射式與樹干式相結(jié)合的混合方式配電;對于消防負(fù)荷及其他重要的一、級負(fù)荷常常采用兩路電源的供電方式，并且重要的設(shè)備用電常選用末端互投的供電方式以保證用電設(shè)備的可靠性。本項(xiàng)目的公寓用電則采用密集型插接母線的方式進(jìn)行供電，而其他公共用電則選用預(yù)分支方式沿電纜梯架進(jìn)行敷設(shè)。

本項(xiàng)目所有的電力設(shè)備均符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，凡屬于強(qiáng)制性認(rèn)證的產(chǎn)品應(yīng)得到國家認(rèn)可的有關(guān)認(rèn)證證書。其中，對于變壓器、柴油發(fā)電機(jī)組安裝：發(fā)電機(jī)安裝做法參照圖集《應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組安裝》?15D202-2，干式變壓器安裝做法參照圖集《干式變壓器安裝》99D201-?2（2009版），超高層建筑電氣設(shè)計(jì)參照圖集《超高層建筑電氣設(shè)計(jì)與安裝》?14D801，變配電所常用設(shè)備安裝做法參照圖集《變電所常用設(shè)備構(gòu)件安裝》03D201-4。

變電所內(nèi)必須采取減震降噪、電磁輻射屏蔽措施，具體要求如下：1、變壓器需安裝在復(fù)合阻尼彈簧減震臺上。變壓器帶金屬外殼，選用干式低噪聲變壓器。2、本工程變壓器安裝位置考慮落于承重梁上減少對樓板共振現(xiàn)象。3、變壓器室及變電所隔墻不能有間隙，水泥填實(shí)，內(nèi)外側(cè)均需抹灰。變電所遠(yuǎn)離弱電機(jī)房及辦公等易受干擾場所，隔墻兩面刷導(dǎo)電屏蔽涂料屏蔽處理。4、變電所外內(nèi)墻粘貼高效吸聲板，降低變電所噪聲對外界影響。

2.3?滿足節(jié)能基本要求

超高層建筑耗能較高，因此在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)充分考慮其節(jié)能性能。本項(xiàng)目在節(jié)能方面設(shè)計(jì)如下：

1.燈具（包括應(yīng)急照明燈具）均采用?LED節(jié)能燈，以減少燈具的耗能，使燈具的功率因數(shù)均大于0.9。

2.在水泵以及空調(diào)風(fēng)機(jī)的設(shè)置過程中，常采用變頻空調(diào)，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)節(jié)能效果。

3.在變電所處設(shè)置有源濾波及無功補(bǔ)償裝置，并選用SCBH15型節(jié)能干式變壓器，并滿足《三相配電變壓器能效限定值及能效等級》GB?20052中的二級能效等級的要求。

4.設(shè)置能耗監(jiān)控系統(tǒng)，對分類和分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并實(shí)時(shí)上傳至上一級數(shù)據(jù)中心。

5.對電梯、扶梯等采取變頻拖動(dòng)調(diào)速等節(jié)能控制方式并具有群控功能。

6.對走廊照明、商場照明、室外泛光照明及航空障礙照明等采取分區(qū)、定時(shí)、照度調(diào)節(jié)等節(jié)能控制措施。

三、超高層建筑電氣設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

3.1變配電站設(shè)計(jì)

超高層建筑由于建筑高度高、建筑密度大、用電量多、低壓電纜供電距離受限等諸多原因，常設(shè)置超高層建筑專用變電所。對一般情況而言，為保證電壓降低于5%，從變電所敷設(shè)至用電設(shè)備的低壓電纜的長度不超過250m。因此對于建筑高度在200m以上的超高層來講，其設(shè)計(jì)方案與常規(guī)設(shè)計(jì)較為不同。對于常規(guī)項(xiàng)目來講，變電所一般位于建筑的地下一層或者一層，但對于超過200m的超高層建筑來說，變電所還可能設(shè)置在建筑的中間層，如150m或200m高度，從而使得變電所設(shè)置在建筑用電負(fù)荷的中心位置，高壓電配電室設(shè)置在建筑物地下。位于高位的分變電所一般采用體積或重量較小的變壓器，從而降低設(shè)計(jì)運(yùn)輸以及安裝難度。而南寧鳳嶺客運(yùn)樞紐2#樓項(xiàng)目因建筑高度不超過200m，因此僅在地下一層設(shè)置本項(xiàng)目專用的高壓室及10kV變電所。

在節(jié)能功效上，應(yīng)根據(jù)高層樓宇建筑實(shí)際用電負(fù)荷需求，按照略高于配電變壓器最佳負(fù)荷率選擇配電變壓器，一般配電變壓器負(fù)荷率在70%更加節(jié)能，而本項(xiàng)目選用4臺變壓器，其負(fù)載率分別為67%、73%、75%、72%。本項(xiàng)目在變壓器選擇上采用的是非晶合金鐵心變壓器（低損耗節(jié)能型），此類變壓器以鐵基非晶態(tài)金屬作為鐵芯，由于該材料不具長程有序結(jié)構(gòu)，其磁化及消磁均較一般磁性材料容易。因此，非晶合金變壓器的鐵損（即空載損耗）要比一般采用硅鋼作為鐵芯的傳統(tǒng)變壓器低70-80%，同時(shí)還可以降低配電變壓器空載電流延長配電變壓器的綜合使用壽命。

3.2疏散照明設(shè)計(jì)

超高層建筑的照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)除了每一個(gè)樓層的照明設(shè)計(jì)以外，重點(diǎn)是疏散照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。按照我國相關(guān)規(guī)定，超高層建筑的疏散照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)該符合以下標(biāo)準(zhǔn)：對于疏散走道，地面最低水平照度不應(yīng)低于1.0lx;人員密集場所、避難層（間）不應(yīng)低于3lx;避難走道、垂直疏散區(qū)域如樓梯間、前室等不應(yīng)低于5lx。而對于人員密集場所應(yīng)該適當(dāng)加強(qiáng)這一標(biāo)準(zhǔn)：如人員密集場所的疏散走道、樓梯間等部位的水平照度值應(yīng)該不低于10lx等;疏散照明系統(tǒng)的連續(xù)供電時(shí)間至少應(yīng)該保持在1.5h以上。

本項(xiàng)目的應(yīng)急照明疏散系統(tǒng)選用的是集中電源集中控制型應(yīng)急照明系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括集中控制型應(yīng)急照明控制器、應(yīng)急照明集中電源、應(yīng)急照明分配電裝置、集中電源型疏散指示燈、照明燈等設(shè)備。該系統(tǒng)采用24V安全電源的供電模式，可以有效避免發(fā)生人身觸電事故，并且每個(gè)燈具具有獨(dú)立地址編碼，能實(shí)時(shí)監(jiān)控?zé)艟郀顟B(tài)，接收和執(zhí)行系統(tǒng)的控制指令，上報(bào)報(bào)警故障信息和燈具的運(yùn)行狀態(tài)。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)于2017年，而《消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》?GB?51309-2018執(zhí)行于2019年03月01日，可是說本項(xiàng)目采用的應(yīng)急照明系統(tǒng)領(lǐng)先于規(guī)范的執(zhí)行，達(dá)到了當(dāng)時(shí)行業(yè)的領(lǐng)先設(shè)計(jì)水平。

3.3應(yīng)急備用電源設(shè)計(jì)

在超高層建筑中如果發(fā)生了火災(zāi)、停電、地震等情況，極易出現(xiàn)斷電的情況，而在斷電情況不利于人員的疏散及逃生，甚至有可能對建筑內(nèi)的人員造成二次傷害，因此在超高層建筑的電氣系統(tǒng)中，應(yīng)急備用電源設(shè)計(jì)必須合理。首先，為了滿足超高層建筑的電力負(fù)荷要求，應(yīng)該配備柴油發(fā)電機(jī)組作為應(yīng)急電源，諸如消防風(fēng)機(jī)、水泵、電梯等消防設(shè)備應(yīng)該使用由柴油發(fā)電機(jī)組構(gòu)成的自備電源供電;而超高層建筑的信息系統(tǒng)機(jī)房、消防控制室火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)用電、安防用電、應(yīng)急照明等用電負(fù)荷則可以選用UPS或EPS作為該類用電設(shè)備的備用電源。

四、結(jié)束語

超高層建筑的電氣設(shè)計(jì)必須把握設(shè)計(jì)原則，堅(jiān)持“以人為本”，重點(diǎn)考慮安全性、可靠性、節(jié)能性和穩(wěn)定性。明確超高層建筑的電氣負(fù)荷分類，充分考慮備用電源情況、合理布置豎井及機(jī)房位置，并在電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，把握變配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、照明設(shè)計(jì)、應(yīng)急備用電源設(shè)計(jì)、防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)、智能化系統(tǒng)設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)，全面提高超高層建筑電氣系統(tǒng)的實(shí)用性，提高超高層建筑的設(shè)計(jì)質(zhì)量，真正滿足業(yè)主及社會對超高層建筑的需求和期望。

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（作者單位：上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司）