蕭偉航

（中山市晟峰電力設計有限公司，廣東 中山 528400）

變配電系統(tǒng)設計的科學性、合理性直接關系到超高層建筑電氣設備的具體使用情況，變配電系統(tǒng)在正常運行過程中經(jīng)常需要承擔較大的電氣使用量，為保證超高層建筑內部多種電氣設備的使用安全，必須做好對相關電氣設計技術的應用，確保變配電系統(tǒng)能夠滿足絕大多數(shù)情況下超高層建筑電氣設備的電力資源需求。我國建筑工程項目的建設方法從最初的學習模仿逐步過渡到了當前自主創(chuàng)新、引領行業(yè)發(fā)展的新階段，在超高層建筑相關設計上想要保證實際效果，就必須嚴格按照我國現(xiàn)行規(guī)范要求、行業(yè)標準以及項目業(yè)主對超高層建筑的具體要求開展超高層建筑綜合設計。在整個設計過程中，設計人員要高度重視電氣設計環(huán)節(jié)，進而實現(xiàn)對設計方案合理性的有效保障，并為其他地區(qū)未來超高層建筑工程電氣設計提供一定的參考。

1 超高層建筑設置高區(qū)變電站基本條件的分析

超高層建筑與常規(guī)建筑不同，為保證超高層建筑的使用安全，應當做好對電氣系統(tǒng)的設計，考慮到超高層建筑的特殊性，在對超高層建筑設置高區(qū)變電站的過程中，尤其需要做好對變電站位置的思考，明確供電電纜對變電站位置的關鍵性影響。具體而言，其影響主要體現(xiàn)在供電距離、供電容量兩方面內容上。為做好對供電電纜的降壓問題的合理化處理，需要通過解決干線降壓的方式入手，可以分別采用以下兩種方法做好干線降壓工作的貫徹落實[1]。

第一，將變壓器和低壓配電柜都設置在地下室或建筑物底層。該方式主要考慮電纜線路的線徑對供電距離的影響，但在該方式下供電距離始終是有極限的。雖然能夠通過增加電纜線路線徑的方式來提升供電距離，但是隨著電纜線路線徑的增加，供電距離在達到180m 后幾乎不會再繼續(xù)增長，并且180m 是供電距離的極限，在180m 位置幾乎無法保障電力資源供應穩(wěn)定，一般采用這種方式的建筑不能超過150m，因此超高層建筑很難通過這種方法來解決此類問題[2]。

第二，將變壓器設置在地下室或建筑物底層，將低壓配電柜設置在建筑物的高層。在這種方法中，主要需要考慮變壓器的容量，在變壓器容量大于1250KVA時，雖然能夠通過加大以及封閉母線規(guī)格的方式做好對問題的處理，從而滿足超高層建筑物的電力資源供應需求，但是會導致造價成本顯著提升，成本投入和后續(xù)的具體產出不匹配，很難保障單位在該項工作中的效益，在變壓器容量在1000KVA 時采用增加母線的方式則可以在合理控制成本投入的前提下，完成對該項問題的處理。面對超高層建筑高度超過150m、用電容量超過2×1250KVA 的情況，則應在高區(qū)設置變電站，滿足高區(qū)電力資源需求。

2 超高層建筑高區(qū)變電站系統(tǒng)設計要點

在我國城市建設不斷推進的過程中，超高層建筑的數(shù)量也在不斷增加，為了更好地滿足超高層建筑使用者的多方面需求，必須從建筑設計上提高重視，在設計環(huán)節(jié)把握超高層建筑使用者的合理需求?；诔邔咏ㄖ旧砗拖嚓P使用人員的電力資源需求，在進行超高層建筑高區(qū)變電站系統(tǒng)設計的過程中，需要從以下幾個方面考慮設計要點，實現(xiàn)對超高層建筑使用者多方面需求的全面覆蓋，從而提供更高質量的電力資源供應，確保超高層建筑變配電系統(tǒng)在實際使用過程中的安全性。

2.1 設計依據(jù)

超高層建筑變配電設計主要遵循《施工現(xiàn)場臨時用電安全技術規(guī)范》（JGJ46-2005）、《建筑安全檢查標準》（JGJ59-99）、《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》（GB50052-95）、《低壓配電設計規(guī)范》（GB50054-95）等電氣設計相關文件要求，以及超高層建筑綜合設計方案、施工現(xiàn)場具體情況和相關單位明確的機械設備計劃[3]。

在上述內容的指導下開展超高建筑變配電系統(tǒng)的設計工作，確保電氣設計方案能夠完全符合標準要求和項目情況，避免因為設計不合理影響到超高層建筑的電力資源供應。

2.2 負荷等級

在目前我國常規(guī)超高層建筑中，電氣設計主要需要考慮的負荷等級可劃分為三級，分別針對超高層建筑應急安全保障需求、超高層建筑常規(guī)運行需求、超高層建筑用戶電力需求。一級負荷，應急安全保障需求主要包括消防系統(tǒng)、安防監(jiān)控系統(tǒng)、應急疏散系統(tǒng)、通訊機房等關鍵系統(tǒng)、位置的電力需求。二級負荷，常規(guī)運行需求主要包括建筑電梯、污水處理系統(tǒng)、生活泵房等與超高層建筑用戶生活存在密切聯(lián)系的系統(tǒng)、設備電力需求。三級負荷，用戶電力需求主要包括用戶在正常生活、工作中在超高層建筑內部所使用的電力設備、照明系統(tǒng)等方面的電力需求[4]。

2.3 供電電源

超高層建筑多為酒店、住宅、辦公樓，考慮到用戶數(shù)量和電力資源供應的穩(wěn)定性，一般采用兩路10kV電源進行供電。此外，考慮到突發(fā)狀況下可能出現(xiàn)的斷電情況，為確保超高層建筑用戶的生命財產安全，還需要設置一臺1000kW 應急柴油發(fā)電機組，設置自動切換開關加機械與電器聯(lián)鎖來對電力進行控制，確保始終能夠保障一二級負荷供電需求能夠得到滿足。

2.4 超高層建筑中壓配電系統(tǒng)的結構

超高層建筑基本具有高度極高、建筑群密集的特點，想要通過常規(guī)建筑中使用的單座低壓配電系統(tǒng)來應對超高層建筑群的用電需求并不現(xiàn)實，反而還會帶來較大的使用風險，甚至出現(xiàn)超高層建筑因為電氣設計不合理導致使用安全難以得到有效保障的情況。從當前已經(jīng)建設完成并且正式投入使用的超高層建筑來看，超高層建筑往往需要多座變電站組成變電站群，借此才能確保超高層建筑群在正常使用過程中的各項電氣設備、系統(tǒng)的運行都能得到有效保障，將電力資源供應的穩(wěn)定性提升到新的高度。為了更好地保障超高層建筑群的用電安全，應做好對中壓配電系統(tǒng)的設置，借此滿足超高層建筑群的電力資源需求。在超高層建筑中用于滿足高區(qū)電力資源供應需求的高區(qū)變電站便是中壓配電系統(tǒng)中的重要組成部分，也可以說高區(qū)變電站是中壓配電系統(tǒng)的分站。

目前，在超高層建筑中較為常用的中壓配電系統(tǒng)主要包括兩種，主－分變電站結構和二級配電結構，不同結構的系統(tǒng)具有不同的競爭優(yōu)勢和應用場景，在實際使用過程中需要依據(jù)超高層建筑的具體電力資源需求情況以及超高層建筑本身的特點、情況進行思考。主-分變電站結構的主要優(yōu)點在于結構簡單，主要劣勢在于造價成本過高。二級配電結構的主要優(yōu)點在于成本開支可控，主要劣勢在于繼電保護問題顯著。綜合當前我國超高層建筑對上述兩種結構的具體使用情況來看，主-分變電站結構主要用于安全性要求嚴格、施工標準較高的建筑項目中，并且在多個項目中都得到了重視和使用，使用頻率高。二級配電結構主要使用在要求較低的建筑項目中，由于繼電保護問題顯著，大量施工單位、建設單位出于對安全性的考慮，并不愿意選擇二級配電機構，因此應用場景相對較少[5]。

2.5 超高層建筑中高區(qū)變電站

在上文提到，高區(qū)變電站是中壓配電系統(tǒng)的分站，考慮到超高層建筑的電力資源需求，在對超高層建筑的高區(qū)變電站進行設計、建造的過程中，需要盡量做好對超高層建筑高區(qū)位置電力資源需求情況的明確，通過兩臺變壓器來構造0.4KV 級的低壓配電系統(tǒng)。兩臺變壓器本身便能夠讓超高層建筑物高區(qū)的電力資源供應變得更加穩(wěn)定。一般情況下，兩臺變壓器可以同時進行運轉，提供充足的電力資源，一旦有一臺變壓器出現(xiàn)問題，難以正常運轉時，另一臺變壓器也能正常運作，避免超高層建筑物高區(qū)位置的電力供應出現(xiàn)穩(wěn)定性不足的情況。在電力維修人員處理好變壓器后，還需要對另一臺變壓器進行檢查，借此讓兩臺變壓器能夠互為備用，確保高區(qū)變電站能夠始終發(fā)揮出自身的價值，為超高建筑物提供穩(wěn)定的電力資源供應[6]。

3 超高層建筑高區(qū)分變電站位置選擇相關要素

3.1 供電范圍

超高層建筑高區(qū)分變電站的供電范圍基本在50m、100m。因此，在對超高層建筑高區(qū)分變電站位置的選擇上，需要針對供電范圍進行思考，如果超高層建筑的供電區(qū)域與高區(qū)變電站之間的距離超過了高區(qū)分變電站上述標準，則需要增設高區(qū)分變電站，從實際的超高層建筑物高度來進行思考，避免出現(xiàn)設計不合理，導致部分位置的電力供應出現(xiàn)明顯的波動情況，通過多個高區(qū)分變電站來完善超高層建筑的電氣設計方案。

3.2 超高層建筑特殊結構

超高層建筑自出現(xiàn)以來，為保證其建筑使用安全性，其與常規(guī)建筑存在較大的差異，在超高層建筑中存在多種特殊結構、位置。避難層便是目前超高層建筑中具有一定代表性的建筑特殊結構，通常情況下，超高層建筑中每隔15 層便會設置一個避難層，用于應對特殊情況，超高層建筑的避難層間距離與高區(qū)變電站的供電距離有較高的契合度。在對超高層建筑考慮設置高區(qū)變電站時，可以將避難層作為重要選擇之一，從而在滿足高區(qū)超高層建筑用戶電力資源需求的同時，也能降低高區(qū)變電站對超高層建筑正常功能發(fā)揮、外觀美觀性的影響。此外，在設置高區(qū)分變電站的過程中需要考慮到高區(qū)分變電站可以做好對上下位置的有效覆蓋，供電區(qū)域較大，確保高區(qū)分變電站的應用價值能夠得到充分發(fā)揮，詳細計算高區(qū)分變電站的上下位置覆蓋范圍，明確需要在超高層建筑物中設置的高區(qū)分變電站數(shù)量，才能做好對整個超高層建筑物的有效覆蓋，提供全面、穩(wěn)定的電力資源供應[7]。

4 高區(qū)分變電站的其他設計要點

在超高層建筑的高區(qū)分變電站設計上，還需要認識到機電設備機房在實際運行過程中對周邊位置造成的具體影響，以及超高層建筑中高層位置多種機電設備如何進行運輸和安裝。

在機電設備機房方面，機電設備機房需要長期運行，并且在實際運行過程中會產生噪聲和震動，如果未能設置有效的防護措施，將會導致多個樓層都會感受到明顯的振動和噪聲。因此，針對需要設置機電設備機房的樓層和具體位置，必須重點考慮地板、樓板的減震能力，在原有建設結構的基礎上使用減震材料，從而做好對震動情況的控制。另外，在噪聲問題的處理上，需要對墻體、地板、樓板使用隔音材料，并借助高隔聲系統(tǒng)將噪聲限制在機電設備機房中。在設備的運輸和安裝上，現(xiàn)在有三種方式可供選擇，需要按照機電設備的重量、規(guī)模，采用不同的運輸方式。第一種，貨梯運輸，但必須保證噸位在貨梯承載力范圍內，并且體積能夠放入貨梯中。該吊裝方式的限制條件較大，主要使用在噸位較輕的機電設備吊裝上，一般需要保證機電設備的噸位在4.5 噸范圍內，且能夠裝載到貨梯內部，保證貨梯可以正常關閉，才能進行使用。第二種，井道上樓，雖然能對絕大多數(shù)重量機電設備進行運輸，但容易對井道造成損壞。該吊裝方式主要依賴于電動葫蘆，在實際使用過程中有往往伴隨著較大的安全風險，因此在機電設備運輸過程中很少使用到該吊裝方式。第三種，室外特殊設備吊裝，應用較為普遍，但是僅能在形態(tài)、結構為上下垂直的超高層建筑中進行使用[8]。如果建筑呈上小下臺的形態(tài)結構，使用室外特殊設備吊裝的難度、危險性都會大幅提升，很容易對超高層建筑中的低區(qū)位置造成損害，或因為碰撞導致機電設備的質量、結構受到影響。因此，在機電設備的吊裝方式選擇上，必須保持謹慎，做好對超高層建筑相關信息的全面調查。

5 結語

綜上所述，在對超高層建筑進行綜合設計的過程中，需要始終明確當前超高層建筑內部電氣設備數(shù)量較多，并且設備類型還在不斷擴張，對電力資源供應的需要會更高，必須高度重視電氣設計的合理性，嚴格考慮對超高層建筑中所使用的多種電氣設備產生影響的各方面因素，在國家超高層建筑相關電氣設計規(guī)范和行業(yè)標準要求的指導下開展電氣設計。尤其需要重視電氣設計方案的可行性、安全性，在超高層建筑內部做好對變配電系統(tǒng)的建設，確保在超高層建筑用戶正常建筑使用行為中能夠始終有效地保障電力資源供應，減少出現(xiàn)電力相關風險的概率。