關(guān)于超高層建筑電氣設(shè)計的思考

陳海龍

摘要：本文作者簡述了超高層建筑電氣設(shè)計的中壓供電方式、變電所的設(shè)置及設(shè)備的垂直運輸、自備發(fā)電機的電壓選擇及設(shè)置、豎向配電干線設(shè)計、諧波治理及電抗器的選擇、浪涌保護器的設(shè)置、節(jié)能設(shè)計等方面內(nèi)容，結(jié)合實際，提出了一些切實可行的方案，供大家參考

關(guān)鍵詞：超高層建筑；電氣設(shè)計；思考

1 中壓供電方式

中壓供電等級由建筑物所在的城市決定，不同的電壓等級與相應(yīng)的電源容量不同，要求進線回路數(shù)也可能不同，下面以35 kV 及10 kV 供電為例加以說明。

1.1 35 kV 供電

某超高層建筑采用35 kV 供電時，超高層建筑通常有兩路獨立的35 kV 電源，兩路電源互為備用，單母線分段帶聯(lián)絡(luò)開關(guān)。該項目采用35 kV 直接降至0.4 kV，可減少35/10kV 及10/0.4 kV 的多級轉(zhuǎn)換帶來的設(shè)備投資增加及設(shè)備房占用面積的增加，每個供電回路負荷容量也加大（如630 A 的出線開關(guān)，35 kV 供電負荷可達38 MVA，10 kV 供電負荷不到11 MVA），因此兩個35 kV 供電回路基本可滿足要求。

1.2 10 kV 供電系統(tǒng)有下列四種運行方式：

1.2.1 正常運行時，兩路主供電源（1DL、2DL）同時供電，負荷均衡分配，聯(lián)絡(luò)開關(guān)斷開，備用電源（3DL）冷備用。

1.2.2 當其中一路主供電源失電時，該路電源與備用電源間的聯(lián)絡(luò)開關(guān)自動投入。當失壓電源回路恢復(fù)電壓時，手動斷開聯(lián)絡(luò)開關(guān)，手動合上已恢復(fù)供電回路的電源開關(guān)，轉(zhuǎn)換成正常情況下的供電方式。

1.2.3 當兩路主供電源均停電，10DL 聯(lián)絡(luò)開關(guān)自動投入，備用電源供電。

1.2.4 其中一路主供電源失壓，同時備供電源失壓，另一路主供電源供電，該側(cè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)保持斷開。

2 變電所的設(shè)置及設(shè)備的垂直運輸

超高層建筑變電所設(shè)置需要考慮到以下幾個方面：

2.1 超高層建筑地下室一般都超過1 層以上，考慮到首層面積的商業(yè)價值，變配電房考慮在地下1 層設(shè)置，既可解決洪水時浸水的問題，又不占用首層商業(yè)面積。

2.2 建筑高度超過200 m 的超高層建筑，應(yīng)考慮在上部的避難層設(shè)變配電房，可有效解決電能質(zhì)量的問題，同時避免大量的電纜及母線從地下1 層穿過電井到頂層，從而減少管井面積，節(jié)約電纜投資，同時也可減少電纜使用中的電能損耗。

3 自備發(fā)電機的電壓選擇及設(shè)置

3.1 電壓選擇

建筑高度超過250 m 的建筑，當?shù)蛪海?.4 kV）發(fā)電機組在地下1 層設(shè)置時，頂層用電設(shè)備的電壓降很可能會超過電源偏移標準，這時高區(qū)的應(yīng)急電源要考慮用中壓（10 kV）的柴油發(fā)動機組。由于中壓發(fā)電機需設(shè)在地下層，10 kV電纜通過電井敷設(shè)到高區(qū)的配電房內(nèi)，通過變壓器轉(zhuǎn)換為低壓（0.4 kV）電源。接入高區(qū)配電房的應(yīng)急母線段，低壓（0.4 kV）應(yīng)急電纜或母線改為中壓（10 kV）供電，可節(jié)省大量低壓電纜或母線，缺點是在高區(qū)需增設(shè)相應(yīng)的變壓器。對于低區(qū)變配電房的應(yīng)急電源，還是采用低壓（0.4 kV）發(fā)電機組供電。

3.2 柴油發(fā)電機的起動條件

一般的設(shè)計中要求給一級負荷供電的兩臺變壓器母線均停電時，柴油發(fā)電機起動，這種未充分利用柴油發(fā)電機組。對于3 路10 kV 供電的情形，當兩路電源同時失電時，應(yīng)要求發(fā)電機起動，由發(fā)電機組帶一級負荷，同時通過電力監(jiān)控系統(tǒng)減少部分空調(diào)、通風、采暖負荷，兩兩聯(lián)絡(luò)的變壓器聯(lián)絡(luò)開關(guān)合上，由另外一路電源帶所有低壓配電柜的所有負荷。該方法充分利用了發(fā)電機的電力，減小了停電范圍。

4 豎向配電干線設(shè)計

對于一般的高層建筑，豎向配電盡量用母線供電，以滿足不同樓層用戶可能的用電負荷變化。特別對于商業(yè)裙房，由于功能很不確定，利用母線可解決功能變化問題，而母線的載流量要考慮低壓柜開關(guān)出線連接方便性，以不超過1600A為宜。

5 諧波治理及電抗器的選擇

超高層建筑諧波源及諧波抑制措施與一般的辦公樓沒有原則的區(qū)別，用電設(shè)備以單相設(shè)備為主，使用2 脈沖裝置，如電腦、顯示器、單相不間斷電源、帶電子整流器的節(jié)能燈，此類設(shè)備會產(chǎn)生3 次及以上（3、5、7…）諧波，并以3 次諧波為主。在盡量控制諧波源的情況下，首先在低壓配電柜設(shè)置調(diào)諧濾波電容器組，要求XL = 14% XC，抑制3 次及以上的諧波。同時，在諧波污染嚴重的中心計算機房、電信機房（UPS 為在線式工作）等弱電機房設(shè)置有源濾波器，實現(xiàn)對諧波的動態(tài)補償。

6 設(shè)置浪涌保護器時應(yīng)注意的問題

超高層建筑一般為總部辦公樓、證券中心等，雷電防護等級應(yīng)在B 級及以上，電源線路及信號線路浪涌保護器數(shù)量繁多，經(jīng)過長時間的使用或遭雷擊后，僅在設(shè)備現(xiàn)場顯示劣化程度，顯然不能滿足管理的要求，靠人力進行設(shè)備巡檢、評估和維護耗時費力，也帶來了安全隱患。對于上述問題，在超高層建筑設(shè)置總線式智能化的浪涌保護器，可對使用情況進行在線跟蹤，并對劣化情況進行分析、報警，以便及時更換。

7 弱電消防設(shè)計中應(yīng)注意的問題

7.1 主動抽氣式煙霧探測系統(tǒng)的設(shè)置?；馂?zāi)的發(fā)生從醞釀到產(chǎn)生高熱大火，一般經(jīng)歷4 個階段：悶燃、可見煙、閃燃和高熱大火階段。傳統(tǒng)的火災(zāi)探測器在第二個階段才能探測到火災(zāi)情況。

7.2 增加電纜溫度的測量。超高層建筑電氣豎井內(nèi)豎向配電容量大，干線電纜多。由于長期過載或電纜接頭質(zhì)量等問題，電纜容易長期處于高溫狀態(tài)，是火災(zāi)的重要隱患。

8 節(jié)能設(shè)計問題

8.1 照明燈具選擇

設(shè)計采用了高效能的T5 節(jié)能熒光管，將電能轉(zhuǎn)化為光能的效果較好。與T8、T10 熒光管相比，T5 熒光管能發(fā)揮更好的節(jié)能效應(yīng)。

8.2 照明控制

超高層建筑公共照明區(qū)域大，燈具繁多，依靠人工管理無法實現(xiàn)。公共區(qū)域燈具采用總線控制技術(shù)，可根據(jù)時間及管理的不同要求對相應(yīng)的燈具開關(guān)進行自動控制（也可現(xiàn)場控制），避免長明燈現(xiàn)象，并節(jié)約能源。

9 結(jié)束語

超高層建筑的用電負荷是沿建筑物高度的豎向分布的。一方面要考慮干線的供電容量和供電系統(tǒng)的數(shù)量，還有供電電壓的降低，適用于柔性結(jié)構(gòu)的干線敷設(shè)方法以及有大量供電干線集中于某一處的情況，應(yīng)考慮進行配電的場所，經(jīng)濟的供電設(shè)計。在設(shè)計中還需要考慮下面的問題：

9.1 總線制智能火災(zāi)疏散誘導(dǎo)系統(tǒng)的設(shè)置。

智能火災(zāi)疏散誘導(dǎo)系統(tǒng)能檢測誘導(dǎo)燈的工作狀態(tài)，同時能根據(jù)火災(zāi)的情況改變誘導(dǎo)的方向，人員能根據(jù)誘導(dǎo)方向盡快疏散。通常超高層建筑標準層的功能相對簡單，筒體外為走道，走道外為辦公或酒店，而誘導(dǎo)燈具全部在公共走道明裝，人員也容易巡檢。該系統(tǒng)的設(shè)計可結(jié)合商業(yè)裙房的復(fù)雜程度綜合考慮，在有成本控制要求的情況下，僅對標準層而言，總線智能的疏散誘導(dǎo)系統(tǒng)可節(jié)省。

9.2 礦物絕緣電纜的選型。

超高層建筑的消防供電要求采用礦物絕緣電纜。礦物絕緣電纜分為氧化鎂絕緣電纜和柔性無機絕緣兩種。氧化鎂絕緣電纜使用歷史長，技術(shù)成熟，但氧化鎂容易吸潮，且大電纜全部采用單芯電纜，電纜剛性大，不容易彎曲，給施工帶來不便。柔性無機絕緣近年興起，克服了前面的缺點，在生產(chǎn)工藝、終端頭的制作、安裝等方面具有優(yōu)勢。選擇礦物絕緣電纜時，要綜合各種因素綜合考慮。

參考文獻：

[1] 陳卓禮.對高層建筑物的防雷保護措施分析[J].廣東科技，2008，（12）.

[2] 胡龍才.現(xiàn)代建筑電氣設(shè)計節(jié)能方法探討[J].科技資訊，2012，（08）.

[3] 黃國富.超高層建筑配電系統(tǒng)設(shè)計簡介[J].建筑電氣，2010，（06）.

[4] 韓鳳明.超高層辦公建筑電氣設(shè)計[J].現(xiàn)代建筑電氣，2011，（01）.

[5] 李炳華.超高層建筑中柴油發(fā)電組若干問題的思考[J].智能建筑電氣技術(shù)，2009，