超高層建筑(建筑高度大于250 m)電氣設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)

胡 瑩 堅

(寧波華聰建筑節(jié)能科技有限公司, 浙江 寧波 315040)

0 引 言

結(jié)合近期公安部印發(fā)的《建筑高度大于250 m民用建筑防火設(shè)計加強性技術(shù)要求(試行)》(以下簡稱《250 m技術(shù)要求》)通知的要求,對寧波某超高層建筑(建筑高度為433.6 m)的電氣設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)進行介紹。

1 工程概況

某項目擬建一棟集精品辦公、酒店、商業(yè)為主的超大型城市綜合體,地上塔樓88層,地下4層,建筑高度為433.6 m,塔冠最高點為450 m,裙房建筑高度為23.8 m,總建筑面積為306 219 m2。

2 負荷等級

超高層建筑的負荷等級主要依據(jù)國標(biāo)圖集14D801《超高層建筑電氣設(shè)計與安裝》[1]中的超高層建筑負荷分級來確定該項目的負荷等級。超高層負荷等級如表1所示。

表1 超高層負荷等級

注:根據(jù)《250 m技術(shù)要求》第24條,消防用電應(yīng)按一級負荷中特別重要的負荷供電,應(yīng)急電源應(yīng)采用柴油發(fā)電機組。

3 負荷計算

該項目建筑業(yè)態(tài)豐富,且一、二級負荷占總負荷比例較高;負荷計算中,需考慮不同業(yè)態(tài)的負荷需求。目前,國內(nèi)超高層建筑的供電電源配置情況如表2所示,其變壓器單位容量多在100～130 VA/m2之間[2]。

該項目變壓器裝機容量為28 600 kVA,各功能區(qū)負荷容量及變壓器裝機容量如表3所示。

表2 國內(nèi)超高層建筑的供電電源配置情況

表3 各功能區(qū)負荷容量及變壓器裝機容量

該項目變壓器總負荷率為78%,設(shè)計負荷密度為93.4 VA/m2,略低于以上超高層建筑。根據(jù)目前已運行的超高層項目實際測量數(shù)據(jù),上海環(huán)球金融中心最大運行指標(biāo)僅為53.76 VA/m2,變壓器總負荷率為54.6%;南京紫峰大廈最大運行指標(biāo)僅為46.7 VA/m2,變壓器總負荷率為40%。綜上,該項目變壓器容量在滿足實際需要外,適當(dāng)預(yù)留有遠期發(fā)展的裕量,不盲目增加負荷密度和裝機容量。

4 供電電源

由于超高層建筑動輒數(shù)十萬m2的建筑規(guī)模,數(shù)萬kVA的用電需求,單路各級電壓線路供電能力有限;供電電源和供電電壓的選擇主要根據(jù)建筑物用電設(shè)備的負荷等級、用電量和當(dāng)?shù)爻鞘械碾娋W(wǎng)情況而確定。該工程電源由市政變電站提供4組(共8條)獨立10 kV電源供電。每兩路10 kV電源采用單母線分段方式運行,設(shè)母聯(lián)開關(guān);平時兩段母線互為備用,分列運行,當(dāng)一路電源故障時,通過手動操作母聯(lián)開關(guān),由另一路電源負擔(dān)全部負荷。2路進線、母聯(lián)開關(guān)之間設(shè)電氣及鑰匙聯(lián)鎖,任何情況下最多只能有2個開關(guān)處于閉合狀態(tài)。

供配電室分布如表4所示。

表4 供配電室分布

5 應(yīng)急電源和備用電源

根據(jù)《250 m技術(shù)要求》第24條,應(yīng)急電源應(yīng)采用柴油發(fā)電機組,柴油發(fā)電機組的消防供電回路應(yīng)采用專用線路連接至專用母線段,連續(xù)供電時間不應(yīng)小于3.0 h。

依據(jù)國標(biāo)圖集14D801《超高層建筑電氣設(shè)計與安裝》,柴油發(fā)電機房設(shè)在地下室且建筑物高度大于400 m時,宜采用10 kV柴油發(fā)電機組;當(dāng)采用400 V柴油發(fā)電機組時,高區(qū)宜采用升壓變壓器升至10 kV供電至高區(qū)配變電所,然后在配變電所內(nèi)經(jīng)降壓變壓器降壓至230/400 V。

該項目由于建筑高度大于400 m,采用400 V柴油發(fā)電機組,對于酒店高區(qū)部分按以上原則配置相應(yīng)的升降壓變壓器。

該項目的備用發(fā)電機組分別提供應(yīng)急電源給消防設(shè)施及租戶重要設(shè)備。選用400 V低壓發(fā)電機,發(fā)電機房位置位于-1F?？紤]到不同業(yè)態(tài)間一、二級負荷和重要三級負荷的差異,不同業(yè)態(tài)所占百分比略有不同。柴油發(fā)電機組分布如表5所示。

表5 柴油發(fā)電機組分布

該項目應(yīng)急電源和備用電源共用柴油發(fā)電機組,柴油發(fā)電機組的容量選擇既要滿足消防要求,又要滿足備用要求,但容量不疊加。

根據(jù)GB 50052—2009《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》第3.0.3條,嚴(yán)禁將其他負荷接入應(yīng)急供電系統(tǒng)[3]。

局部變配電的關(guān)系示意圖如圖1所示,低壓系統(tǒng)采用單母線分段,設(shè)一母聯(lián)開關(guān),并設(shè)置機械聯(lián)鎖,同時設(shè)置應(yīng)急母線段及重要負荷母線段,分別由柴油發(fā)電機0.4 kV母線放射式供電;系統(tǒng)構(gòu)成簡單、可靠,對不同等級負荷供電清晰,滿足規(guī)范的要求[4-5]。

圖1 局部變配電的關(guān)系示意圖

6 變配電房上樓

超高層建筑對于電氣專業(yè)最大的影響就是供電半徑,一般低壓配電線路的長度不超過250 m。超高層建筑一般將變配電房設(shè)置于地下室及避難層。變配電房的設(shè)置如圖2所示。

避難層變配電房最大的問題是運輸,目前通常采用的方法是大噸位貨梯運輸或在電梯井道內(nèi)吊裝運輸兩種方式。值得注意的是,變配電房上樓變壓器容量的選擇要考慮運輸通道的影響,不宜選用體積或質(zhì)量大的變壓器,三相變壓器容量建議不超過1 250 kVA。上樓變壓器運輸通道示意如圖3所示,采用大噸位貨梯做為變壓器的垂直運輸通道,最大上樓變壓器容量為1 250 kVA。

圖2 變配電房的設(shè)置

圖3 上樓變壓器運輸通道示意

7 樓層配電豎井

超高層建筑配電豎井主要敷設(shè)高低壓電纜、母線槽以及樓層配電箱的布置,超高層建筑的樓層配電豎井一般情況下設(shè)置高壓電纜豎井和低壓配電豎井。根據(jù)《250 m技術(shù)要求》第25條,消防用電應(yīng)采用雙路由供電方式,其供配電干線應(yīng)設(shè)置在不同的豎井內(nèi)。該項目在核心筒分別設(shè)置10 kV豎井、兩個強電井及一個弱電井,滿足技術(shù)要求。樓層配電豎井示意如圖4所示。

圖4 樓層配電豎井示意

8 結(jié) 語

超高層建筑,尤其是建筑高度大于250 m的超高層建筑,其電氣設(shè)計有其獨特之處。介紹寧波某超高層建筑(建筑高度433.6 m)的電氣設(shè)計關(guān)鍵技術(shù),以期為廣大工程技術(shù)人員提供參考。