200m超高层总部大楼电气设计探析_许伟.pdf

年第 期总第 期福 建 建 筑 超高层总部大楼电气设计探析许 伟（中元（厦门）工程设计研究院有限公司 福建厦门）摘 要：结合金圆大厦项目设计实例，分析探讨若干超高层总部大楼建筑电气设计要点：夜景照明；变配电室选址；变压器的选择及设备通道设计；谐波治理；电线电缆选择；智能配电。为超高层总部大楼电气设计提供一些参考。关键词：超高层；夜景照明；变配电室选址；设备通道；谐波治理；智能配电中图分类号：文献标识码：文章编号：（）（），）：，：；.：；作者简介：许伟（），男，高级工程师。：收稿日期：引言超高层总部大楼建筑高度高、体量大、机电设备多、智能化程度高、管线多而复杂，且占地面积不大，电气设计及安装的难度较其他普通高层建筑难得多。针对超高层总部大楼建筑项目的功能和特点，结合厦门某 超高层总部大楼的电气设计实践，对超高层总部大楼中若干电气设计要点进行详细分析。工程概况金圆大厦为金圆集团的总部大楼，项目位于厦门市湖里区金钟路与圆二路交叉口西南侧。总建筑面积约.万，建筑层数为地上 层，地下 层，机动车位 个，建筑总高度.。夜景照明超高层总部大楼一般在大楼顶部或者整栋大楼设有夜景照明工程，用于宣传企业的形象，这个也是总部大楼的一个特色，夜景效果图如图 所示。经笔者调查，部分其他已建总部大楼项目，夜景照明用电设备负荷容量一般都在 ，而普通高层建筑仅在建筑轮廓设置线条灯，线条灯设备总容量一般约为 ，两者容量差距极大，变压器的容量和位置应充分考虑这部分的负荷。本项目在 层设置 台 配电箱、层设置 台 配电箱、屋顶层设置 台 配电箱和 台 配电箱，总共合计 容量。本项目在 层 配电室内设 台 和 台 变压器的容量，可满足夜景照明供电的要求。图 大厦夜景效果图本项目在屋顶层分散设置 灯具 信号控制器，采用五类屏蔽线接入灯光控制系统主机；按区域分别设置 个格栅屏信号控制箱，通过光纤接入灯光控制系统主机；个夜景照明配电箱，通过 .总线接入灯光控制系统主机。灯光控制系统采用智能照明控制系统，夜景照明配电箱内设手、自动转换开关及天文时钟控制开关，在检修或特殊情况时，可采用就地手动控制功能。年 期 总第 期许 伟 超高层总部大楼电气设计探析 变配电室选址的要求超高层建筑变配电室选址常规方案有两种：方案一：设高区配电室，总配设置地下一层或裙房层，分配设置在塔楼高层；方案二：不设高区配电室，总配及分配均设置地下一层或裙房层。.电压损失如果按方案二，考虑建筑最不利点用电设备（即屋顶动力设备）和顶层办公照明接线端的电压损失，按图纸设计现状，校核如表 所示。表 电压损失计算负荷名称电缆标称截面（）导体长度（）计算电流（）电压损失 （）电压损失百分比（）擦窗机、航空障碍灯.屋顶消防风机.普通电梯.消防电梯.办公末端照明 密集型封闭母线.注：考虑变配电室及屋顶设备与核心筒电气竖井之间的水平敷设距离，电缆长度按 估算。：消防设备采用矿物绝缘电缆数据，其他采用低烟无卤阻燃交联聚乙烯电缆数据，动力设备为电动机负荷，功率因数为.。：低压母线按高区 封闭式母线计算。：办公末端照明按最高楼层计算，照明末端线路按 考虑，功率因数按.。根据供配电系统设计规范（）及民用建筑电气设计标准（）要求，一般电动机的电压偏差允许值宜为 ，一般室内场所照明宜为 ，应急照明、景观照明宜为、，电梯宜为。根据上述计算，除普通电梯外，其他配电回路均不符合电压偏差允许值。其中擦窗机、航空障碍灯等，实际压降与允许值差距不大，且干线数量不多，可通过适当加大电缆截面，以减小压降；对于顶层办公照明，其实际压降与允许值差距较大，如加大封闭母线规格，则不够经济。.初投资成本综合两方案初期投资的差异，校核如表 所示（电缆 母线增量参考既有 塔楼统计）。表 初期投资差异万元用途费用（方案二造价增量）低压馈线柴油发电机至配电室电缆.变配电室设备合计.综合上述技术经济分析，方案一（设高区配电室）与方案二（不设高区配电室）对比：（）方案二的电压降不能满足屋顶动力及照明的要求，其中对动力设备影响不大，对顶层照明影响较大。（）方案二初投资较方案一增加约 万元，如考虑部分配电回路需增加电缆 母线截面 以减小压降，预计实际增加初投资约 万元。本项目位于福建省厦门市，变配电室仅能设置在地上一层及以上层，本项目变配电室选址采用方案一。在 层设置 总配电室兼变配电室，在 层设置变配电室，在 层设置变配电室，如图 所示。图 变配电室及柴发位置 变压器的选择及设备通道设计 超高层建筑一般都会利用裙房或高区避难层来设置变配电室，变配电室如设置在裙房不高的地方可以在大厦周边用吊车来搬运变压器及高低压设备，高区避难层则利用采用货梯来搬运变压器及高低压设备。某主流品牌 变压器的尺寸及重量如表 所示。福 建 建 筑 年表 变压器尺寸及重量变压器最大不可拆卸部件（长 宽 高；重量）带外壳整机（长 宽 高；重量）；普通高层项目的消防 货运电梯一般配置是载重，速度.，其载重不足以运输本项目的 变压器。当货梯载重超过 后，货梯井道尺寸及造价会增加较多，经与建筑专业协商，本项目货梯按载重 ，轿厢净尺寸长 宽 高，层和 层门洞高。本项目 层，层变压器的容量选择为 、。变压器设备从室外进入室内再到高区避难层的变配电室，需要提前规划好设备通道，设备通道的净空间及门洞需满足搬运要求，同时，需预留够搬运通道的结构荷载。本项目在搬运通道净宽按不低于.，高度不低于.控制，搬运通道上的防火门按甲级防火门.设置，结构荷载按 进行预留，如图 所示。图 设备走道 谐波治理近些年变频设备、电子设备、等设备的大量运用，给电网带来了巨大的谐波污染。本项目有大量的 光源，变频空调，变频水泵，还有一个 平方米的数据机房，低压配电系统有着大量的谐波源负荷（主要为、次谐波）。本项目对电能质量的要求很高，在 个变配电室低压侧，集中设置有源滤波器，解决谐波电流。谐波电流通常按以下经验公式进行估算：公式：式中：谐波电流，；变压器容量，；变压器负荷率；一般取 补偿系数，办公楼为中等偏少干扰项目，取.。根据上述公式，、变压器在负载率时，补偿系数取 时的谐波电流值如表 所示。表 谐波电流值变压器（）谐波电流（）经笔者调查，已建其他办公楼项目谐波电流值情况，该谐波电流值已经接近实际值。由于有源滤波器的造价较高（市场价格为每安培 元 元），且新建办公楼项目所有产生谐波的设备等不会马上全部投入使用。为避免建设初始投资的浪费，笔者建议，新建项目的谐波电流值可按公式的计算结果偏小一点来选择。后期在所有设备投入运行后，根据实测谐波电流进行调整，以确保安装有源滤波器后，电压总谐波畸变率控制 以内。电线电缆的选择民用建筑关于电线电缆的选择，目前主要的规范有阻燃和耐火电线电缆或光缆通则 电缆及光缆燃烧性能分级 电力工程电缆设计标准 民用建筑电气设计标准建筑设计防火规范这 本规范。民用建筑电气设计标准 采用了按燃烧性能选择电缆，没有按燃烧特性选择电缆，而相关国标都还效，加上对矿物绝缘类电缆等存在的争议，给设计人员选型带来了困惑。因此，如何兼顾不同标准选择电缆，也是个头疼问题。对于超 超高层公共建筑来说，电缆用量大，对电缆的阻燃、耐火、烟毒等安全性方面的要求很高，耐火一直是一个热点问题，尤其是耐火电缆中的矿物绝缘类电缆的选择问题。下面结合电缆阻燃、耐火、燃烧性能等相关制造、试验标准，通过本项目的电线电缆选择介绍做法如下：（）选择导体的材质：根据电力工程电缆设计标准（）第.条，本工程有底层为中型商场人员，属于人员密集场所，材质采用铜导体。（）选择线缆绝缘类型、电缆护层类型：根据电力工程电缆设计标准（）第.条，在符合工作电压、工作电流及其特征和环境条件下，电缆绝缘寿命不应小于预期使用寿命。因此，低压电缆宜选用交联聚乙烯或聚氯乙烯挤塑绝缘类型。本项目电缆采用额定电压.，交联聚乙烯绝缘聚烯烃护套；室内敷设塑料绝缘电线采用额定电压.，交联聚乙烯绝缘。（）选择阻燃级别，耐火级别，燃烧性能：根据民用建筑电气设计标准（）第 年 期 总第 期许 伟 超高层总部大楼电气设计探析.条：建筑高度超过 的公共建筑，应选择燃烧性能 级及以上、产烟毒性为 级、燃烧滴落物 微粒等级为 级的电线和电缆；避难层（间）明敷的电线和电缆应选择燃烧性能不低于 级、产烟毒性为 级、燃烧滴落物 微粒等级为 级的电线和 级电缆。综合上述 点要求，本项目非消防负荷线缆与通信电缆选择：铜芯无卤低烟低毒，阻燃 类，交联聚乙烯绝缘聚烯烃护套电力电缆，级及以上燃烧性能，额定电压.，（燃烧滴落物 微粒等级为 级，烟气毒性等级为 级，腐蚀性等级为 级），图纸中标注举例如下：.（，）矿物绝缘类不燃性电缆的选择：根据建筑设计防火 规 范 （）（年 版）第.条，消防配电线路宜与其他配电线路分开敷设在不同的电缆井、沟内；确有困难需敷设在同一电缆井、沟内时，应分别布置在电缆井、沟的两侧，且消防配电线路应采用矿物绝缘类不燃性电缆。本项目消防和非消防配电线路共用电缆井，消防配电线路应采用矿物绝缘类不燃性电缆。现阶段，我国市场上矿物绝缘类不燃性电缆有十几种形式，其中列入国家标准或行业标准的又只有两种，即金属护套氧化镁填充矿物绝缘电缆（，简称 电缆，电缆）和金属护套无机矿物绝缘电缆（，“”电缆）。具有不易吸潮、无接头可靠性高、施工方便、弯曲半径小、可生产到 平方毫米的优点，缺点是焊接处可能会存在漏焊及应力问题。本项目离海岸边较近，高温高湿天数较多，且消防设备线缆截面积较高、供电可靠性要求高。综合考虑后，本项目矿物绝缘类不燃性电缆选择，同时对施工的焊接工艺提出相关技术要求。智能配电方案本项目作为总部大楼建筑，同时在申报 一星认证。建设方对于配电系统提出了较高要求，管理层要求：高可靠性、连续性、经济性、设计具有前瞻性。后勤部门要求：运维便捷、移动运维、能独立成本核算、可集中管理。综合考虑管理层和后勤部门的要求，本工程采用智能配电方案，在监控室设置一套 系统和一套千里眼移动运维监控系统、在 个变配电室分别设置 套 站控专家系统，集中接入监控 高压开关柜的断路器测温设备、继电保护、电能质量检测仪、多功能仪表；低压配电房的框架断路器、多功能表、变压器温控仪（选配）等；多功能表、变压器温控仪等设备具有 通讯接口，支持 通讯协议 协议。实现中低压配电系统的数字化管理和运维要求，建立 和 配电系统的统一用户管理运维界面，如图 所示。图 智能配电系统图智能配电系统实现了如下功能：（）低压部分：框架、仪表接入后台，支持断路器老化分析管理；报警和故障快速定位；提供典型的配电室运行报表功能，自动定期生产配电室运行报告，达成自动抄表记录功能等。（）中压部分：真空断路器配置无线测温装置 点测温，实时了解断路器温度状态；进线加装 电能质量仪表，配合 监控系统，实现电能质量有效监测；支持波形分析。扰动方向判定，精准记录故障信息，专业波形全面分析，为故障迅速排查提供详实数据支撑，为责任判别提供依据；同时也为后续配电系统可靠性改进提供数据来源。智能配电相比于传统配电，设计简单、灵活，智能模块简单易升级；且具有完整的智能化解决方案，符合用户集中管理的需求。智能配电使电能质量可看、可控、可治，降低了设备的故障率。在碳中和的大背景下，智能配电能够解决用户的安全可靠用电需求，（下转第 页）福 建 建 筑 年 （）开关电源均按 容量规格计算。（）控制柜与控制中心的通讯方式相同。（）电缆接头按一个穿刺线夹综合单价.元计算。从“交、直流照明系统中间环节设备造价表”可以看出，采用直流照明系统可以节约造价。结语直流配电方案相比于交流配电方案，在技术及工程造价等方面都有明显优势。采用直流供电技术为市政照明配电时，直流电源总控制柜内直流转换模块配置、各回路数据采集与控制、绝缘监测等，是项目设计时需要重点考虑的技术要点，也是直流供电稳定性、安全性、经济性的保障。因此，在实际应用中，应给予合理的配置。参 考 文 献 刘志华，罗新 城市道路照明及户外用电设施安全风险分析及防范 智能建筑电气技术，（）：，直流照明系统技术规程 城市道路照明设计标准 北京：中国建筑工业