某超高層辦公樓供配電系統(tǒng)概述

孟興旺(北京市建筑設(shè)計研究院有限公司，北京100037)

某超高層辦公樓供配電系統(tǒng)概述

孟興旺(北京市建筑設(shè)計研究院有限公司，北京100037)

0 緒論

依據(jù)《民用建筑設(shè)計通則》(GB 50352-2005)規(guī)定:建筑高度超過100m的民用建筑為超高層建筑(Extra-high building)。目前國內(nèi)在建或竣工的超高層建筑中，以上海環(huán)球金融中心(地上124層，高632m)、廣州新電視塔(塔身高454m，總高 600m)、中國尊(地上 108層，高528m)為代表的超高層建筑都是成功的范例。超高層建筑在完美勾勒城市天際線的同時，其特殊性和功能多樣性也對供配電系統(tǒng)的可靠性、安全性提出了更高的要求。

在“一帶一路”的大背景下，我院承接了新疆烏魯木齊高鐵新區(qū)超高層群的設(shè)計工作。借此經(jīng)歷簡要闡述高度在300m以下的超高層辦公樓的供配電系統(tǒng)。

1 工程概況

本項目坐落于烏魯木齊市高鐵新區(qū)，總建筑面積1 707 828m2。本項目組團4棟超高層辦公樓，2棟超高層公寓樓，1棟超高層五星酒店，1座大型商業(yè)MALL以及配套設(shè)施，打造地標性城市綜合體。因各超高層建造標準和招商要求不盡相同，本文選取負荷指標、電源可靠性要求最高的2-02＃辦公樓為例，闡述超高層辦公樓供配電系統(tǒng)。

2-02＃辦公樓:建筑高度277.95m，建筑面積約140 096 m2。地下4層為人防/車庫，地下1～3層為設(shè)備機房，地上1～4層為裙房商業(yè)和辦公配套，5～62層為辦公標準層，其中9、20、31、41、52層為避難層/設(shè)備層。

2 負荷等級

《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》(以下簡稱《民規(guī)》)3.2節(jié)負荷分級及供電要求中，沒有對超高層建筑提出特殊要求，所以要根據(jù)建筑的功能來選擇合適的負荷等級。因此該辦公樓在劃定負荷等級時參照《民規(guī)》附錄A民用建筑中各類建筑物的主要用電負荷分級中24條規(guī)定和《民規(guī)》3.2.4條文。

按照《民規(guī)》對負荷分級的定義，該辦公樓的安全防范系統(tǒng)用電、消防系統(tǒng)用電(如消防控制室、消火栓泵、噴淋泵、加壓風(fēng)機、排煙風(fēng)機、消防電梯及其排水泵等)、應(yīng)急照明、疏散指示照明、航空障礙燈、屋頂直升機停機坪照明、高層公共區(qū)域走道照明用電、值班照明、警衛(wèi)照明、經(jīng)營及設(shè)備管理用計算機系統(tǒng)用電、變電所用電、通信機房、電子信息設(shè)備機房用電、排污泵、客梯、生活水泵、擦窗機、超高層辦公樓24h空調(diào)系統(tǒng)及租戶重要負荷等為一級負荷。其中，安全防范系統(tǒng)用電、消防系統(tǒng)用電、應(yīng)急照明、疏散指示照明、航空障礙燈、屋頂直升機停機坪照明、經(jīng)營及設(shè)備管理用計算機系統(tǒng)用電、變電所用電、通信機房等為一級負荷中的特別重要負荷；超高層客梯、擦窗機、超高層辦公樓24h空調(diào)系統(tǒng)及租戶重要負荷等中斷供電將造成重大影響或重大損失的一級負荷為保障性負荷。超高層辦公樓租戶辦公照明、小動力為二級負荷。其余一般照明、動力等為三級負荷。

依據(jù)《民規(guī)》3.3節(jié)電源及供配電系統(tǒng)要求，一級負荷采用雙市電供電，一級負荷中特別重要負荷及保障性負荷除采用雙市電供電外，還采用柴油發(fā)電機組作為應(yīng)急的第三電源，各弱電智能化系統(tǒng)、消防控制室的用電還需各系統(tǒng)自帶UPS作為備用電源。二級負荷采用雙市電電源供電，三級負荷采用單市電電源供電。

3 高低壓主接線形式

供配電系統(tǒng)的設(shè)計方案，需根據(jù)工程的規(guī)模及特點，按照負荷的性質(zhì)、用電量、地區(qū)供電條件并適當(dāng)考慮工程的發(fā)展來確定。當(dāng)?shù)毓╇娋忠?，每?0kV進線裝機容量不高于7 000kVA，兩路10kV高壓電源采用互備方式運行，要求任一路高壓電源可以負擔(dān)全部一、二級負荷。02＃本地塊報建一座開閉站，為街區(qū)商業(yè)、地下車庫、2-02超高層辦公、2-03超高層酒店提供雙路10kV市政電源。

經(jīng)多輪可靠性與經(jīng)濟性比較，該建筑高壓系統(tǒng)最終選定各變電所兩路10kV高壓電源同時供電，單母線分段運行，互為備用，設(shè)母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)，手動操作。低壓系統(tǒng)各變電所變壓器低壓側(cè)采用0.4kV單母線分段的接線方式、低壓母線分段開關(guān)采用自動投切方式時，低壓母聯(lián)斷路器設(shè)有自投自復(fù)、自投手復(fù)、自投停用三種狀態(tài)的位置選擇開關(guān)，自投時應(yīng)設(shè)有一定的延時，當(dāng)變壓器低壓側(cè)總開關(guān)因過負荷或短路故障而分閘時，母聯(lián)斷路器不得自動合閘，電源主斷路器與母聯(lián)斷路器之間設(shè)電氣聯(lián)鎖。當(dāng)同組兩臺變壓器低壓側(cè)均失電時，切除非保障性負荷，啟動應(yīng)急柴油發(fā)電機組或備用柴油發(fā)電機組。正常電源與應(yīng)急發(fā)電機電源斷路器間應(yīng)有電氣閉鎖和機械聯(lián)鎖或采用雙投開關(guān)。具體主接線形式詳見圖1。

4 主/分變配電所和自備柴油發(fā)電機的設(shè)置

根據(jù)表1負荷估算結(jié)果，并校驗各變電所出線電纜長度的壓降，該建筑最終實施的方案是在地下1層設(shè)主變電所，另設(shè)31層避難層分變電所、地下2層制冷分變電所，低壓供電均采用向上供電方式。各變電所內(nèi)變壓器的高壓電源均從設(shè)在主變電所的高壓配電柜放射式配電引出。為保證一級負荷中特別重要負荷的供電可靠性，在地下1層設(shè)置低壓柴油發(fā)電機組作為應(yīng)急電源。該辦公樓分別在柴油發(fā)電機房為租戶預(yù)留了專用的柴油發(fā)電機組作為租戶的備用電源，在施工圖階段預(yù)留機房及強電井內(nèi)土建位置。主/分變配電所供電范圍詳見圖2。

圖1 高低壓主接線圖

5 供配電系統(tǒng)簡述

本超高層辦公樓的地下1層設(shè)主變電所，31層設(shè)避難層分變電所，地下2層設(shè)制冷分變電所，各變電所內(nèi)變壓器的高壓電源均從設(shè)在主變電所

的高壓配電柜放射式配電引來。低壓配電干線采用放射與樹干相結(jié)合的配電方式。消防負荷、重要負荷、容量較大的設(shè)備及機房采用放射方式，就地設(shè)配電柜；容量較小的分散設(shè)備采用樹干式供電。具體低壓配電干線系統(tǒng)圖詳見圖3和圖4。

5.1 一級負荷

采用兩路市電電源供電，電源引自變配電所不同變壓器的低壓母線段，并在末端配電箱處互投。一級負荷中的特別重要負荷及保障性負荷，除采用兩個市電電源供電外，還分別設(shè)置柴油發(fā)電機組作為應(yīng)急電源及備用電源，一級負荷中的特別重要負荷采用雙電源供電并在末端配電箱處互投，為消防負荷供電的電源中的一路引自應(yīng)急電源母線段，為非消防負荷供電的電源中的一路引自備用電源母線段，為保障性負荷供電的電源中的一路引自備用電源母線段。根據(jù)允許斷電時間的不同，各弱電智能化系統(tǒng)、主要業(yè)務(wù)和計算機系統(tǒng)、電子信息設(shè)備機房、安防控制室及消防控制室的用電還需自帶UPS作為備用電源。超高層弱電井內(nèi)設(shè)備用電按避難層分段集中設(shè)置UPS電源，單獨回路供電，消防用電與非消防用電分開，在每個弱電井的每層均分別設(shè)置UPS電源開關(guān)箱。在各防火分區(qū)分別設(shè)置的應(yīng)急照明、疏散指示照明也相對集中設(shè)置EPS作為備用電源。

表1 本超高層辦公樓負荷估算表

圖2 主/分變配電所及柴發(fā)機房供電范圍

5.2 二級負荷

采用雙電源供電并在適當(dāng)位置處互投后再放射式供電或采用專用回路供電。租戶辦公層電表箱分奇數(shù)、偶數(shù)層采用兩段專用母線段供電，并在同層預(yù)留母線插接箱，方便事故狀態(tài)下投入另一段母線以提高供電可靠性。

5.3 三級負荷

采用單市電電源供電。為降低造價，甲方要求超高層辦公樓衛(wèi)生間照明、插座電源及電梯廳插座電源從層電表箱引接。

6 電纜選型和敷設(shè)方式說明

超高層建筑電纜選型和敷設(shè)方式應(yīng)嚴格執(zhí)行 《民規(guī)》7.4節(jié)和 《建筑設(shè)計防火規(guī)范》10.1.10條規(guī)定，并結(jié)合工程實際綜合選定。

6.1 導(dǎo)體選擇

高壓柜至變壓器高壓側(cè)采用6/10kV

交聯(lián)聚乙烯絕緣、聚烯烴護套無鹵低煙阻燃B級銅芯電力電纜。發(fā)電機應(yīng)急母線采用耐火型密集母線，冷凍機組等大型設(shè)備、辦公照明、小動力大電流等用電采用密集型母線。對火災(zāi)時繼續(xù)工作的備用照明、消防泵房、防排煙風(fēng)機、消防電梯、消防控制室、電話機房等需要持續(xù)供電時間至少180min的一級負荷采用0.6/1kV柔性礦物絕緣防火電纜。低壓采用0.6/1kV交聯(lián)聚乙烯絕緣、聚烯烴護套無鹵低煙阻燃A級銅芯電力電纜。非消防配電分支線的導(dǎo)線采用交聯(lián)聚乙烯絕緣無鹵低煙阻燃型銅芯導(dǎo)線，消防配電分支線導(dǎo)線采用交聯(lián)聚乙烯絕緣無鹵低煙阻燃耐火型銅芯導(dǎo)線。非消防控制電纜采用WDZ-KVV或 WDZKVV22型，消防設(shè)備控制電纜采用WDZN-KVV，阻燃B級。

6.2 線路敷設(shè)

超高層辦公樓由地下主變電所至避難層分變電所的高壓電纜沿專用的高壓電纜井敷設(shè)，同組兩路高壓電纜沿不同的高壓線槽敷設(shè)。水平和豎向垂直干線電纜均敷設(shè)在電纜槽盒內(nèi)，控制及信號線纜在電纜槽盒或金屬保護管內(nèi)敷設(shè)。

普通與應(yīng)急、雙路電源等線纜應(yīng)分管、分電纜槽盒或槽盒加金屬隔板敷設(shè)。本工程設(shè)置消防專用電纜槽盒，對于消防電力電纜由變電所沿消防專用電纜槽盒敷設(shè)至配電點。消防配電線槽與其他配電線槽在電井內(nèi)布置在兩側(cè)。

圖3 主變電所動力干線系統(tǒng)圖

圖4 主變電所照明干線系統(tǒng)圖

密集母線垂直敷設(shè)時采取減震降擾動措施，如密集母線不選用鋁制外殼，以提高強度；設(shè)置柔性、獨立式接頭，以吸收軸向的伸縮；設(shè)置彈性支架和墊片，以緩解軸向位移和振動；縮短密集母線垂直敷設(shè)段的長度，以減小橫向位移。

消防設(shè)備的配電線路，明敷時 (包括敷設(shè)在吊頂內(nèi))應(yīng)穿金屬管或采用封閉式電纜槽盒保護，金屬管或封閉式電纜槽盒應(yīng)采取防火保護措施；暗敷時應(yīng)穿管并應(yīng)敷設(shè)在不燃性結(jié)構(gòu)內(nèi)且保護層厚度不應(yīng)小于30mm。

7 結(jié)束語

我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展及現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)安全技術(shù)體系的不斷完善，使得超高層建筑已然成為我國各大、中型城市的發(fā)展熱點。本文還原設(shè)計過程，梳理設(shè)計思路，介紹某超高層辦公建筑的電氣供配電系統(tǒng)設(shè)計，同時闡述了超高層辦公樓電氣設(shè)計應(yīng)關(guān)注的要點。并根據(jù)設(shè)計團隊超高層建筑電氣設(shè)計項目的設(shè)計經(jīng)歷，剖析超高層建筑電氣設(shè)計的特點，包括供電電源及供電電壓等級的選擇、供配電系統(tǒng)的搭建等，進而總結(jié)高度在300m以下的超高層辦公樓的供配電系統(tǒng)。綜上所述，該設(shè)計方案具有普遍性，可供同等高度、同等電網(wǎng)條件下建筑參考。

[1] 中國建筑東北設(shè)計研究院.民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范 (JGJ 16-2008) [S].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[2] 中國建筑標準設(shè)計研究院.超高層建筑電氣設(shè)計與安裝 (14D801)[S].北京:中國計劃出版社，2014.

[3] 李炳華.超高層建筑電氣設(shè)計要點 [J].智能建筑電氣技術(shù)，2011(4):15-25.

Overview of Supply and Distribution System of an Extra-high Office Building

Meng Xingwang

結(jié)合工程實例，介紹某超高層辦公建筑的供配電系統(tǒng)設(shè)計，包括各級負荷的供電要求、高低壓主接線形式、主/分變配電所位置的選擇、自備柴油發(fā)電機系統(tǒng)的設(shè)置、0.4kV供配電系統(tǒng)的設(shè)計原則以及超高層建筑電纜選型和敷設(shè)方式說明。同時，根據(jù)設(shè)計經(jīng)歷闡述了超高層辦公樓電氣設(shè)計應(yīng)注意的要點。

超高層建筑供配電系統(tǒng) 負荷等級 變配電室設(shè)置 自備柴油發(fā)電機

With an engineering example，the supply and distribution system of a extrahigh building is introduced，which includes supply requirements of all load levels，primary wiring form of high and low voltage，location selection of master/distinguish substation，settings of owned diesel generator system，the design principles of 0.4kV supply and distribution system，and the instructions of cable selection and laying methods in high-rise building.At the same time，According to the design experiences，the points should be noted of high-rise office building electrical design are elaborated.

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