关于超高层建筑电气设计的思考

陈海龙

摘要：本文作者简述了超高层建筑电气设计的中压供电方式、变电所的设置及设备的垂直运输、自备发电机的电压选择及设置、竖向配电干线设计、谐波治理及电抗器的选择、浪涌保护器的设置、节能设计等方面内容，结合实际，提出了一些切实可行的方案，供大家参考

关键词：超高层建筑；电气设计；思考

1 中压供电方式

中压供电等级由建筑物所在的城市决定，不同的电压等级与相应的电源容量不同，要求进线回路数也可能不同，下面以35 kV 及10 kV 供电为例加以说明。

1.1 35 kV 供电

某超高层建筑采用35 kV 供电时，超高层建筑通常有两路独立的35 kV 电源，两路电源互为备用，单母线分段带联络开关。该项目采用35 kV 直接降至0.4 kV，可减少35/10kV 及10/0.4 kV 的多级转换带来的设备投资增加及设备房占用面积的增加，每个供电回路负荷容量也加大（如630 A 的出线开关，35 kV 供电负荷可达38 MVA，10 kV 供电负荷不到11 MVA），因此两个35 kV 供电回路基本可满足要求。

1.2 10 kV 供电系统有下列四种运行方式：

1.2.1 正常运行时，两路主供电源（1DL、2DL）同时供电，负荷均衡分配，联络开关断开，备用电源（3DL）冷备用。

1.2.2 当其中一路主供电源失电时，该路电源与备用电源间的联络开关自动投入。当失压电源回路恢复电压时，手动断开联络开关，手动合上已恢复供电回路的电源开关，转换成正常情况下的供电方式。

1.2.3 当两路主供电源均停电，10DL 联络开关自动投入，备用电源供电。

1.2.4 其中一路主供电源失压，同时备供电源失压，另一路主供电源供电，该侧联络开关保持断开。

2 变电所的设置及设备的垂直运输

超高层建筑变电所设置需要考虑到以下几个方面：

2.1 超高层建筑地下室一般都超过1 层以上，考虑到首层面积的商业价值，变配电房考虑在地下1 层设置，既可解决洪水时浸水的问题，又不占用首层商业面积。

2.2 建筑高度超过200 m 的超高层建筑，应考虑在上部的避难层设变配电房，可有效解决电能质量的问题，同时避免大量的电缆及母线从地下1 层穿过电井到顶层，从而减少管井面积，节约电缆投资，同时也可减少电缆使用中的电能损耗。

3 自备发电机的电压选择及设置

3.1 电压选择

建筑高度超过250 m 的建筑，当低压（0.4 kV）发电机组在地下1 层设置时，顶层用电设备的电压降很可能会超过电源偏移标准，这时高区的应急电源要考虑用中压（10 kV）的柴油发动机组。由于中压发电机需设在地下层，10 kV电缆通过电井敷设到高区的配电房内，通过变压器转换为低压（0.4 kV）电源。接入高区配电房的应急母线段，低压（0.4 kV）应急电缆或母线改为中压（10 kV）供电，可节省大量低压电缆或母线，缺点是在高区需增设相应的变压器。对于低区变配电房的应急电源，还是采用低压（0.4 kV）发电机组供电。

3.2 柴油发电机的起动条件

一般的设计中要求给一级负荷供电的两台变压器母线均停电时，柴油发电机起动，这种未充分利用柴油发电机组。对于3 路10 kV 供电的情形，当两路电源同时失电时，应要求发电机起动，由发电机组带一级负荷，同时通过电力监控系统减少部分空调、通风、采暖负荷，两两联络的变压器联络开关合上，由另外一路电源带所有低压配电柜的所有负荷。该方法充分利用了发电机的电力，减小了停电范围。

4 竖向配电干线设计

对于一般的高层建筑，竖向配电尽量用母线供电，以满足不同楼层用户可能的用电负荷变化。特别对于商业裙房，由于功能很不确定，利用母线可解决功能变化问题，而母线的载流量要考虑低压柜开关出线连接方便性，以不超过1600A为宜。

5 谐波治理及电抗器的选择

超高层建筑谐波源及谐波抑制措施与一般的办公楼没有原则的区别，用电设备以单相设备为主，使用2 脉冲装置，如电脑、显示器、单相不间断电源、带电子整流器的节能灯，此类设备会产生3 次及以上（3、5、7…）谐波，并以3 次谐波为主。在尽量控制谐波源的情况下，首先在低压配电柜设置调谐滤波电容器组，要求XL = 14% XC，抑制3 次及以上的谐波。同时，在谐波污染严重的中心计算机房、电信机房（UPS 为在线式工作）等弱电机房设置有源滤波器，实现对谐波的动态补偿。

6 设置浪涌保护器时应注意的问题

超高层建筑一般为总部办公楼、证券中心等，雷电防护等级应在B 级及以上，电源线路及信号线路浪涌保护器数量繁多，经过长时间的使用或遭雷击后，仅在设备现场显示劣化程度，显然不能满足管理的要求，靠人力进行设备巡检、评估和维护耗时费力，也带来了安全隐患。对于上述问题，在超高层建筑设置总线式智能化的浪涌保護器，可对使用情况进行在线跟踪，并对劣化情况进行分析、报警，以便及时更换。

7 弱电消防设计中应注意的问题

7.1 主动抽气式烟雾探测系统的设置。火灾的发生从酝酿到产生高热大火，一般经历4 个阶段：闷燃、可见烟、闪燃和高热大火阶段。传统的火灾探测器在第二个阶段才能探测到火灾情况。

7.2 增加电缆温度的测量。超高层建筑电气竖井内竖向配电容量大，干线电缆多。由于长期过载或电缆接头质量等问题，电缆容易长期处于高温状态，是火灾的重要隐患。

8 节能设计问题

8.1 照明灯具选择

设计采用了高效能的T5 节能荧光管，将电能转化为光能的效果较好。与T8、T10 荧光管相比，T5 荧光管能发挥更好的节能效应。

8.2 照明控制

超高层建筑公共照明区域大，灯具繁多，依靠人工管理无法实现。公共区域灯具采用总线控制技术，可根据时间及管理的不同要求对相应的灯具开关进行自动控制（也可现场控制），避免长明灯现象，并节约能源。

9 结束语

超高层建筑的用电负荷是沿建筑物高度的竖向分布的。一方面要考虑干线的供电容量和供电系统的数量，还有供电电压的降低，适用于柔性结构的干线敷设方法以及有大量供电干线集中于某一处的情况，应考虑进行配电的场所，经济的供电设计。在设计中还需要考虑下面的问题：

9.1 总线制智能火灾疏散诱导系统的设置。

智能火灾疏散诱导系统能检测诱导灯的工作状态，同时能根据火灾的情况改变诱导的方向，人员能根据诱导方向尽快疏散。通常超高层建筑标准层的功能相对简单，筒体外为走道，走道外为办公或酒店，而诱导灯具全部在公共走道明装，人员也容易巡检。该系统的设计可结合商业裙房的复杂程度综合考虑，在有成本控制要求的情况下，仅对标准层而言，总线智能的疏散诱导系统可节省。

9.2 矿物绝缘电缆的选型。

超高层建筑的消防供电要求采用矿物绝缘电缆。矿物绝缘电缆分为氧化镁绝缘电缆和柔性无机绝缘两种。氧化镁绝缘电缆使用历史长，技术成熟，但氧化镁容易吸潮，且大电缆全部采用单芯电缆，电缆刚性大，不容易弯曲，给施工带来不便。柔性无机绝缘近年兴起，克服了前面的缺点，在生产工艺、终端头的制作、安装等方面具有优势。选择矿物绝缘电缆时，要综合各种因素综合考虑。

参考文献：

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