超高层建筑电气设计要点

王 鹏

[铁科院(北京)工程咨询有限公司, 广东 深圳 518111]

0 引 言

对于超高层建筑的定义,GB 50352—2005《民用建筑设计通则》将大于100 m的建筑物都划为超高层建筑。随着经济的发展,超高层建筑不断涌现,在用电安全性、雷击风险、防火方面提出更高的要求。本文探讨某超高层5A甲级写字楼的电气设计要点,可为类似超高层项目提供参考。

1 工程概况

深圳某超高层5A甲级写字楼隔海与香港相望,建筑造型采用双塔形式,总的建筑面积约为26万m2,地下4层,地上45层,其中1F～4F为裙房,建筑高度为199.75 m,建筑造型高度为210 m。1F～5F为办公、商业配套,6F以上为办公空间,其中15F、31F为避难层。

该工程根据深圳南山后海片区的供电条件确定供电电源的供电回路数及电压等级(10 kV),建筑电气设计包含10 kV供配电及10/0.4 kV变电所、低压配电系统和照明系统、防雷及接地等内容。

2 10 kV供配电及10/0.4 kV变电所设计要点

2.1 负荷等级

屋顶直升机停机坪照明和航空障碍标志灯、消防设施、计算机中心用电负荷按最高负荷(一级负荷中特别重要的负荷)要求供电,一级至三级负荷供电须按照JGJ 16—2008《民用建筑电气设计规范》[1]的要求确定。

2.2 供电负荷的确定和供电电源的选择

超高层建筑单位负荷功率100～130 VA/m2,采用单位面积法估算用电负荷存在一定误差。该项目采用需要系数法来计算用电负荷,用电负荷计算结果如下:总设备容量为24 612 kW,有功功率为17 212 kW,总需要系数为0.69,低压电容补偿容量为7 200 kvar,补偿后功率因素为0.95,变压器容量为22 000 kVA。

根据国家相关规范的设计要求,当一路电源断电时,另一路电源应能保证二级及以上负荷的供电。根据深圳南山后海片区的供电优势,提出改善建议,即由城市电网两个独立的10 kV区域变电站供电,每个高压配电房内的2路电源同时工作,互为备用,每一回路均可承担相应供电区域的全部用电负荷,当一回路故障时联络开关投入使用。10 kV配电室以放射式电缆线路向10/0.4 kV的变压器馈电[2]。

为满足该超高层建筑的用电需求,采用多个10 kV及以上电源供电。《国家电网公司业扩供电方案编制导则》[3]中规定,10 kV电压等级最大供电容量为15 MVA。对于深圳地区重要负荷用户,单路10 kV供电容量不宜大于11 MVA。

2.3 变配电所

(1) 变压器。低压配电线路的长度一般不允许超过250 m,变配电所要设在负荷中心。超高层写字楼中设总配变电所,由总配变电所向各分配变电所的变压器供电。超高层建筑需要选择体积小、重量轻的变压器,楼上三相变压器一般选用1 000 kVA及以下的干式变压器。

该超高层建筑的低压配电线路往往会超过250 m,仍需要在避难层设置分配变电所。变配电所共设置5处,变压等级为10/0.4 kV,变压器总装机容量为22 000 kVA。1#楼的-2F设置A1号变配电房(3×1 600 kVA变压器),承担1#楼25F以下的办公、裙房及地下室用电;1#楼的31F(避难层)设置A2号变配电房(3×1 000 kVA变压器),承担1#楼25F以上的办公用电;2#楼的-2F设置B1变配电房(3×1 600 kVA变压器),承担2#楼25F以下的办公、裙房及地下室用电;2#楼的31F(避难层)设置B2号变配电房(3×1 000 kVA变压器),承担2#楼25F以上的办公用电;-3F空调主机房设空调变配电房(3×1 600 kVA+1×2 000 kVA变压器),深入负荷中心专为空调配电。整个工程共设16台变压器。

(2) 10 kV继电保护。电源进线采用过电流保护、延时速断保护、失压保护、零序保护。变压器10 kV侧采用过电流保护、速断保护、变压器超温保护及信号装置。

2.4 应急电源

该超高层建筑的重要负荷应配备低压柴油发电机组作为应急电源。为了保证特别重要负荷及一、二级负荷停电时的运作,在1#、2#楼-1F各设置快速(15 s)起动柴油发电机1台,额定连续运行容量不超过1 750 kVA。市电因故停电时,应急柴油发电机组可自行起动,而且在30 s之内即可向重要负荷供电。发电机组起动柜从变配电所低压进线开关取延时起动信号,延时(0～10 s可调)自动起动发电机组,当市电恢复(30～60 s可调)后,由市电恢复供电,柴油发电机组冷却后自动停机。柴油发电机电源与市电电源之间采用电气连锁和机械连锁,保证不倒供电。

3 低压配电系统设计中一些技术问题

3.1 低压配电

消防负荷及一级负荷中特别重要的负荷宜采用可靠性高的放射式供电方式。配电干线按划分的供电区域供电,采用树干式和放射式相结合的配电方式。每层设总配电箱,从总配电箱经电能表引至各层的办公室。各层总开关设分励脱扣器,供消防中心控制使用;重要负荷采用双电源供电,末端自动切换,其中一路由应急电源供电;火灾时,非消防设施配电箱的电源可在消控中心切断电源;排风兼排烟风机、进风兼补风风机平时由手动或DDC自动控制,火灾时由消防中心控制,消防控制具有控制优先权,用于消防时设备的过载保护,只报警,不跳闸。

3.2 防火剩余电流报警系统

该超高层建筑装设防火剩余电流报警系统,每层的总配电箱、应急照明配电箱、消防动力箱、正常动力箱的出线回路设剩余电流监测及电缆温度检测,当剩余电流大于设定值时(300 mA,具体数值可以调整)或电缆温度值大于设定值时发出报警信号,同时向主机报警(主机设于消防中心),报警主机显示报警位置。

3.3 母线槽及电缆、导线

母线槽是可承载数千安培负荷电流的刚性结构。若在地震高发地,宜采用电缆供电,采用0.6/1 kV型低压电缆和450 V/750 V型低压电线。消防负荷的配电干线和分支干线应采用柔性无机绝缘YTTW矿物绝缘电缆,消防设备分支线路采用低烟无卤阻燃耐火型电缆(WDZNA-),非消防设备供电线路采用阻燃低烟无卤电力电缆(WDZA-YJE-)和电线(WDZC-BJY-)。

4 应急照明与航空障碍灯设计中需关注的技术问题

(1) 应急照明。该超高层建筑的疏散照明连续应急供电时间大于1.5 h。楼顶停机坪四周设置应急照明[4]。

(2) 超高层建筑航空障碍灯。该超高层建筑的最高端和最外侧转角顶端装设障碍标志灯。障碍标志灯的水平和垂直距离间距均小于45 m。直升机停机坪四周设置航空障碍灯[5]。

(3) 屋顶直升机停机坪的照明。根据MH 5013—2008《民用直升机场飞行场地技术标准》[6]对屋顶直升机停机坪的照明要求,屋顶直升机停机坪的瞄准灯、周界灯、泛光灯、风向标灯设计须符合规范要求,保证直升机昼夜起降安全。

5 防雷及接地设计需注意的问题

(1) 防雷设计。该超高层建筑的防雷等级属于二类防雷建筑。屋顶设有直升机停机坪,须消除避雷针对直升机的影响。

(2) 接地及安全。该超高层建筑的综合接地电阻值≤1 Ω。过电压保护是在变配电室低压母线上和楼层(二级)配电箱内、屋顶室外风机、室外照明配电箱内分别装一级、二级电涌保护器(Surge,Protective Device,SPD)。另外,弱电引入端设置过电压保护装置[7]。

6 结 语

介绍了某超高层5A甲级写字楼的建筑电气设计要点,提出超高层建筑的电气设计应根据具体项目的实际情况,并满足国家相关电气设计规范的要求,综合考虑电气设计的安全行、可靠性。