摘要通过工程设计实例, 介绍了超高层建筑的配电系统设计( 负荷等级划分、电源选择、高低压配电系统) 、变配电所设置、柴油发电机房布置、低压配电干线设计。阐述了超高层建筑配电系统设计要点及注意事项。
        关键词      超高层建筑        配电系统        配电设计
         1 工程概况
        杭州海威喜来登大酒店在杭州滨江区, 濒临钱塘江, 位于钱江三桥与四桥之间, 隔江可远眺六和塔景区、玉皇山麓。建筑总面积16 万m2, 地下3 层、地上59 层, 建筑总高度225m, 属一类超高层建筑。功能定位为五星级酒店、xx写字楼及酒店式公寓。
        2 配电系统设计
        2. 1 负荷等级
        超高层建筑一般建筑面积较大、人员密度大、使用功能比较复杂, 通常供电容量较大。当超高层建筑发生各种灾难时抢险难度大、人员疏散较困难, 因此其供电可靠性要求极高。其中消防系统的用电安全保障显得尤为重要。
        该工程属一类超高层建筑, 设计按一级负荷供电。其中消防负荷、应急照明、疏散指示、主楼电梯、地下层排污泵、变频供水泵、计算机、机械停车、宴会厅用电、厨房部分动力、高级客房照明、航空障碍灯、停机坪、通信、安保监控、广播等用电按一级负荷供电; 电视、一般客房照明、一般电梯等用电按二级负荷供电; 其余为三级负荷。
        2. 2 电源选择
        根据《供配电系统设计规范》( GB 50052 - 95)规定, 一级负荷应由二个电源供电, 当一个电源发生故障时, 另一个电源不应同时受到损坏。一级负荷中特别重要的负荷, 除由二个电源供电外, 尚应增设应急电源。因此超高层建筑必须采用二路独立的10 kV电源供电( 用电容量较大, 条件许可的地方可采用35 kV 电源供电) , 此外还应根据实际情况设置柴油发电机组或EPS 电源作为应急备用电源。该工程采用10 kV 双路电源供电( 两个电源不应同时损坏) , 电源引自附近供电部门开闭所二段不同母线, 采用电力电缆埋地引入总变配电所, 二路电源同时供电, 当其中一路电源故障停电时, 由另一路电源供给全部一、二级负荷。还设有两台有自启动功能的柴油发电机组作为消防及重要负荷应急备用电源。
         2 . 3 高低压配电系统
        该工程10 kV 主接线采用单母线分段的接线方式, 系统设有分段母线联络开关, 两路10 kV 电源同时供电, 互为备用, 当其中一路电源因故障停电时,由另一路电源供给全部一、二级负荷。10 kV 出线采用电缆放射式向各配电变压器供电。
       低压主接线采用单母线分段的接线方式, 每两台变压器为一组, 互为备用, 分别设有母线联络开关,两只低压进线开关及母联开关两通一断, 采用电气、机械联锁。一级负荷中特别重要的负荷设有专用低压母线, 除采用两路供电外, 另外设有柴油发电机组作为备用电源。
        所有消防负荷及重要负荷的配电, 是由两路从变配电所低压系统两段母线上引来的配电干线, 在配电末端设置双电源自动切换箱进行配电。
         2. 4 变配电所设置
        超高层建筑的用电设备负荷较大、用电设备性质较复杂, 且很大一部分为一、二级负荷, 通常变电所的规模相对较大。由于超高层建筑一般都处于城市中心寸土寸金的地段, 楼内空调机房及水泵房等用电量大的设备均布置在地下层。根据变配电所应靠近用电负荷中心的原则, 总变配电所{zh0}设在地下层内。由于塔楼部分的结构梁一般较大, 柱网又很难满足配电设备的布置要求, 因此宜将总变配电所设在地下一层或地下二层靠近塔楼的裙房中, 同时总变配电所宜靠外墙布置以便于管线进出。
        超高层建筑的总变配电所进出管线较多, 有高压进线电缆, 低压进出线有阻燃电缆、耐火电缆、矿物绝缘电缆, 还有不少封闭式母线, 管线进出仅采用上进上出的方式, 可能会造成管线交叉频繁, 施工较为困难。因此总变配电所宜设地沟, 各种电缆通过配电柜下部地沟进出, 封闭式母线则通过配电柜上部进出。其变配电所设计高度一般为净高3 . 5 m、地沟1 m、梁高通常为0 . 9 m, 建筑层高大约为5 . 4 m。
        根据《全国民用建筑工程设计技术措施电气》,低压线路的供电半径一般不宜超过200 m, 当供电容量超过500 kW, 供电距离超过200m 时宜考虑增设变配电所。如果建筑高度超过200 m, 再加上平面距离, 建筑上部的供电半径一般会超过250 m, 电压降有可能超过规定值, 供电质量将下降, 电能损耗加大, 肯定会影响电梯等设备的运行。因此建筑高度超过200m 的超高层建筑, 宜在塔楼上部设分变配电所, 供塔楼电梯及上部1 / 3 楼层的部分用电。上部变配电所宜结合避难层或技术层设置, 电缆宜上进上出, 可不必设地沟。考虑到方便今后调换变压器, 变压器容量不宜选得太大, 一般不宜大于630 kV·A,调换变压器可考虑通过货梯井道吊装。
         2007 年10 月杭州大水淹城, 多年来首次发生大水淹没地下变配电所, 造成长时间停电的事故。因此有必要对地下变配电所的设置进行慎重考虑, 至少变配电所不应设在地下{zd2}层, 如不能做到, 应采取适当抬高地坪, 加强地下层排水设施, 变配电所设置专门的堵水设施等措施。
         该工程在大楼地下二层设10 kV总变配电所, 内设有高压中置式开关柜、低压配电柜及2 000 kV·A 变压器4 台、1600 kV·A变压器两台。在大楼34 层设10 kV分变配电所, 内设有高压环网柜、低压配电柜及630 kV·A 变压器两台。变压器采用环氧树脂浇铸干式变压器, 变配电设备均采用无油安全型设备。
         2 . 5 柴油发电机房布置
         柴油发电机组应根据火灾时可确保消防负荷供电, 平时能保证除消防负荷外的一、二级负荷供电的原则选型, 容量大约为变压器总装机容量的20 %。根据《高层民用建筑设计防火规范》(GB 50045 -95, 2005 年版) , 高层建筑自备柴油发电机房可布置在建筑物的地下一、二层, 不应布置在地下三层及以下。为了方便电缆管线的进出、便于就近控制、减少值班人员, 建议柴油发电机房宜尽量与变配电所贴邻布置, 同时应有一侧靠外墙布置。柴油发电机房应预留排烟、通风、冷却通道, 冷却方式以风冷最为简便。柴油发电机房应设置不超过8 小时用油量的柴油储油间, 若储油量超过规范规定的储油量时, 应增设室外储油罐。柴油发电机组通常需整体搬运, 设计时应预留足够的搬运通道。该工程在大楼地下二层总变配电所旁设柴油发电机房, 内设1 000 kW柴油发电机组两台。
          2. 6 低压配电干线系统
        超高层建筑因楼层多、配电分支点多, 塔楼层照明干线及空调配电干线宜采用密集型母线槽配电, 冷冻机组等大容量设备也可采用密集型母线槽配电。消防水泵、防排烟风机、消防电梯及消控中心设备宜采用矿物绝缘电缆配电。其余设备可采用铜芯耐火阻燃电力电缆配电。
        目前高层建筑火灾隐患较多, 而火灾事故死亡人员大多是因烟雾窒息而死, 因此防排烟设施的供电可靠性相当重要, 建议防排烟风机不仅干线应采用矿物绝缘电缆, 分支线亦采用矿物绝缘电缆为好。
         因配电管线数量繁多, 种类复杂, 塔楼的强电管井面积不宜小于8m2, 并宜在二侧楼板留洞。裙房部分也应设置1 ~ 2 个强电管井, 以分流与塔楼无关的部分管线。该工程照明配电采用树干式或分区树干式配电。动力配电对容量较大的设备由变配电所放射式供电,其它采用树干式、放射式混合供电。
         3 结束语
        超高层建筑的用电设备负荷较大, 用电设备性质较复杂, 超高层建筑的可靠供电是保证大楼安全运行的重要基础, 超高层建筑配电系统设计是该项目电气设计的重中之重, 必须慎之又慎, 切不可大意。

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