超高层建筑电气设计要点

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摘要：近年来，随着我国建筑行业的快速发展，设计能力及建设能力的显著提高，一幢又一幢的超高层建筑拔地而起。而超高层建筑，有时也反应了一个城市的经济发展水平与现代化建设水平。本文主要从超高层建筑的概念、负荷等级、系统设计等方面进行了详细的阐述。

关键词：超高层建筑;电气设计;供配电

一、超高层建筑电气设计概述

随着我国城市化的发展，人民对建筑的需求也在不断增加，使得超高层建筑的地位显著提升。根据规范《民用建筑设计通则》GB50352-2005中3.1.2的规定：建筑高度大于100m的民用建筑为超高层建筑。此类建筑不仅是现代科技和建筑的有机结合体，更是集电力、排水及智能控制于一身的综合体。因此在一些大中城市，超高层建筑已成地标，成为城市的资源聚集地。而本文内容源自作者在2017年上海市政总院工作时设计的南宁凤岭综合客运枢纽2#楼项目。

二、超高层建筑电气设计基本要求

2.1 负荷等级与电源

项目概况：本项目为南宁凤岭综合客运枢纽站（长途客运站部分）、东站城市广场2#楼项目，位于南宁东站南广场东侧，地上33层，地下三层，总建筑高度为149.65m，建筑面积为58994.97㎡，主要使用功能为商业和LOFT酒店式公寓为主。

负荷等级：本超高层建筑应按一级负荷用电进行设计，如走廊照明、值班照明、客梯用电、普通排水泵用电、生活水泵用电等。但其中的消防控制室、重要的通讯计算机用房、消防水泵，卷帘，风机等消防设备、应急疏散照明等应按一级负荷中的特别重要负荷供电。其他负荷如办公室用电、空调用电、公寓内用电等则可按三级负荷供电。

电源情况：从市政引来2路独立的10kV电源作为本项目一级负荷的供电电源，另在地下一层设置一台1340KW的柴油发电机作为一级负荷中特别重要负荷的应急电源。在市电与柴油发电机之间设置电气和机械联锁，确保两个电源不并列运行，变电所内变配电装置全部采用无油元件。

低压配电：重要的用电设备在配电线路末端均采用自动切换装置，以提升电路运行的稳定性，与此同时，一级负荷中的特别重要负荷均采用独立的、专用的供电线路。主要目的为，若建筑内部的供电系统发生故障，导致电路被切断时，消防用电仍然能够独立运行，以备建筑内发生火灾或其他安全隐患时，能够有效解决。这部分独立、专用的供电线路主要来自于柴油发电机组或者UPS、EPS等。

图1：柴油发电机作为备用电源情况下的系统供电方案

2.2 电缆敷设及设备安装

在超高层建筑的电力系统设计中，對于单台容量较大的负荷或重要负荷采用放射式配电，对一般设备采用放射式与树干式相结合的混合方式配电;对于消防负荷及其他重要的一、级负荷常常采用两路电源的供电方式，并且重要的设备用电常选用末端互投的供电方式以保证用电设备的可靠性。本项目的公寓用电则采用密集型插接母线的方式进行供电，而其他公共用电则选用预分支方式沿电缆梯架进行敷设。

本项目所有的电力设备均符合国家有关标准，凡属于强制性认证的产品应得到国家认可的有关认证证书。其中，对于变压器、柴油发电机组安装：发电机安装做法参照图集《应急柴油发电机组安装》 15D202-2，干式变压器安装做法参照图集《干式变压器安装》99D201- 2（2009版），超高层建筑电气设计参照图集《超高层建筑电气设计与安装》 14D801，变配电所常用设备安装做法参照图集《变电所常用设备构件安装》03D201-4。

变电所内必须采取减震降噪、电磁辐射屏蔽措施，具体要求如下：1、变压器需安装在复合阻尼弹簧减震台上。变压器带金属外壳，选用干式低噪声变压器。2、本工程变压器安装位置考虑落于承重梁上减少对楼板共振现象。3、变压器室及变电所隔墙不能有间隙，水泥填实，内外侧均需抹灰。变电所远离弱电机房及办公等易受干扰场所，隔墙两面刷导电屏蔽涂料屏蔽处理。4、变电所外内墙粘贴高效吸声板，降低变电所噪声对外界影响。

2.3 满足节能基本要求

超高层建筑耗能较高，因此在设计过程中应充分考虑其节能性能。本项目在节能方面设计如下：

1.灯具（包括应急照明灯具）均采用 LED节能灯，以减少灯具的耗能，使灯具的功率因数均大于0.9。

2.在水泵以及空调风机的设置过程中，常采用变频空调，以实现最优节能效果。

3.在变电所处设置有源滤波及无功补偿装置，并选用SCBH15型节能干式变压器，并满足《三相配电变压器能效限定值及能效等级》GB 20052中的二级能效等级的要求。

4.设置能耗监控系统，对分类和分项能耗数据进行实时采集，并实时上传至上一级数据中心。

5.对电梯、扶梯等采取变频拖动调速等节能控制方式并具有群控功能。

6.对走廊照明、商场照明、室外泛光照明及航空障碍照明等采取分区、定时、照度调节等节能控制措施。

三、超高层建筑电气设计关键技术

3.1变配电站设计

超高层建筑由于建筑高度高、建筑密度大、用电量多、低压电缆供电距离受限等诸多原因，常设置超高层建筑专用变电所。对一般情况而言，为保证电压降低于5%，从变电所敷设至用电设备的低压电缆的长度不超过250m。因此对于建筑高度在200m以上的超高层来讲，其设计方案与常规设计较为不同。对于常规项目来讲，变电所一般位于建筑的地下一层或者一层，但对于超过200m的超高层建筑来说，变电所还可能设置在建筑的中间层，如150m或200m高度，从而使得变电所设置在建筑用电负荷的中心位置，高压电配电室设置在建筑物地下。位于高位的分变电所一般采用体积或重量较小的变压器，从而降低设计运输以及安装难度。而南宁凤岭客运枢纽2#楼项目因建筑高度不超过200m，因此仅在地下一层设置本项目专用的高压室及10kV变电所。

在节能功效上，应根据高层楼宇建筑实际用电负荷需求，按照略高于配电变压器最佳负荷率选择配电变压器，一般配电变压器负荷率在70%更加节能，而本项目选用4台变压器，其负载率分别为67%、73%、75%、72%。本项目在变压器选择上采用的是非晶合金铁心变压器（低损耗节能型），此类变压器以铁基非晶态金属作为铁芯，由于该材料不具长程有序结构，其磁化及消磁均较一般磁性材料容易。因此，非晶合金变压器的铁损（即空载损耗）要比一般采用硅钢作为铁芯的传统变压器低70-80%，同时还可以降低配电变压器空载电流延长配电变压器的综合使用寿命。

3.2疏散照明设计

超高层建筑的照明系统设计除了每一个楼层的照明设计以外，重点是疏散照明系统的设计。按照我国相关规定，超高层建筑的疏散照明系统设计应该符合以下标准：对于疏散走道，地面最低水平照度不应低于1.0lx;人员密集场所、避难层（间）不应低于3lx;避难走道、垂直疏散区域如楼梯间、前室等不应低于5lx。而对于人员密集场所应该适当加强这一标准：如人员密集场所的疏散走道、楼梯间等部位的水平照度值应该不低于10lx等;疏散照明系统的连续供电时间至少应该保持在1.5h以上。

本项目的应急照明疏散系统选用的是集中电源集中控制型应急照明系统。该系统主要包括集中控制型应急照明控制器、应急照明集中电源、应急照明分配电装置、集中电源型疏散指示灯、照明灯等设备。该系统采用24V安全电源的供电模式，可以有效避免发生人身触电事故，并且每个灯具具有独立地址编码，能实时监控灯具状态，接收和执行系统的控制指令，上报报警故障信息和灯具的运行状态。本项目设计于2017年，而《消防应急照明和疏散指示系统技术标准》 GB 51309-2018执行于2019年03月01日，可是说本项目采用的应急照明系统领先于规范的执行，达到了当时行业的领先设计水平。

3.3应急备用电源设计

在超高层建筑中如果发生了火灾、停电、地震等情况，极易出现断电的情况，而在断电情况不利于人员的疏散及逃生，甚至有可能对建筑内的人员造成二次伤害，因此在超高层建筑的电气系统中，应急备用电源设计必须合理。首先，为了满足超高层建筑的电力负荷要求，应该配备柴油发电机组作为应急电源，诸如消防风机、水泵、电梯等消防设备应该使用由柴油发电机组构成的自备电源供电;而超高层建筑的信息系统机房、消防控制室火灾报警系统用电、安防用电、应急照明等用电负荷则可以选用UPS或EPS作为该类用电设备的备用电源。

四、结束语

超高层建筑的电气设计必须把握设计原则，坚持“以人为本”，重点考虑安全性、可靠性、节能性和稳定性。明确超高层建筑的电气负荷分类，充分考虑备用电源情况、合理布置竖井及机房位置，并在电气系统的设计中，把握变配电系统设计、照明设计、应急备用电源设计、防雷系统设计、火灾报警系統设计、智能化系统设计等关键技术，全面提高超高层建筑电气系统的实用性，提高超高层建筑的设计质量，真正满足业主及社会对超高层建筑的需求和期望。

参考文献：

[1]孔嵩.超高层建筑电气设计关键技术解析[J].建筑电气，2015（5）：39～44.

[2]范玉山.超高层建筑电气设计的关键技术分析[J].江西建材，2016（2）：22，24.

[3]王云坡，何康.浅析超高层建筑电气设计关键技术分析[J].建筑工程技术与设计，2016（18）：2504.

（作者单位：上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司）