知识点：建筑电气论文 0、引言 近年来，超高层建筑在全国各地大量涌现。超高层建筑人员密集，机电设备多，用电负荷大，对电能质量及用电可靠性要求高，对消防用电的要求更高，同时由于超高层建筑面积大( 一般在200 000平方米 以上)，对超高层建筑电气设计提出了新的挑战。结合具体实例，探讨了设计中出现的一些问题及采取的措施，与同行分享及探讨。 1、中压供电方式 中压供电等级由建筑物所在的城市决定，如深圳中
知识点：建筑电气论文
0、引言
近年来，超高层建筑在全国各地大量涌现。超高层建筑人员密集，机电设备多，用电负荷大，对电能质量及用电可靠性要求高，对消防用电的要求更高，同时由于超高层建筑面积大( 一般在200 000平方米 以上)，对超高层建筑电气设计提出了新的挑战。结合具体实例，探讨了设计中出现的一些问题及采取的措施，与同行分享及探讨。
1、中压供电方式
中压供电等级由建筑物所在的城市决定，如深圳中心区采取10 kV 供电，天津大型建筑采用35 kV 供电，苏州工业园区采用20 kV 供电。不同的电压等级相应的电源容量不同，要求进线回路数也可能不同，下面以35kV 及10 kV 供电为例加以说明。
1.1 35 kV 供电
天津的超高层建筑采用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0.4kV，可减少35/10 kV 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
深圳中心区采用10 kV 供电方式，考虑到10 kV 区域变电站每个回路容量及出线情况，进线采用3 路10 kV电源供电。系统有下列四种运行方式：(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) 热备用。(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。(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。(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三个方面：
(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)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) 避难层变配电房变压器的运输问题，包括首次吊装运输及日后更换运输。① 尽量利用现有的电梯( 消防电梯/ 货梯) 运输。深圳某超高层项目，货梯( 兼消防梯) 运输质量为2.5 t，避难层变压器选择SGB R 10/0.4 1000 kVA 的变压器，铁心材料为卷铁心(R 型)，线圈绝缘为H 级绝缘(SGB 型)，不带保护罩质量小于2.4 t，采用货梯可很好地解决运输问题。用SCB 10/0.4 1000 kVA( 线圈为树脂C 级绝缘、铁心为叠加片式) 型变压器质量近3 t，无法直接用货梯运输。② 利用电梯井道运输。该超高层项目( 高度为250 m) 货梯( 兼消防梯) 运输质量为2.5 t，由于采用35 kV 供电，考虑避难层的面积等问题，变压器台数受到限制，避难层选用35/0.4 800 kVA 的变压器，不带保护罩质量大于3.5 t，更换变压器时用专业的吊装设备从电梯井道内吊装到避难层的配电房内。该方法要临时安装吊装设备，施工工序比较麻烦。③ 变压器拆分法( 另一种不规范的方法，不建议在工程中使用)。有些厂家在工程中已采用( 对于铁心为叠片式的变压器，按国家标准要求在车间安装测试后，把叠片铁心拆开，线圈及铁心分别用电梯运输至避难层变配电房，把安装工具及变压器检测设备运至避难层配电房内，将干式变压器重新组装)。变压器被折分重新组装后，需做大量运行前测试，现场较难施行。
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(10kV) 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、应急电源
供电时间的确定根据整个建筑的高度，超高层建筑疏散时间可能需要1~2 h，以此推导出应急电源(EmergencyPower Source，EPS) 的持续供电时间。持不同看法, 认为超高层建筑在设应急柴油发电机的情况下，第2 路电源为柴油发电机组( 暂且把两路35 kV 或10 kV 电源当成第一电源)，但柴油发电机作为应急照明的供电转换时间，不能满足规范要求的5 s 要求( 见JGJ 16—2008《民用建筑电气设计规范》13.8.5 条)，需增加EPS，在应急柴油发电机起动并稳定供电后，EPS 再退出供电。理论上,EPS 的持续供电时间满足发电机起动前的转换时间即可。EPS 为消耗品，即使一直处于备用的情况下，也有一定的使用寿命( 一般铅酸免维护电池使用寿命为5 ～ 10a)，而新电池的生产及旧电池的处理都会对环境造成很大的污染。考虑到衰减及其他不确定因素，EPS按10 min 设置。EPS 作为发电机起动前的转换电源，10min 完全可以满足要求。
5、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1600 A 为宜。对于超高层建筑来说，超高层建筑遇到强风时会左右晃动，而且幅度会比一般建筑大，但这种晃动一般人用肉眼很难发现，如深圳的标志性建筑地王大厦，地面和建筑物顶部水平振幅可达0.8m，这时在设计上要考虑采用电缆连接铜母线槽配电的方式，以减低超高层建筑物在摇摆时对铜母线槽接驳组件位置的拉扯压力，减少发生故障及维修的可能，也相对地增加了主干系统的寿命。
6、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(UninterruptiblePower Source,UPS)、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。此外, 还会有一些三相整流设备, 如弱电机房( 中心计算机房、电信机房等) 的UPS、电梯变频器、变频空调、变频水泵等，此类设备会产生5 次及以上(5、7、9…) 谐波，并以5 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。
7、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，除在变压器出线、各层总配电箱设置电源线路浪涌保护器(Surge Protective Device,SPD) 外，在各楼层交换机房( 综合布线设备间)、计算机房、通信机房等弱电机房需设置电源线路浪涌保护器及信号线路浪涌保护器。上述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护器，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。
8、弱电消防设计中应注意的问题
从规范上来讲，超高层建筑的火灾联动报警系统与普通建筑的报警系统没有根本的区别，但由于超高层建筑火灾的特点，在投资增加不多的情况下，应考虑完善下面的功能：(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。抽气式烟雾探测系统在极早期就能对空气进行采样，对粒子进行分析，其探测灵敏度高(0.005 ～ 20%obs/m)，探测范围宽，可帮助在火灾的第一阶段( 闷燃阶段) 发现火灾，并采取行动。主动抽气式烟雾探测系统适合设置于重要通信机房、A/B 级电子信息系统机房、档案室等重要场所。将抽气式烟雾探测器上的四级报警信号接入传统火灾报警输入模块中，不设专门的主动抽气式烟雾探测主机，在达到要求的前提下减少投资。(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。该部位温度检查可采用下列方法：① 缆式感温探测器，把感温电缆安装在电缆桥架上，根据温度报警。② 利用剩余电流动作报警系统，增加电缆温度传感器。
把一级及二级所有配电箱的剩余电流及电缆温度同时传送到剩余电流动作报警系统中。方法② 检测点数多，检测温度范围大，一般产品都能达到25 ～ 150℃ ,可根据不同的电缆类别设置报警温度，同一电缆也可进行多温度报警，对长期处于临界温度运行的电缆进行分析，找出原因。同时，利用了剩余电流动作报警系统，更加节省投资。
9、节能设计问题
9.1 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。
9.2 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( 如大会议厅、室外泛光照明、室外LED 显示屏、公共走道、大堂等) 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。
9.3 能源管理系统
超高层建筑同时也是能耗大户，传统的水、电、气、热量分别进行计量计数，不能满足超高层建筑节能的要求。超高层建筑设置能源管理系统，对抄表数据进行后期管理和服务，进行数据分析，以了解建筑设备的运行状态。能源管理系统不仅可进行数据收集，而且具有判断、评估能耗和智能识别功能，并提供各种类型的报表，为节能提供决策依据。
10、结语
超高层建筑的机电设计是各个专业协调配合的过程，同时在设计中还要考虑投资成本。只有这样，设计成果才能获得认同。在设计中还需要考虑下面的问题:(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( 在诱导灯内增加了智能模块)，同时能根据火灾的情况( 与火灾报警系统联网) 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( 与浪涌保护器SPD 不同)。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。(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。
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