超高层办公楼电气设计探讨

摘要：随着科学技术的发展，对城市超高层建筑或商务用房的供电系统的设计要求越来越高，因此要求高层供电系统设计灵活、简单、运行可靠并且科技舍量要高于以往。由于高层建筑有面积大、人口多的特点，因此电量负荷大，用电设备复杂，尤其在用电高峰期和用电高峰的季节，超过负荷断电跳闸的事情时有发生,给居民的生活带来很多的不便。本文通过对超高层建筑电气设计做简要的分析，以期大家互相交流。

关键词：超高层建筑；供电方案；供电可靠性

中图分类号：TU97文献标识码： A 文章编号：

经过了1972年联合国教科文组织下属的世界高层建筑委员会的讨论后，才认定40层以上（高度在100m以上）的属于超高层建筑。但在不同的国家，仍是以各自的具体情况，如建筑类别、防火要求等，对高层及超高层建筑的定义有不同的规定，而我国的《民用建筑设计通则》中明确规定“建筑高度大于100m的民用建筑为超高层建”。

随着我国经济的发展，高层建筑的建设数量日益增多，尤其是超高层建筑，更有竞争高度的态势，如在建的“上海中心大厦”，总高度632m，建成后将是中国第一高度。这其中既有其技术、经济和社会需求快速发展方面的因素，主要也是因为城市人口密谋的增大和有效土地资源紧张而引起的。但在国际上，或仅相对于亚洲来说，我国高层建筑的建设起步仍是较晚的，对高层建筑的研究工作也是近十几年来才开展起来的，有许多需要进一步学习和研究的地方。

某新建办公楼地下3层，地上27层，地下3层主要为银行金库和设备用房，地下1,2层主要为汽车库和电气设备用房，地上1~3层主要为银行的对外服务窗口，4层为电子信息机房，4层以上为银行各部门的办公室及各种票据、档案的库房，其中14层为避难层。总建筑面积约为7.5万m2，建筑总高度为134m。本工程无论是从使用方的性质，还是从建筑本身的特征考虑，供电的可靠性都是本次设计的重中之重。

1超高层建筑对电气设计的影响

作为高层建筑，其对电气设计有何影响呢？首先,高层建筑人员密度大,一旦发生火灾或其他突发事故，人员的疏散、消防设备的可靠运行尤为重要，而保证这两点的前提条件则是供电的可靠性；其次，超高层建筑由于供电距离长,如供电方案不合理,很容易造成压降过大，某些设备不能正常启动的后果。

2 负荷等级的确定

用电负荷根据供电可靠性及中断供电所造成的损失或影响程度，分为一级负荷、二级负荷和三级负荷。对于各级负荷的详细定义可参见《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008相关章节的说明。根据本建筑的特点，表1为本工程的负荷等级分类。

3 高低压供电方案

1)本工程高压部分采取双路10KV（不同区域开闭站）供电，单母线分段运行，两段母线之间设置母联开关。平时两段母线分列运行，当1路电源发生故障时，通过手/自动操作母联开关，另1路电源承担全部负荷。两路电源的主进开关与母联开关设置机械电气连锁，任何情况下只能闭合其中的两个开关。

2)采用需用系数法对本工程进行负荷计算，各功能分区的用电指标本文不再罗列。经计算，本工程主楼部分的计算负荷为2300KW,地下车库及设备站房的计算负荷为1900KW,裙房部分的计算负荷为1200KW，因此，本工程拟装设1600KVA和2000KVA的变压器各两台，其中两台1600KVA的变压器负责承担主楼部分的用电负荷；两台2000KVA的变压器负责承担地下车库、设备站房和裙房部分用电负荷。

3)本工程低压侧采用单母线分段运行的方式，两段母线之间设置母联开关，母联开关设置自投自复/自投不自复/手动转换三种转换方式。自投时要求自动切断三级负荷。低压侧的主进开关与母联开关设置机械电气连锁，任何情况下只能闭合其中的两个开关。本工程中大容量负荷和重要负荷采用放射式供电，对于比表分散的负荷采取二级配电的方式。本工程的供电方案详见图1。

4 提高供电可靠性采取的措施

《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008第3.2.8条规定：“一级负荷应有两个电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏”。本工程为提高供电的可靠性，除从不同区域变电站引入两路10KV电源，即满足规范要求外，尚采取了如下几项措施：

1)设置柴油发电机组。当出现两路市电同时发生故障时，本工程的消防负荷和重要负荷可由柴油发电机组供电。

2)设置集中式UPS。当两路市电同时发生故障，柴油发电机组尚未启动时，重要负荷可由UPS进行供电。

3)对于三级负荷，为了较小因变压器故障或母线检修等原因引起的停电范围，以避难层为界，其上下各设一组密集母线槽，且每组母线槽分别引自变配电室的不同低压母线段。母线设置详见图2。

4)为了保证三级负荷中比较重要的负荷(如行长，副行长办公室的用电)的供电，每层的电源总箱由两端母线分别进行供电，当一段母线因故障停电时，可以采取手动的方式投切到另一段母线进行供电。层电源总箱系统图详见图3。

5)对于屋顶的末端设备，为了避免因线路过长导致压降过大产生的影响，采取了适当加大导线截面减小压降的措施。

5 变配电室的设计

因本建筑属于超高层建筑中的“低矮”建筑，且本工程上部的负荷矩约为4万KW*m(避难层负荷200KW，高度约为70m，，主楼屋顶负荷190KW，负荷在屋顶处的高度约为125m),虽然超过了某些资料提出的3万KW*m的概念，但离10万KW*m的极限值尚有相当一段距离。因此，本工程只在主楼的地下1层靠近外墙部位设置1处变配电室，中间层不再设置变配电室，即能够满足供电半径的要求，同时该变配电室的位置比较贴近负荷中心(地下3层的设备站房)。地下一层贴临变配电室处设置10KV高压分界室(开关站，产权属于当地供电局)，面积不小于30 m2。

6 柴油发电机的设计

6.1 柴油发电机房位置的选择

为了保证一级负荷和重要负荷的可靠供电，本工程拟在裙房的地下1层设置柴油发电机。机房选址不应在厕所，浴室或其他经常积水场所的正下方或贴临处，同时，考虑到设备运输的方便，机房顶板设置了6.5m*3.5m的吊装孔。

6.2 柴油发电机输出电压的选择

在超高层建筑中，柴油发电机房一般距离屋顶的用电设备距离较长，因此线路的电压损失较大。由于屋顶用电设备一般为加压风机，排烟风机和消防电梯等，因此可以认为其三相负荷平衡，线路的电压损失可按以下公式进行计算：

ΔU%=0.73IL(RoCOSΦ+XoSINΦ)/Ue

式中，ΔU—线路电压损失，%，一般情况下用电设备处取值为5%；

I—负荷计算电流，A；

L—供电线路距离，Km；

Ro，Xo—线路单位长度的电阻和电抗，单位Ω/ Km;

Ue—额定电压，KV。

在本工程中，屋顶的消防设备为65KW(不包括消防电梯)，计算电流为116A，当采用WDZN-YJFE4*120+1*70电缆进行供电时（ΔU%取值为5%，Ue取值为0.4，COSΦ取值为0.85）,经计算其最长供电距离为125m。由于柴油发电机输出端的电压比额定电压要高5%，因此，本工程选用0.4KV的低压柴油发电机能够满足电压降等方面的要求。一般情况下，当建筑物高度低于100 m时，宜采用低压柴油发电机；当建筑物高度大于400 m时，宜采用高压柴油发电机；当建筑物高度在100 m~400 m时，应根据具体工程的负荷分布情况进行综合分析，确定柴油发电机的输出电压。