超高層建筑的電氣設計與施工

摘要:超高層建筑的機電設計是各個專業協調配合的過程，例如變壓器容量的選擇就要考慮電梯的載重，機房的位置要考慮層高等。同時在設計中還要考慮投資成本等，只有這樣設計成果才能獲得認同，本文重點針對一些超高層建筑中的電氣設計與施工進行了研究與分析。

關鍵詞:高層建筑;電氣設計;建筑施工

本文結合具體的工程設計實例，詳細介紹了超高層辦公建筑各電氣子系統的設計要點和注意事項，包括供電電源及供配電系統、照明系統、防雷與接地系統以及對諧波抑制的措施。最后，對屋頂直升機停機坪的電氣設計也進行了簡要闡述。

1工程概況

某超高層建筑地上53層，地下3層，建筑總高度為242 m，建筑面積為22萬m2。該建筑為金融類辦公建筑，設有計算機網絡系統數據中心機房、各家商業銀行辦公及服務網點、高檔出租辦公用房等，另附設大型地下車庫及配套餐飲服務等。該工程電氣專業設計的難點：該建筑既是超高層建筑，又是金融類辦公建筑，供電可靠性尤為重要。首先，需根據該工程的供電負荷等級，確定市電供電電源及應急備用電源，應急備用電源如何與市電進行聯網。其次，需確定大樓內變電所的設置及供配電系統形式，尤其是數據中心機房的供配電系統設計。對于200 m以上的超高層建筑，還需解決大樓的防災設計、消防安全、疏散導流設計等重大難題，同時應具備弱電系統的兼容性、防災系統的預警性以及報警后的應急性。此外，還有諸如超高層建筑的防雷、接地的設計，航空障礙燈的設計，屋頂停機坪電氣設計等問題。該工程從方案確定到初步設計，再到施工圖設計，每一步都經過反復論證、仔細推敲，攻克了多個設計難關，解決了很多技術難題。

2 超高層建筑電氣設計原則

2.1 電力負荷的確定。電力負荷是供電設計的主要依據按國家現行規范，消防用電設備、電梯、生活水泵用電、電話機房、安保設備和航空障礙燈等應按一級負荷中特別重要的負荷要求供電，其它用電負荷分別為二級或三級負荷。電力負荷預算時應分別計算動力電和照明電，電力負荷預算正確與否，對電氣設備的選擇、配置、保證電氣設備系統安全、高效運行。對整體工程的經濟分析和相關設計，都有重要的指導意義高層建筑的電力負荷計算，基本上采用負荷密度法和需要系數法。

2.2 電源及電壓的選擇。 至少設兩個獨立電源，采用10KV標準電壓雙回路供電，兩路各帶一半負荷同時供電、互為備用。10KV雙回路供電電源分別來自不同的變電站，或來自雙回路超高壓變電站的兩段獨立母線某些超高層公共建筑可選擇10KV三回路電源引入。采用兩路使用一路備用的運行方式針對高層建筑中存在大量的一級負荷。還需備用柴油發電機組，要求在15S內自動恢復供電，應付意外情況的發生。

2.3 配電系統的設計。 一般高壓采用單母線分段形式，母線分段數目取決于電源進線回路數目，如有多臺變壓器組可分多段，自動切換，互為備用10KV外部接線考慮環網接線形式，以提高配電網的可靠性。電源進線采用電纜進線。當供電電源分為主電源和副電源時，也可選用單母線不分段的結線高壓供電系統及低壓干線基本采用放射式供電，樓層配電則適合采用混合式系統。配電設備中的主要部分是干線。高層建筑的豎井多采用插接式母線槽，各樓層豎井設有配電間。水平干線較難走線，可采用全塑電纜與豎井母干線聯接。層間配電箱經插接自動空氣開關從豎井母干線取得電源。如果高層建筑需要較大供電負荷，應分散設立區域配電中心。

3照明設計

3.1 照明配電及照度標準。 照明采用專用變壓器供電，以確保照明質量，低壓供電采用放射式與樹干式結合的方式。各辦公場所的照明照度標準按500lx設計。

3.2 集中控制智能型應急疏散照明系統。 該工程應急疏散照明采用集中控制智能型疏散系統。當處于火災狀態時，集中控制智能型疏散系統可根據火災報警系統傳遞的信息，對危險區域的智能疏散燈具進行調整，即危險區域的智能疏散燈指向危險區域的箭頭關閉，同時打開指向安全區域的箭頭。安全區域的出口燈進行提示，從而有效地引導人們安全、快速地逃離危險區域。集中控制智能型疏散系統可24h不間斷地對燈具及設備本身進行巡檢，每個智能疏散燈具均有獨立的地址編碼。若某個燈具發生故障，主機則發出聲光報警信號，定位到具體燈具，以提醒工作人員在第一時間進行維護，同時亦消除樓內的逃生盲區。

4諧波的抑制措施

抑制諧波的總體思路有3個：① 裝設諧波濾波裝置來濾除或補償諧波；② 對變頻器的各種技術指標加以限制，使其盡量少產生諧波；③ 在電網系統中采用適當的措施來抑制諧波。該工程采取的諧波抑制措施有以下幾點：

4.1串接電抗器。在電容器補償柜內串接電抗器，既可補償無功功率，提高功率因數，又能抑制諧波。在該工程設計中，在電容器補償柜內串接電抗器，采用抑制諧波型電抗電容器組。

4.2有源濾波補償。有源電力濾波器的基本原理是，檢測補償對象的電壓和電流，經運算電路計算得出補償電流的指令信號，經放大輸出的補償電流與負載中要補償的諧波電流相抵消，即補償電流與諧波電流頻率幅值相等，而相位相差1800，最終得到期望的電源電流。在諧波源比較集中的UPS機房設置有源濾波裝置。該工程計算機中心機房內設有大容量的UPS設備，設計要求在中心機房內UPS設備旁加裝有源濾波補償裝置，集中抑制UPS設備所產生的諧波影響。

4.3隔離變壓器。對大功率的UPS裝置加裝隔離變壓器，以減少諧波對電網及設備的影響。該工程設計要求UPS設備在訂貨時自帶隔離變壓器，以消除UPS設備產生的諧波對上級電網的影響。對于變頻整流設備，增加整流設備的相數，脈沖數越多，則諧波干擾越小。該工程設計要求所有變頻整流設備在訂貨時要注明整流設備的相數。采用帶有△接線繞組的變壓器，在根據負載確定電力變壓器額定容量時，應考慮諧波畸變而留有裕量。在民用建筑設計中一般應保證變壓器負荷率約為70％ ，該負荷率的工程裕量即可防范諧波引起的變壓器發熱危害。該工程設計的變壓器均采用帶有△接線繞組的變壓器，而且設計變壓器負荷率均不大于70％ 。

參考文獻

［1］ GB50116-98火災自動報警系統設計規范［S］

［2］ 杭州市電力局10KV用戶變電所簡化結線的設計、制作、運行若干技術原則