某超高層建筑電氣設計要點分析

程培新(中國建筑設計院有限公司，北京100044)

某超高層建筑電氣設計要點分析

程培新(中國建筑設計院有限公司，北京100044)

0 引言

隨著社會的高速發展，超高層建筑在全國各地大量涌現，有很多已成為地區的標志性建筑。超高層建筑具有體量大、高度高、業態復雜、檔次高、人員和設備較多、用電負荷大及對電能質量及用電可靠性的要求高等特點。筆者結合某超高層建筑電氣設計實例，對其特點進行概述和分析。

1 項目概況

本項目位于北京市朝陽區，建筑形狀為狹長的長方形，其中南北長265.5m，東西寬45.5m。該項目功能主要包括五星級酒店、公寓以及高端商業，從布局上可分為南北兩部分。其中南區為高端商業，地上共6層，地下4層，其中地下1層為商業，地下2～4層為汽車庫及設備機房。北區為五星級酒店及公寓用房，1～5層為酒店的配套用房，6～22層為酒店客房層，其中21～22層為酒店行政樓層，23層為設備避難層，24～26層為不同戶型的公寓用房。其中，24～33層為高檔公寓，34層為豪華公寓，35～36層為豪華復式公寓。北區地下1～2層為酒店后勤服務區域，地下3～4層為設備用房。該項目總建筑面積約12.3萬m2。其中，地上建筑面積9.13萬 m2，地下建筑面積3.17萬 m2。按照功能統計，大型商業建筑面積1.66萬m2，洲際酒店建筑面積5.17萬m2，公寓面積2.3萬m2。建筑主體高度149.9m，裙房高度30.8m。結構形式為鋼筋混凝土框架結構。

2 設計范圍

本工程電氣設計主要包括建筑紅線內的10/0.4kV變配電系統、電力配電系統、照明系統、建筑物防雷、接地系統及安全措施等。

3 10/0.4kV變配電系統

3.1 負荷分級

一級負荷:消防系統 (含消防控制室內的火災自動報警及控制設備、消防電梯、消防泵、加壓送風機、排煙風機、消防補風機等)、安防監控系統、宴會廳、餐廳、部分廚房用電、康樂設施、門廳及高級客房、主要通道等場所的照明用電，應急及疏散照明指示、通訊，廚房、排污泵、生活水泵、主要客梯用電，計算機、電聲、電話和錄像設備，新聞攝影用電，及其他停電后須堅持工作的設備等用電負荷。大型百貨商店、商場的營業廳、門廳、公共樓梯和主要通道的照明及應急照明應為一級負荷，一級負荷中的消防系統(含消防控制室內的火災自動報警及控制設備、消防電梯、消防泵、加壓送風機、排煙風機、消防補風機等)、安防監控系統、應急及疏散照明指示、通訊、計算機機房、酒店經營及設備管理用計算機系統等用電負荷為特別重要負荷。

二級負荷:洲際酒店其他電力負荷及一般照明等；大型百貨商店自動扶梯和乘客電梯為二級負荷。

三級負荷:公寓、地下車庫、其他電力負荷及一般照明等。

3.2 供電電源

本工程的兩路10kV專線電源分別引自上級兩個不同時損壞的35kV以上變電站的電源，每路均能承擔本工程全部二級以上負荷，兩路電源同時工作，互為備用，10kV電纜從建筑物西側穿管埋地引入設在地下一層的電纜分界室。高壓采用小電阻接地型式。

3.3 應急電源

本工程選用兩臺應急柴油發電機組，作為第三路電源。洲際酒店、商場分別設置1 500kW柴油發電機一臺。

此項目功能定位較高，智能化設計對柴油發電機提供的樓宇自控BMS點位要求:1)柴油發電機的油溫、油壓、電流、電壓、頻率、功率因數、有功功率、無功功率；2)柴油發電機的開、關及各種故障狀態；3)斷路器的開、關及故障狀態；4)日用油箱的高/低位報警；5)地下油箱的高/低位報警；6)地下油箱油泵的開、關及故障狀態。

此外，根據酒店管理公司 《洲際工程設計技術標準》要求酒店柴油機在普通電源出現故障時，需啟動應急電源供應以下36項負荷，以保證重要負荷的供電:1)100%的消防樓梯和消防出口指示燈(屬于消防電源)；2)100%的變電間、發電機房的照明、工程部辦公室和電話總機房照明；3)100%的總經理辦公室照明；4)100%的電梯轎廂信號和照明；5)50%的客房走道照明 (照度11LUX)；6) 50%的地下走廊照明；7)20%的服務區域 (包括后臺和員工區域)燈；8)20%的主要機房照明；9) 20%的電梯機房照明；10)15%的所有公共區域照明；11)各部門辦公室須供應2盞燈；12)每間標準客房小走廊1盞燈；13)每個收銀臺1盞燈；14)醫務室照明；15)保安部經理辦公室照明；16)冷藏/冷凍冷庫的照明；17)航空障礙燈電源；18)消防系統電源 (屬于消防電源)；19)保安系統電源；20)消防水泵電源 (屬于消防電源)；21)排煙風機和樓梯正壓送風 (屬于消防電源)；22)發電機房和變配電間的插座；23)廚房排煙罩、排風機電源；24)污水提升泵電源；25)集水井泵電源；26)污水處理機房電源；27)發電機供油泵電源；28)鍋爐和鍋爐水泵電源；29)生活水泵電源；30)計算機系統、終端設備、打印機和銷售網點；31)計算機的UPS系統電源；32)時鐘系統電源；33)電話系統；34)冷庫/冷凍冰箱等；35)在所有的電梯中必須選擇2臺電梯供停電時同時使用(必須提供應急電源，當正常電源斷開時，必須能自動切換到緊急電源，以保持電梯疏散系統的自動運行)。其余的電梯必須返回首層。預先選定的2臺電梯 (消防)將用緊急電源繼續運行 (消防電梯電源)；36)接發電機電源的插座:前臺、前臺辦公室、電腦房、收銀終端、監控保安室、工程部、財務部。

本項目柴油發電機配電系統圖如圖1所示。

3.4 高、低壓供電系統結線型式及運行方式

高壓為單母線分段運行方式，中間設聯絡開關。低壓為單母線分段運行，聯絡開關設自投自復/自投不自復/手動轉換開關。

3.5 變配電所

本工程在地下一層設一總變配電室。值班室內設模擬顯示屏。冷凍機房及商業部分設分變配電室。本項目的供電關系圖如圖2所示。

1)酒店1＃、2＃變壓器

Pe＝ (1 491＋1 481)kW(不含消防專用設備)，Pj＝ (834＋918)kW，Kx＝0.7。

選用兩臺1 250kVA戶內型干式變壓器。接線形式為 D，Yn11。Uk＝6%，負荷率為 73% ～75%。

2)酒店3＃、4＃變壓器

Pe＝ (1 830＋1 900)kW(不含消防專用設備)，Pj＝ (1 098＋1 121)kW，Kx＝0.6。

選用兩臺1 600kVA戶內型干式變壓器。接線形式為D，Yn11。Uk＝6%，負荷率為71%～76%。

圖1 柴油發電機配電系統圖

圖2 供電關系圖

3)公寓5＃、6＃變壓器

Pe＝ (1 036＋1 083)kW(不含消防專用設備)，Pj＝ (774＋755)kW，Kx＝0.8。

選用兩臺1 000kVA戶內型干式變壓器。接線形式為D，Yn11。Uk＝6%，負荷率為80% ～83%。

4)商業7＃、8＃變壓器

Pe＝ (1 815＋1 696)kW(不含消防專用設備)，Pj＝ (1 467＋1 696)kW，Kx＝0.85。

選用兩臺2 000kVA戶內型干式變壓器。接線形式為D，Yn11。Uk＝6%，負荷率為72%～76%。

5)酒店冷凍機9＃、10＃變壓器

Pe＝ (693＋698)kW(不含消防專用設備)，Pj＝ (693＋698)kW，Kx＝1。

選用兩臺1 000kVA戶內型干式變壓器。接線形式為D，Yn11。Uk＝6%，負荷率為72%～73%。

6)商業冷凍機11＃、12＃變壓器

Pe＝ (1 115＋1 170)kW(不含消防專用設備)，Pj＝ (947＋995)kW，Kx＝0.85。

選用兩臺1 250kVA戶內型干式變壓器。接線形式為 D，Yn11。Uk＝6%，負荷率為 80% ～85%。

本項目主變配電室和冷凍機房變配電室平面布置圖如圖3、4所示。

圖3 主變配電室平面布置圖

圖4 冷凍機房配電室平面布置圖

3.6 變配電所監控系統

本工程采用了變電所監控系統。該系統采用分散、分層、分布式結構設計，實現對電氣設備的運行狀態進行實時監控、電氣參數實時監測、事故異常報警、事件記錄和打印、電能管理和負荷控制、故障錄波和分析、統計報表自動生成和打印、事故異常報警等綜合功能。

4 電力配電系統

本項目電力配電系統采用傳統的220/380V放射式與樹干式相結合的方式，大容量負荷或重要負荷采用放射式供電；對一般負荷及公寓層等采用樹干式與放射式相結合的供電方式。根據建筑和負荷的實際情況采用母線或電纜供電。對于一級、二級和三級負荷的供電，均采用傳統的末端互投、適當位置互投或單電源供電。

本項目配電系統設計還有一個特別之處，即為重要負荷單獨設置了一級負荷配電箱。將重要負荷、消防負荷明確分開，除滿足一級負荷的供電要求外，柴油發電機在市電故障時作為備用電源為其供電，提高了系統的可靠性。

本項目的電力 (酒店部分)和照明配電干線系統圖如圖5、6所示。

圖5 酒店電力配電干線系統圖

5 照明系統

該項目在標準層采用封閉式插接母線供電。洲際酒店每層為雙插口，公寓層為單插口。銅排鍍錫，其純度為99.99%以上。銅排采用絕緣材料整塊包裹處理，絕緣材料耐熱等級B級 (103℃)以上。其他場所采用電纜或導線供電。地下車庫場所采用照明小母線或線槽燈供電。

圖6 照明配電干線系統圖

5.1 應急照明

本項目安全出口標志燈，疏散指示燈，疏散樓梯、走道的應急照明燈采用層區域集中蓄電池式智能應急照明系統供電，其他場所備用照明采用雙電源末端互投供電，雙電源轉換時間:疏散照明≤5s，備用照明≤5s，金融商店交易所≤1.5s；應急照明采用電池供電，數字點式監控智能消防應急疏散照明指示燈e-bus/10系統。系統由監控主機、電池主站、安全電壓型、安全電壓類集中電源點式監控型標志燈/照明燈及通信模塊等組成。

疏散照明按下列要求設置:1)一般平面疏散區域 (如疏散通道、防煙樓梯間前室、消防樓梯間前室及合用前室)地面最低照度不低于1lx，以上場所，還需設置備用照明，按照洲際酒店要求，地面最低照度不低于11lx。2)豎向疏散區域、人員密集流動及地下疏散區域 (如多功能廳、餐廳、宴會廳、會議廳、避難層、地下及商業疏散場所)地面最低照度不低于5.0lx。

除避難層應急照明持續供電時間大于60min，消防控制室、消防水泵房、消防風機房、電話總機房、變配電室大于180min外，其他場所應急照明持續供電時間應大于30min(初期設備安裝容量持續供電時間應大于120min)。

在開敞的大空間公共場所，在其疏散通道上設置蓄光自發型疏散導流標志。在地下車庫內可設置光導管。

5.2 照明控制

1)設備機房、庫房、辦公用房、衛生間及各種豎井等處的照明采用就地設置照明開關控制。

2)大堂、大型會議廳、宴會廳、多功能廳等照明要求較高的場所根據要求采用智能控制系統。

3)地下汽車庫、走廊、電梯廳等公共場所的照明采用照明配電箱就地控制并納入建筑設備監控系統統一管理。

4)應急照明平時采用就地控制或由建筑設備自動監控系統統一管理，火災時由消防控制室自動控制點亮全部應急照明燈。

5)室外照明的控制可根據景觀設計的要求，分回路、分時進行控制，可設置調光模塊、設置場景等，均納入智能照明控制或由建筑設備監控系統進行統一管理。

5.3 照明其他要求

本項目很多區域照明燈的設置及控制方式都需要室內設計專業配合。在進行裝修場所照明配電設計時，將實際采用的裝飾性燈具總功率的50%計入照明功率密度值的計算，并應考慮15%的應急照明。

航空障礙物照明應符合 《民用機場飛行區技術標準》(MH5001-2013)的要求，本工程分別在58m、98m高度的建筑物四周設置航空障礙標志燈，其水平間距不大于45m。航空障礙標志燈的控制納入建筑設備監控系統統一管理，并根據室外光照及時間自動控制。

6 防雷接地系統和等電位聯結方式

本工程防雷等級為二類。建筑物的防雷裝置滿足防直擊雷、側擊雷、防雷電感應及雷電波的侵入；從二層開始，每層設均壓環；利用建筑物鋼筋混凝土柱子或剪力墻內主筋通長焊接作為引下線。本工程防雷接地、變壓器中性點接地、電氣設備的保護接地、消防控制室、通訊機房、計算機房、電梯機房等的接地共用統一接地體，要求消防控制室、安防控制室、BA監控室、通訊機房、計算機房等的接地，設獨立引下線。有線電視系統引入端、衛星接收天線引入端、電信引入端、室外安防攝像機設過電壓保護裝置。工程采用總等電位聯結，帶淋浴衛生間采用局部等電位聯結。

考慮到建筑外立面的要求，在防雷設計時，還需要與幕墻廠家進行配合，幕墻的防雷與建筑物的防雷要可靠連接成一個整體，保證整個建筑物的安全。

7 結束語

與普通民用建筑相比，高層建筑具有功能復雜，機電設備多，用電負荷大，對電能質量及用電可靠性的要求高等特點。本文結合某工程實例，闡述了該工程的設計要點和特點。超高層建筑電氣設計中的重點還有很多，包括變配電所的設置、大型設備的一次和二次運輸、節能環保等技術的應用、與室內專業配合精裝修、與酒店管理公司的配合、配電線路電壓損失等，限于篇幅和本工程的特點，不再詳述。

[1] 中華人民共和國建設部.民用建筑電氣設計規范 (JGJ16-2008)[S].北京:中國建筑工業出版社，2008.

[2] 中華人民共和國建設部.供配電系統設計規范 (GB 50052-2009)[S].北京:中國計劃出版社，2010.

[3] 中華人民共和國建設部.高層民用建筑設計防火規范(GB 50045-95) (2005版) [S].北京:中國計劃出版社，2005.

[4] 住房和城鄉建設部工程質量安全監管司，中國建筑標準設計研究院.2009全國民用建筑工程設計技術措施 電氣[M].北京:中國計劃出版社，2009.

[5] 中國建筑設計院有限公司.建筑電氣設計技術細則與措施[M].北京:中國建筑工業出版社，2015.

[6] 李炳華.超高層建筑電氣設計要點 [J].智能建筑電氣技術，2011，5(4):9-19.

[7] 黃麗，楊成德.沈陽茂業廣場供配電設計及探討 [J].智能建筑電氣技術，2011，5(4):47-53.

[8] 洲際工程設計技術標準 [M].2009.

Analysis of Electrical Design Key Points of a Super High-rise Building

Cheng Peixin

結合某超高層建筑電氣設計實例，對該工程的電氣設計要點進行闡述和分析。

超高層建筑 柴油發電機組 供配電系統 變電所能源管理系統

With the example of an engineering application，the key points of electrical design for super high-rise buildings are introduced and analyzed.

super high-rise building，diesel generation set，power supply and distribution system，substation energy management system