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基于高层建筑电气设计重点及相关问题分析

发表时间：2020/10/27 来源：《基层建设》2020年第19期作者：何旭峰

[导读] 摘要：文章以一类高层写字楼为例，就高层建筑电气设计中重点进行了探讨，着重从负荷等级及供电电源、变配电系统设计、电缆电线选择、应急电源设计等几个方面进行论述，并提出了电气设计中相关问题及优化对策。

        广州市城市规划勘测设计研究院 510000
        摘要：文章以一类高层写字楼为例，就高层建筑电气设计中重点进行了探讨，着重从负荷等级及供电电源、变配电系统设计、电缆电线选择、应急电源设计等几个方面进行论述，并提出了电气设计中相关问题及优化对策。
        关键词：高层建筑；供电电源；变配电系统；电缆选择；应急电源
        目前，高层建筑电气设计作为电力行业的热点，其设计水平的高低直接关系建筑供配电系统的负荷及安全等。随着城市高层建筑形式的多样化，对电气设计水平要求越来越高，加上高层电气设备设计较为复杂、且工艺繁多，设备维护难度大，从而给建筑电气设计工作增加不少难度。本文从高层建筑结构特点出发，就高层建筑电气设计相关要点及注意问题进行探讨。
        1 工程概况
        一类高层写字楼，地上28层，地下2层，总建筑面积2.3万m2。各层功能：1层为大堂、服务区、总消防控制中心等；2~4层为报告厅、会议室、贵宾室等；5~13层、15~23层、25~28层用于科研办公；14、24层为避难层。地下1、2层为设备房及停车库。建筑采用筒中筒结构，群房采和钢结构。建筑分类为1类，耐火等级为1级；裙房为2级。
        2 负荷等级及供电电源
        由于高层建筑楼层多，高度高、人员密集、疏散距离远、火灾扑救严重依靠内部的消防设施等情况，高层建筑中的消防用电设备如：消防水泵、防排烟风机、应急照明、安防系统用电应按一级负荷中的特别重要负荷要求供电；生活水泵、排污水泵等用电设备按一级负荷的要求供电；其余普通照明、空调等用电按三级负荷供电。
        高层建筑的正常电源数量应大于2个，且要求2个电源应为不同路由的电源线路，可从两个不同区域变电站不同母线段引来两路专用供电线路，保证一个电源发生故障时，另一个电源不会受到损坏，每路电源的具体回路数视负荷大小而定。并设柴油发电机作为应急电源或备用电源。高压供电系统通常采用单母线分段母联的结线方式。电源的电压等级一般为10kV，当负荷容量很大时也可考虑采用20kV、35kV或110kV电压，依城市已有电网电压条件而定。
        据当地供电现状，结合本项目的用电量、负荷等级，经过技术性、经济性比较，以及建设方向供电局报批，由城市电力电网提供1#、2#两路10kV电源至本项目的10kV高压配电所。
        3 变配电系统设计
        3.1 变配电房的设置
        变配电所设置位置应尽量靠近负荷中心，主变配电所宜设置在地下一层、首层或在地面单独设置。考虑防涝的需要，高层的变配电所不宜设于地下室的最底层。分区域或分楼层设置分变配电所，如在中间避难层或设备层设分变配电所。由于高层建筑一般体量比较大，用电设备多，变配电所内的变配电设备众多，在变配电所设计时，应考虑其通风散热问题。由于高层用电设备多，变配电所的低压出线亦多，在变电所的选址中，尽量选择便于管线出入的位置。
        本项目所在地块整体工程首层设置1个10KVA开闭所，因建筑的建筑高度接近96米，考虑到：a.办公变配电房占用机房面不大，更易配合建筑避难空间考虑；b.办公配电房处于负荷中心；c.配电线路不走回头路；d.经济的合理性；e.满足供电可靠性、灵活性、安全、检修方便及减少损耗等原则；分别在地下二层、塔楼14层设置了2处变配电房。地下二层的变配电房的服务范围包括地下2层、裙楼1~4层、塔楼5~11层，靠近地下室中央空调制冷机组、消防水泵、生活水泵等大型用电设备。
        3.2 高低压主结线设计
        10kV高压配电系统为单母线分段运行方式，中间设联络开关，平时两路电源同时分列运行互为热备用，当任一路主用电源故障时，通过手/自动操作联络开关，第3路备用提供故障电源100%的负荷用电。两高压主进开关与联络开关之间设电气+钥匙联锁，任何情况下只能合其中的两个开关。
        两个进线柜和联络柜内的开关设有电气联锁，任何情况下只能合其中的两个开关。另每组各设两段应急母线（一段为消防应急母线段、另一段为生活保障应急母线段）的运行方式。正常运行时，两段应急母线带电，当市电停供时，由1台自备柴油发电机进行供电。在接到“市电恢复”讯号后延时一定时间，再进行油机对市电的切换。
        4 电缆电线选择
        电缆线路采用铜芯导线、电缆、密集型母线槽。消防负荷干线及分支线路采用矿物质绝缘电缆，其他负荷干线采用耐火型交联聚乙烯绝缘电力电缆。从变配电所至竖井，普通电缆沿电缆桥架敷设，而消防电缆应采用防火保护的金属管或防火桥架敷设。消防线路的封闭线槽或SC管的表面应刷防火涂料。根据《民用建筑电气设计标准》GB51348-2019规定，线缆应独立穿导管或在槽盒内敷设；当受条件限制需要与其他电压等级线缆共用同一槽盒时，应分别加金属隔板敷设。竖井内所有电缆均利用电缆桥架敷设，供给同一设备的消防线路暗敷时，应敷设在不燃烧体结构内，且保护层厚度不应小于30 mm。

        电气主接线示意图
        5 应急电源设计
        （1）UPS。为确保中段供电时间为毫秒级的负荷供电，在每个负荷末端（如：弱电机房、消防控制中心）设置UPS作为备用电源。
        （2）EPS。对于航空障碍标志照明等，由于允许中段供电时间为0.25~0.5 s的负荷，故采用双电源切的同时，增加EPS作为第三电源。两路10kV电源同时停电时，EPS为这些负荷供电。待柴油发电机启动后，将负荷转为柴油发电机供电。
        （3）柴油发电机。为保证本建筑的消防负荷供电可靠性，另配置了1台0.4 kV的800kVA柴油发电机组。发电机组设于地下一层，采用防火、排烟通风、消声、隔振等措施。发电机组与市电之间采取可靠措施防止并列运行。发电机房设有消防专用应急母线。
        6 电气设计中存在的问题及对策
        （1）变配电所位置设置问题。在方案设计时，未能充分考虑变配电室面积和设备运输问题，造成高低压配电室面积过小，设备无法顺利进出。解决措施：与当地供电部门、业主协商，协同建筑专业对配电室位置进行修改。
        （2）应急照明供电问题。对于应急照明，初步制定电气方案时考虑将柴油发电机作为其第三电源，但是柴油发电机的启动时间达30s，大于相关规范中对应急照明切换时间的要求。解决措施：根据GB51309-2018《消防应急照明和疏散指示系统技术标准》规定，采用消防应急灯具的蓄电池电源（集中电源），并将它作为灯具的就地后备保障性电源，可直接为消防应急灯具供电，可靠性等级更高。
        7 结语
        综上所述，本文结合工程实例探讨了高层建筑电气设计重点及相关问题，在实际设计过程中，应坚持以人为本原则，结合高层建筑的特点进行了电气设计和实施工程，实施后，在设计过程中发现有两处问题并给予解决，为设计出高效、安全、可靠的电气方案提供参考。
        参考文献：
        [1]李书宾，陈甜甜.高层民用建筑中电气设计要点探讨[J].中国新技术新产品，2015（06）.
        [2]常乐民.高层建筑电气设计的主要内容及节能原则[J].科技致富向导，2017（36）.