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超高层建筑电气设计探讨
2015-02-06 16:05:20 来源：建筑机电与设备 评论：0 点击：
最近几年，随着经济的发展和新技术、新材料的不断应用，各地超高层建筑不断涌现，如杭州市的钱江新城地块根据规划就有几十幢的高层和超高层建筑将要建设。超高层建筑一般都建设在城市的生活和经济中心，由于超高层建筑的楼层多，建筑高度高，对供电的可靠性以及消防等的要求也比普通的高层建筑要高得多，相应得建设资金投入大，运行设备多，安全运行标准高，因此设计的复杂性也增加了很多。近几年，我有幸参加了几个超高层写字楼项目的设计工作，现结合项目的电气设计谈谈自己的一些设计体会
一、某项目概况
项目(以下简称H项目)地处杭州，建筑高度为163米，总建筑面积约8.3万平方米，地上四十二层，其中裙楼有五层，为金融商业用房及餐饮等配套用房，主楼为高标准的单元式写字楼。在十五层和三十层设二个避难层，其中设有消防风机房和消防接力水泵房。地下有二层，其中地下一层设有变配电机房、柴油发电机房、锅炉房、停车库等，地下二层设有消防水泵房、中央空调机房、机械停车库等。
二、供配电系统
1. 负荷等级及供电电源
按现行的国家规范要求，H项目中的消防用电设备如消防水泵、消防电梯、防排烟风机、消控中心、应急照明和疏散指示灯；客梯电力，排污水泵，电话机房和保安，航空障碍灯等用电设备均应按一级负荷的要求供电。
根据目前城市电网的实际情况，电源的电压等级一般采用10KV。二路10KV分别引自不同变电站或同一变电站的不同母线段。每路电源均应承担工程中全部的消防、电梯、生活水泵、重要机房等的全部用电负荷，二路电源同时供电，分列运行。超高层建筑对供电的要求很高，为保证消防等用电设备的供电可靠性，H项目中设置了柴油发电机作为工程中的第三电源，以确保消防等重要负荷的供电可靠性。
2. 变配电所的设置
由于H项目中的主要用电负荷如中央空调机房、水泵房等均设在地下层，其他较大的用电负荷主要设置在一至五层的裙楼，而且地上建筑高度为163米，由变配电所引至屋顶用电设备的供电距离也还在比较经济合理的范围内，为使变压器尽量靠近负荷中心，因此设计中将变配电所设在地下一层，而将柴油发电机房设在变配电机房附近。对于超过200米的超高层建筑，一般在建筑的上部避难层及屋顶也设置了较多的用电设备，当由单个变配电所直接供电不是很经济时，可考虑在上部的避难层再设置一个变配电所，以减少该部位用电设备的供电半径，但设置该变电所应考虑变压器的垂直运输通道以及设备对楼板荷重的影响，单台变压器的容量不宜超过800KVA。
3. 高低压主结线设计
对于变配电所的10KV主结线，在杭州市区的工程主要是采用杭州市电力局10KV用户变电所简化结线方案，其特点是采用SM6系列环网开关柜，可以完善10KV系统的环网结线，提高10KV配电网的安全可靠性，即能改进用户变电所的高压开关柜的整体质量，提高用户变电所的安全可靠性，又能适当降低电气设备的投资及变配电所的土建面积，同时也为推广用户变电所无人值班创造条件。
根据杭州市电力局的有关要求，10KV用户变电所简化主结线方案采用SM6环网开关柜的适用范围是，电源进行柜可以不设保护，变压器出线开关采用熔断器－负荷开关柜或断路器柜。选用断路器柜时主要是针对单台变压器容量大于或等于1600KVA时采用，单台变压器容量小于或等于1250KVA时，10KV侧环网开关柜可以采用熔断器－负荷开关柜，熔断器作为变压器的主保护。10KV电源采用双路进行，主结线 采用单母线分段，每段10KV母线上装接的变压器容量控制在5000KVA，二段母线合计装接的变压器容量控制在10000KVA。
根据负荷计算，H项目中设计了选用六台SG10低损耗干式变压器，另设一台1000KW高速柴油发动机组。变配电所中的干式变压器采用SM6负荷开关柜保护，10KV高压主结线采用单母线分段，中间不设母联，二路10KV电源同时供电，分列运行。变压器分组设置，低压主结线采用单母线分段，二台变压器低压侧设母联开关，平时变电所的变压器均分列运行，当其中一台变压器故障或检修时，则可以切除部分空调等非保证负荷，闭合低压母联开关，由另一台变压器负担大楼的消防、照明等重要负荷的供电。所有消防设备、重要机房均采用双回路放射供电，并按规范要求在末端设ATS自动切换装置。对于空调等季节性负荷，根据实际的设备容量，设计中将该部分负荷集中设置，在过渡季节，可以根据需要切除部分负荷，停用相应的变压器，以降低变压器损耗，达到节能的目的。
三、电缆电线选择
在我国发生的火灾中，因电气引起的火灾占很大的比例，其主要原因是由于电缆电线的老化和过载使用引起的。同时，因火灾时引燃电缆电线中可燃的绝缘和护套材料，致使火灾进一步扩大，绝缘和护套材料燃烧所散发的有毒气体也会导致打量的人员伤亡，并可能阻碍消防人员的灭火。
目前，我们在建筑工程的防火设计中选用的电缆主要有耐火电缆包括防火电缆和阻燃电缆。对于消防设备如消防水泵、消防送风机、排烟风机、消防电梯及应急照明等，在火灾时必须继续工作，相应的供电线路应保证安全可靠。在超高层建筑中可以选用矿物绝缘的防火电缆，避免因供电线路的损坏而影响消防设备的正常功能。对于一般的动力设备和普通照明回路，为防止火灾时因电缆的绝缘及护套层的着火延燃而造成更大的人员和财产损失，在超高层建筑中应选用阻燃型的电缆和电线。
为了尽量减少因电缆绝缘及护套的燃烧引起的烟雾及有毒气体对人员造成的伤害，工程设计中应根据建筑物的重要程度和使用性质，尽可能的选用低烟无卤的环保电缆，以便在万一火灾发生时，减少烟雾及有毒气体的产生，为大楼内的人员疏散争取更多的逃生时间。
四、火灾自动报警及控制系统
根据规范GB50016-98和GB50054-95的有关要求，超高层建筑应按特级保护对象设置火灾自动报警系统，除游泳池、溜冰场、卫生间外，均应设置火灾自动报警系统。H项目中的火灾自动报警系统采用控制中心报警系统方式。在消防控制室设置火灾报警控制器及必要的消防控制设备、火灾事故广播等，大楼内所有火灾探测器及根据需要设置的控制模块、消火栓按钮等均为编**型。火灾时，报警控制器将根据收到的报警信号按预置的程序发出指令，启动消防设备。
H项目消防设计中，根据规范要求在地下汽车库及厨房设置感温探测器，在主入口大堂、营业用房、除卫生间外的各种用房及走道等处设置感烟探测器，在各防火分区设置一定数量的手动报警按钮。在消防水泵房、备用发电机房、变配电所、消防风机房、消防电梯机房设置消防专用电话分机，在手动报警按钮和各避难层每隔20米设置消防专用电话插口。消控中心设置可直接报警的外线电话。根据规范要求，在各层均设置一定数量的事故广播扬声器，火灾确认后，将着火层及上、下层的事故广播扬声器自动接通，指挥人员有秩序地疏散。
超高层的水专业消防设计，与一般的高层建筑有较大的不同，由于超高层建筑的高度高，消火栓泵和自喷泵已经不能从消防水泵房直接供水至顶层的消防灭火设备，消防部门要求在大楼中间的设备层增设消防系统的加压设备，以保证自动灭火设备的正常运行。本H项目中，除在地下层设置了消防水泵房和消防水池外，还在大楼中间的避难层设置了一个消防加压水泵房。在地下室的消防水泵房设有二台75KW的低区消火栓泵和二台75KW的高区消火栓的转输水泵，并设二台55KW的低区喷淋泵和二台75KW的高区自喷转输水泵，每组均为一用一备。在消防加压水泵房设有二台90KW的高区消火栓泵和二台75KW的高区喷淋泵，并根据有关要求设置了二台55KW的自喷接力泵。
对于消火栓系统，当消火栓动作或经火灾确认后，消防系统能直接或经消控中心联动启动消火栓泵供水灭火，当低区发生火灾时，直接启动地下室消防水泵房的低区消火栓泵，当高区发生火灾时，直接启动避难层消防加压水泵房的高区消火栓泵，并同时启动地下室消防水泵房的消火栓转输水泵。
对于水喷淋系统，当各层的水流指示器及设在消防水泵房的报警压力开关同时动作时，消防系统能直接或经消控中心联动启动自喷泵供水灭火，当低区发生火灾时，直接启动地下室消防水泵房的低区自喷泵，当高区发生火灾时，直接启动避难层消防加压水泵房的高区自喷泵，并同时启动地下室消防水泵房的自喷转输水泵。在火灾延续时间内，当由消防车通过水泵结合器供水的情况下，对高区发生的火灾，可通过消防加压水泵房的自喷接力泵向高区的消防灭火设备供水。
在消防控制室，对消防水泵，防烟和排烟风机既可通过现场模块进行自动控制也可在联动控制台上通过硬线手动控制，并接收其返馈信号。
五、结束语
超高层建筑高度高，人员密集，对供电的可靠性以及消防等的要求必须安全可靠，对高低压配电系统应能灵活控制，如过渡季节能根据负荷的变化适当减少变压器的运行，以达到节能的目的。对消防水泵，应根据水专业的要求，利用消防控制设备进行可靠的控制，满足在不同的区域发生火灾时都能准确启动相应的消防水泵，供水灭火。
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