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某超高层建筑的电气设计
2016-07-25 16:41:03  作者:王根东 王家生  来源:中国设计师网  
  •   本文对某300m高建筑的电气设计进行了详尽分析与描述,包括变配电系统、防雷接地、火灾自动报警及联动控制系统、综合布线系统、有线电视系统、建筑设备管理系统等。

    本文相关专题:聚焦低压电器在超高层建筑中的应用

    关键字: 建筑电气设计
  •   1 引言

      笔者曾有幸参与一项大连市地标性建筑(高365m的某超高层建筑)的电气设计,现今回忆当初的设计创作过程多是痛苦的记忆,但每当从该工程下经过,仰望其直入云霄的雄姿,顿觉所有艰辛劳作都是有意义的。在此我通过对该建筑的电气设计思想进行梳理,以期对各设计同仁有所启发。

      2 工程概况

      本工程总建筑面积321213㎡,建筑高度365m,地下七层、地上裙房六层,七层~八十六层为建筑主体。地下七层~地下二层主要为设备用房和停车场;地下一层为商业步行街、商场和银行;地上六层裙房部分主要为四家银行、商场和健身房,其中六层有一个地上停车场,为立体停车;七层~八十六层为建筑主体,八层~五十四层为公寓,五十六层~八十五层为办公,其中七层、二十三层、三十九层、五十五层、七十一层、八十六层为避难层。

      3 变配电系统

      3.1 负荷等级

      本工程属一类超高层建筑,按一级负荷要求供电。

      一级负荷中特别重要的负荷:重要的计算机系统和安防系统用电、消防设备、变配电所、通信机房、UPS机房、柴油发电机房、应急照明、航空障碍灯等负荷以及其它有特殊要求的负荷。

      一级负荷:污水泵、生活水泵、客梯用电、机械停车设备及车辆疏散升降梯、重要机房的空调设备用电、银行营业厅及门厅照明。

      二级负荷:商场备用照明、地下车库照明、电动扶梯、换热站以及其它有特殊要求的负荷。

      三级负荷:其它一般照明及动力。

      3.2 供电电源

      本工程从室外引来四路10kV电源,为两组双重电源,分别引至地下六层1#变电所及地下四层2#变电所。3#变电所设置在55层,其10kV电源引自1#变电所;4#变电所设罝在71层,其10kV电源引自2#变电所。

      应急电源:采用2台100kW(长行功率)柴油发电机作为大厦的应急电源,柴油发电机房设在地下三层。

      备用电源:在地下二层设置两个备用柴油发电机房,按照每台800kW(长行功率)容量预留柴油发电机。

      UPS电源:大楼分区集中设置UPS电源机房,分别设置在消防中心、电话数据机房、银行分行及支行等处。

      3.3 供电系统接线型式及运行方式

      10kV主接线采用单母线分段,中间设母联开关。两组10kV双重电源均同时供电,分列运行,当任意一路10kV电源发生故障时,另一路10kV电源均能满足本组全部一、二级负荷供电。

      1#变电所为7层以下供电,设置3台2000kVA变压器;2#变电所为7~55层供电,设置3台2000kVA变压器;3#变电所为55~71层供电,设置2台1250kVA变压器及1台1600kVA变压器;4#变电所为71~顶层供电,设置3台1600kVA变压器。1#、2#变电所各预留一台变压器的位置。3#、4#变电所内的变压器就地设置负荷开关柜,以备检修时隔离操作。1#、2#变电所的设备通过车道运输,3#、4#变电所的设备通过消防电梯井道吊装完成。

      变压器低压侧主接线采用单母线分段,设联络开关,平时分列运行,当一台变压器发生故障时,切除三级负荷,有另一台负担全部特别重要负荷及一、二级负荷供电,故障排除后恢复常态。一个变电所内三个主进线开关及两个联络开关采用手动操作切换,电气和机械连锁。

      3.4 应急柴油发电机系统

      本项目为一级负荷中的特别重要负荷、部分一级负荷提供第三路电源。当10kV市电停电、缺相、电压及频率超出范围或变配电所内三台变压器同时故障时,两台柴油发电机组自动启动,达到额定转速、电压、频率后,并机投入运行,投入到低压侧的应急母线段上,应急母线与市电有机械电气连锁。当市电恢复30~60s(可调)后,由ATS自动恢复市电供电,柴油发电机组经冷却延时后,自动停机。柴油发电机自启动采样信号取自变压器主二次进线断路器的辅助触点。

      3.5 备用柴油发电机系统

      在地下二层预留两个备用柴油发电机房,分别供给裙房银行和55层以上办公部分。办公部分备用电源的用电负荷按负荷密度法(10W/m2)进行考虑。每个发电机房内设置储油间,油箱存储量不超过1m3,室外设置输油管道至每个储油油箱。柴油发电机房的设备均通过车道进行运输。

      3.6 无功补偿和谐波抑制

      无功功率补偿集中设在变电所低压母线上,补偿后功率因数在0.93以上。电容器屏设功率因数自动控制装置,根据负荷变化自动投切电容器。电容自动补偿装置对高次谐波有滤波功能,以抑制谐波。电梯、UPS等有整流的设备均应自带滤波功能。

      3.7 变配电监控系统

      1~4#变电所分别设置变配电监控系统。变配电系统监控内容主要包括——高压柜:电流、电压、有功功率、无功功率、视在功率、开关分合闸状态、过流、低电压、短路接地状态。直流屏:停送电、充放电状态以及输出电压、累计充放电次数、充电电压、电池温度;变压器:铁心线圈温度、散热风机启停状态;低压配电进线柜和母联柜:电流、电压、频率、有功功率、无功功率、功率因数、谐波率、开关状态;低压馈线柜:电流、电压、有功功率、有功电量、开关状态;电容补偿屏:补偿电流、无功功率、功率因数、电容温度;柴油发电机组:电压、电流、频率、启动电池电压、冷却水温度、油箱油位高低、冷却风机启停状态;UPS电源:充放电状态、电池失效状态、输出电压。

      4 防雷接地

      本建筑物按二类防雷建筑物进行设计。为防止直击雷的危害,在屋顶女儿墙上设置避雷带,所有突出屋面的金属物均与避雷带相接。利用建筑物柱子内的的主钢筋或型钢柱作防雷引下线,上与顶层的避雷带、下与接地体可靠焊接,引下线平均间距不大于18m。利用建筑结构的板钢筋网作自然接地体,接地电阻小于1Ω,若电阻不满足要求,可通过预留接地体联结头接人工接地极。

      为防止侧击雷,从十五层起利用每层外侧幕墙金属支撑形成封闭环,作为均压环,并与防雷引下线相连。外墙周边的金属门窗、栏杆等较大的金属物应与均压环连接成电气通路。防雷接地、变压器中性点接地、电气安全接地、计算机接地、弱电系统等接地采用共同接地系统,接地阻不大于1Ω。低压配电系统的接地型式为TN-S系统。本工程采用总等电位联结,在变电所、变电亭、地下室外墙的适当部位设总等电位箱,将建筑物内保护干线,设备进出线管线、建筑物金属构件进行联结。在有洗浴的卫生间、各弱电机房、电梯并道等部位设局部等电位联结。

      在每台变压器低压侧装一组SPD(第一级);由室外引入建筑物的信号线路、控制线路、信息线路等在其入口处的配电箱、控制箱、前端箱的引入处应装设相应SPD(第一级),并就近进行总等电位联结,并可靠接地;重要设备(重要的计算机、BAS设备、主要的通信设备、UPS电源、火灾报警装置、电梯集中控制装置等)供电的末端配电箱的母线的各相上,应装设SPD(第二级);其设备自带箱应由厂家提供第三级SPD;有配给室外风机、泛光照明等的配电箱加SPD(第一级)。

      5 火灾自动报瞀及联动控制系统

      本建筑物为超高层建筑,火灾自动报譬系统为控制中心报警系统,除卫生间外,均设火灾自动报警系统,实行全面保护。本系统主控中心设在地下一层,两个银行分行、两个支行设置分控中心。消防控制室内设火灾自动报警控制器、消防联动控制屏、LCD图形显示屏、背景音乐及火灾应急广播系统控制盘、消防直通对讲电话和专用电话设备、电梯运行监控制系统、UPS不间断电源及备用电源。

      6 有线电视系统

      本系统主要接收大连有线电视网节目。有线电视光缆在地下一层经光电转换后,通过有线电视前端设备、分配分支器箱将电视信号分别引至各层。系统采用860MHz邻频传输,要求用户电平满足64±4dB;图象清晰度不低于4级;载噪比≥44dB,交扰调制≥47dB,载波互调比≥58dB。商场、办公部分在每层各个电井内只预留分配分支回路,电视插座根据经营的实际情况由弱电承包方进行二次深化设计。住宅部分每户引入一根有线电视电缆,引至家居智能箱。

      7 综合布线系统

      为满足业主、多家电信运营商的使用要求,在七层设置电信接线间。系统采用星型结构,共分三级,第一级为电信的接线间,第二级为电话数据机房(设在七层),第三级为分布在各楼层、各区域的配线管理间。综合布线系统垂直干线采用6芯多模光缆,水平支线选用六类电缆。配线架在竖井内(挂墙或19〞标准机柜)明装。楼层配线间考虑环境条件,并根据网络的要求自配UPS电源。

      六层以下直通电话外线的数量银行分行、支行、商场、物业程控交换机的中继线数量及内部集团电话的门数,根据用户的使用要求,由业主与弱电公司确定。住宅部分语音及数据传输采用EPON系统,EPON(以太无源光网络)是一种新型的光纤接入网技术,它采用点到多点结构、无源光纤传输,在以太网之上提供多种业务。它在物理层采用了PON技术,在链路层使用以太网协议,利用PON的拓扑结构实现了以太网的接入。因此,它综合了PON技术和以太网技术的优点:低成本;高带宽;扩展性强,灵活快速的服务重组,与现有以太网的兼容性;方便的管理等。局端(OLT)配出的光缆通过光分路器等光无源器件与光网铬单元(ONU)相连。光网络单元(ONU)直接配出电话线及数据线至用户端。

      8 建筑设备管理系统

      建筑设备管理系统主机均置于地下一层保安监控中心。系统采用分布智能结构,整个网络结构分为三级,第一级为中央工作站,第二级为DDC数字控制器,第三级为采集现场信号的传感器和执行机构,系统基于BACnet技术,满足开放性和标准化的要求,管理层提供标准TCP/IP、IPX/SPX网络通讯协议,控制房采用标准的BACnet现场总线。系统监控对象包括冷冻站、热力站、空调通风、给排水、配电、照明、电梯、能量计量等系统设备。系统各前端设备均由事故电源就地供电,工作站设有UPS供电单元为系统主机供电。

      9 安全技术防范系统

      安全防范系统主机房设置在地下一层,安防系统主要由以下子系统组成视频监控子系统、出入口控制子系统、紧急求助及入侵报警子系统、巡更管理子系统。该项目定位为高档智能化建筑,系统按照提高型安防系统设计,根据被保护对象的风险等级,确定相应的防护区域,建立周界区、监视区、防护区、禁区的纵深防护体系。

      10 结束语

      有媒体统计:“目前全球有79座300m以上超高层建筑,其中25座在中国,占比31.6%;全球在建的有125座,78座在中国,占比62.4%”,笔者的设计经验希望可以为同类超高层建筑的电气设计提供些微帮助。

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