建筑电气规范 建筑电气设计收入低

近年来，全国各地涌现出大量超高层建筑，几乎都成为当地城市的重要标志。但超高层建筑人多，机电设备多，电力负荷大，对电能质量和可靠性要求高，对消防电源的要求也较高。同时，由于超高层建筑面积较大(一般在20万平方米以上)，对超高层建筑的使用和管理要求也较高，这对超高层建筑的电气设计提出了新的挑战。笔者有幸负责深圳和天津两座建筑高度超过200米的超高层建筑的电气设计。现将设计中的一些问题和采取的措施整理出来，与同行分享讨论。

中压供电模式

中压供电水平由建筑物所在城市决定。比如深圳中心区采用10KV供电，天津大型建筑采用35kV供电，苏州工业园区采用20kV供电。不同的电压等级对应每个电源的容量不同，所需的进线回路数也可能不同，下面用35kV和10kV电源来说明。

1.35千伏电源：

天津超高层建筑使用35kV电源时，超高层建筑通常由两个独立的35kV电源组成，相互备用，单母线分段设置接触开关。作者设计的项目采用35kV直减，可以减少多级转换带来的设备投资和机房占地面积的增加，增加35kV供电的各个供电回路的容量(比如630A的出线开关，35kV供电负荷可以达到，但10kV供电负荷小于)，所以两个35kV供电回路基本可以满足要求。

2.10千伏电源：

由于深圳中心区采用10kV供电方式，考虑到10kV区域内变电站各回路和出线的容量，采用图2所示的供电方式：进线采用三台10kV电源。系统有以下四种运行模式：(1)正常运行时，两个主电源(1DL和2DL)同时供电，负荷均匀分配，触点开关断开，备用电源(3DL)热备用；(2)当一个主电源断电时，电源和备用电源之间的接触开关自动投入运行。失压电源电路恢复电压时，手动断开触点开关，手动闭合恢复的电源电路的电源开关，切换到正常供电模式；(3)当两个主电源都断电时，10DL触点开关自动投入运行，备用电源供电；(4)当一个主电源失压，而备用电源失压，另一个主电源供电时，侧接触开关保持断开。

二、变电站的设置和设备的垂直运输

超高层建筑的变电站设置应考虑以下三个方面：

1.超高层建筑的地下室一般有一层以上。考虑到首层面积的商业价值，在地下室一层设置变配电间，既可以解决洪水泛滥的问题，又不占用首层价值的商业面积。

2.对于建筑高度超过150米的超高层建筑，应考虑在上部避难楼层设置变配电间。可有效解决电能质量问题(按甲级办公楼标准，稳态供电偏差不大于2%)，同时可避免大量电缆、母线从地下一层到顶层穿过电井，从而减少管井面积，节约电缆投资，减少电缆使用过程中的电能损耗。

3.应考虑变压器在避难楼层配电室的运输，包括首次吊装运输和以后的更换运输；

(1)充分利用现有电梯(消防电梯/货运电梯)进行运输。在作者设计的深圳超高层项目中，货梯(和消防梯)有一个运输翼

(2)电梯井运输。在我自己设计的天津超高层项目中，货运电梯(和消防电梯)的运输重量为2.5吨。由于使用35kV电源，考虑到避难楼层面积，变压器数量有限。避难楼层采用35/0.4-800kVA变压器，无防护罩重量3.5吨以上。变压器的更换考虑用专业起重设备从电梯井提升到避难楼层配电室。这种方法需要临时安装吊装设备，施工过程比较麻烦。

(3)变压器拆卸安装在避难楼层。对于带叠片铁芯的变压器，在车间按照国家标准的要求进行安装和试验后，拆卸叠片铁芯，用电梯将线圈和铁芯运送到避难楼层的变压器和配电室，将安装工具和变压器试验设备运送到避难楼层的变压器和配电室，重新组装干式变压器。根据变压器运行前规定的要求，进行验收试验，包括：1。DC抵抗运动；2.绝缘电阻；3.变化率；4.工频耐受电压；5.空载试验。这种方法比电梯井运输更方便。据资料显示，珠海华利通用这种方法安装运输了广州、深圳的很多大型建筑。当然，这种方法不适合铁心不能拆卸的绕线式铁心变压器。

三.自备发电机的电压选择和设置

1.电压选择：

对于建筑高度超过250米的建筑，当低压(0.4千伏)发电机组设置在地下室楼层时，需要检查顶层电气设备的电压是否有压降和短路电流。当超过电压要求时，高区应急电源应考虑使用中压(10kV)柴油发电机组。由于中压发电机需要位于地下一层，10kV电缆通过电气井敷设在高区配电室，通过变压器转换成低压(0.4kV)电源。连接到高区域配电间的应急母线段。低压(0.4kV)应急电缆或母线改为中压(10kV)供电，可为高区配电室节省大量低压电缆或母线。缺点是在高区增加相应的变压器。当然，低压(0.4kV)发电机组用于低区变配电室的应急供电。

2.柴油发电机的启动条件：

一般设计要求柴油发电机在向一次负载供电的两个变压器的母线被切断时启动。这一要求没有充分利用柴油发电机组。对于三个10kV电源的情况(图2)，当两个电源同时掉电时，应要求发电机启动，发电机组取一次负极

荷，同时通过电力监控系统减少部分空调、通风、采暖负荷，两两联络的变压器联络开关合上，由另外1路电源带所有的低压配电柜的所有负荷。这种方法充分利用了发电机的电力，减少了一般电力的停电范围。

四、EPS供电时间(用于应急照明)的确定

关于超高层建筑应急照明的供电持续时间，很多同行根据整个建筑的高度重新计算，疏散时间可能要1小时或2小时，以此推导出EPS的持续供电时间。笔者对这个观点有不同的看法，超高层建筑在设应急柴油发电机的情况下，第二路电源为柴油发电机组(暂且把2路35KV或10KV电源当成第一电源)，但柴油发电机作为应急照明的供电转换时间不能满足规范要求的5秒要求(见《民用建筑电气设计规范JGJ16-2008》13.8.5条)，增加EPS电源，在应急柴油发电机启动并稳定供电后，EPS电源退出供电。理论上说EPS电源的持续供电时间满足发电机启动前的转换时间就可以。同时EPS电源为消耗品，即使一直处于备用的情况下，也是有一定的使用寿命(一般铅酸免维护电池使用寿命5～10年)，对新电池的生产及旧电池的处理都会对环境造成很大的污染，不时可以从媒体上看到电池厂发生铅中毒或铅污染的事件就可说明污染的问题。

考虑到EPS电源的衰减及其他不确定因素，EPS电源按10分钟设置。EPS电源作为发电机启动前的转换电源，10分钟完全可以满足要求。

五、竖向配电干线设计

对于一般的高层建筑，竖向配电尽量用母线供电，来满足不同楼层用户用电可能的负荷变化。特别对于裙房的商业，由于功能很不确定，利用母线可以很好的解决二装的功能变化问题，母线的载流量要考虑低压柜开关出线连接的方便，以不超过1600A为宜。

对于超高层建筑来说，会有新的问题出现，超高层建筑遇到强风时，会出现左右晃动，而且幅度会比一般楼大，只是这种晃动一般人用肉眼很难发现，例如深圳的标志性建筑地王大厦地面和建筑物顶部水平振幅可以达到0.8米，这时在设计上要考虑采用电缆连接铜母线槽配电的方式，以减低超高层建筑物在摇摆时对铜母线槽接驳组件位置的拉扯压力，减少发生故障及维修的机会，也相对地增加了主干系统的寿命。

六、谐波治理及电抗器的选择

谐波源及谐波抑制措施与一般的办公楼没有原则的区别，用电设备以单相设备为主，使用2脉冲装置，如电脑、显示器、单相的UPS、带电子整流器的节能灯，此类设备会产生3、5、7…(3次及以上谐波)，并以3次谐波为主。此外还会有一些三相整流设备如弱电机房(中心计算机房、电信机房等)的UPS电源、电梯变频器、变频空调、变频水泵等，此类会产生5、7、9…(5次及以上谐波)，并以5次谐波为主。

在尽量控制谐波源的情况下，首先在低压配电柜设置调谐滤波电容器组，要求XL=14％XC，抑制3次及以上的谐波。同时在谐波污染严重的中心计算机房、电信机房(UPS为在线式工作)等弱电机房设置有源滤波器，实现对谐波的动态补偿。

七、浪涌保护器设置时应注意的问题

超高层建筑一般为总部办公楼、证券中心等，雷电防护等级应在B级及以上，除在变压器出线、各层总配电箱设置电源线路浪涌保护器（SPD）外，在各楼层交换机房(综合布线设备间)、计算机房、通讯机房等弱电机房需设置电源线路浪涌保护器及信号线路浪涌保护器。

上述电源线路及信号线路浪涌保护器（SPD）数量繁多，经过长时间的使用雷击后，仅在设备现场显示劣化及劣化程度显然不能满足管理的要求，靠人力进行设备巡检、评估和维护耗时费力，也带来了安全隐患。对于上述问题，笔者在超高层建筑设置总线式智能化的浪涌保护器，可以对SPD的使用情况进行在线跟踪，并对劣化情况进行分析、报警，以便及时更换。

八、弱电消防设计中应注意的问题

从规范上讲，超高层建筑的火灾联动报警系统，跟普通建筑的报警系统没有根本的区别。但由于超高层建筑火灾时的特点，在投资增加不多的情况下，应该考虑完善下面的功能：

1．主动抽气式烟雾探测系统的设置：

火灾的发生，从酝酿到产生高热大火，一般经历4个阶段：闷燃、可见烟、闪燃和高热大火阶段，传统的火灾探测器在第2个阶段才能探测到火灾情况。抽气式烟雾探测系统，在极早期就能对空气进行采样，对粒子进行分析，其探测灵敏度高（0.005%～20%obs/m），探测范围宽，可以帮助我们在火灾的第1阶段（闷燃阶段）发现火灾并采取行动。由于超高层建筑特殊性，发生火灾时只有靠大楼本身自救，而现有大楼的自救设备中几乎都离不开电力，如果供电系統出线中断，以电力为动力能源的消防设备几乎不能运行，所以变配电房要考虑设置主动抽气式烟雾探测系统。主动抽气式烟雾探测系统还适合设置于网络通信机房等其他重要机房、档案室等处。把抽气式烟雾探测器上的4级报警信号接入传统火灾报警的输入模块中，不设专门的主动抽气式烟雾探测主机，在达到要求的前提下减少投资。

2．增加电缆温度的测量：

超高层建筑电气竖井内竖向配电容量大，干线电缆多。由于长期过载或电缆接头质量问题，电缆容易长期处于高温状态，是火灾的重要隐患。此部位温度检查可以采用下列的方法:a.缆式感温探测器，把感温电缆在电缆桥架上安装，根据检查温度报警。b.利用剩余电流动作报警系统，增加电缆温度传感器（图4），把一级及二级所有配电箱的漏电电流及电缆温度同时传送到剩余电流动作报警系统中。第二种方法检测点数多，检测温度范围大，一般产品都能达到25～150OC,可根据不同的电缆类别设置报警温度，同一电缆也可进行多温度报警，对长期处于临界温度运行的电缆进行分析，找出原因。同时利用了剩余电流动作报警系统，投资更加节省。

节能设计问题

1．照明灯具选择：

设计采用了高效能的T5节能荧光管，它的特点是把电能转化为光能的效果比较好，比起以前那些T8、T10的荧光管，T5荧光管将在日后使用过程当中发挥更好的节能效应。

2．照明控制：

超高层建筑公共照明区域大，灯具繁多，靠人工管理是不现实的。公共区域如大会议厅、室外泛光照明、室外LED显示屏、公共走道、大堂等的灯具采用总线(BUS总线)控制技术控制，可根据时间及管理的不同要求对相应的灯具开关进行自动控制（也可现场控制）避免长明灯及节约能源。

3．能源管理系统：

超高层建筑同时也是能耗大户，传统的水、电、气、热量是分别进行计量计数，这种方法不能满足超高层建筑节能的要求。超高层建筑设置能源管理系统，是对抄表数据进行后期管理和服务，对数据进行分析，分析建筑设备的运行状态。实际上，能源管理系统不仅是数据收集，而是应该经提升到判断、评估这样的能耗智能识别的功能。并提供各种类型的报表，为节约节能提供决策依据。

结语

超高层建筑的机电设计是各个专业协调配合的过程，例如变压器容量的选择就要考虑电梯的载重，机房的位置要考虑层高等。同时在设计中还要考虑投资成本等，只有这样设计成果才能获得认同。

参考文献

[1]变压器制造技术丛书编审委会.变压器装配工艺[M].北京：机械工业出版社2009.

[2]GB/T50314-2006.智能建筑设计标准[S].[3]JGJ16-2008.民用建筑电气设计规范[s].

[4]GB21714.2-2008，雷电防护第2部分：风险管理[S].

[5]中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册[M].北京:中国电力出版社,2005.

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