超高层建筑的电气设计与施工

摘 要: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,本文重点针对一些超高层建筑中的电气设计与施工进行了研究与分析.

关 键 词:高层建筑,电气设计,建筑施工

本文结合具体的工程设计实例,详细介绍了超高层办公建筑各电气子系统的设计要点和注意事项,包括供电电源及供配电系统、照明系统、防雷与接地系统以及对谐波抑制的措施.最后,对屋顶直升机停机坪的电气设计也进行了简要阐述.

1工程概况

某超高层建筑地上53层,地下3层,建筑总高度为242m,建筑面积为22万m2.该建筑为金融类办公建筑,设有计算机网络系统数据中心机房、各家商业银行办公及怎么写作网点、高档出租办公用房等,另附设大型地下车库及配套餐饮怎么写作等.该工程电气专业设计的难点：该建筑既是超高层建筑,又是金融类办公建筑,供电可靠性尤为重要.首先,需根据该工程的供电负荷等级,确定市电供电电源及应急备用电源,应急备用电源如何与市电进行联网.其次,需确定大楼内变电所的设置及供配电系统形式,尤其是数据中心机房的供配电系统设计.对于200m以上的超高层建筑,还需解决大楼的防灾设计、消防安全、疏散导流设计等重大难题,同时应具备弱电系统的兼容性、防灾系统的预警性以及报警后的应急性.此外,还有诸如超高层建筑的防雷、接地的设计,航空障碍灯的设计,屋顶停机坪电气设计等问题.该工程从方案确定到初步设计,再到施工图设计,每一步都经过反复论证、仔细推敲,攻克了多个设计难关,解决了很多技术难题.

2超高层建筑电气设计原则

2.1电力负荷的确定.电力负荷是供电设计的主要依据按国家现行规范,消防用电设备、电梯、生活水泵用电、机房、安保设备和航空障碍灯等应按一级负荷中特别重要的负荷要求供电,其它用电负荷分别为二级或负荷.电力负荷预算时应分别计算动力电和照明电,电力负荷预算正确与否,对电气设备的选择、配置、保证电气设备系统安全、高效运行.对整体工程的经济分析和相关设计,都有重要的指导意义高层建筑的电力负荷计算,基本上采用负荷密度法和需要系数法.

2.2电源及电压的选择.至少设两个独立电源,采用10KV标准电压双回路供电,两路各带一半负荷同时供电、互为备用.10KV双回路供电电源分别来自不同的变电站,或来自双回路超高压变电站的两段独立母线某些超高层公共建筑可选择10KV三回路电源引入.采用两路使用一路备用的运行方式针对高层建筑中存在大量的一级负荷.还需备用柴油发电机组,要求在15S内自动恢复供电,应付意外情况的发生.

2.3配电系统的设计.一般高压采用单母线分段形式,母线分段数目取决于电源进线回路数目,如有多台变压器组可分多段,自动切换,互为备用10KV外部接线考虑环网接线形式,以提高配电网的可靠性.电源进线采用电缆进线.当供电电源分为主电源和副电源时,也可选用单母线不分段的结线高压供电系统及低压干线基本采用放射式供电,楼层配电则适合采用混合式系统.配电设备中的主要部分是干线.高层建筑的竖井多采用插接式母线槽,各楼层竖井设有配电间.水平干线较难走线,可采用全塑电缆与竖井母干线联接.层间配电箱经插接自动空气开关从竖井母干线取得电源.如果高层建筑需要较大供电负荷,应分散设立区域配电中心.

3照明设计

3.1照明配电及照度标准.照明采用专用变压器供电,以确保照明质量,低压供电采用放射式与树干式结合的方式.各办公场所的照明照度标准按500lx设计.

3.2集中控制智能型应急疏散照明系统.该工程应急疏散照明采用集中控制智能型疏散系统.当处于火灾状态时,集中控制智能型疏散系统可根据火灾报警系统传递的信息,对危险区域的智能疏散灯具进行调整,即危险区域的智能疏散灯指向危险区域的箭头关闭,同时打开指向安全区域的箭头.安全区域的出口灯进行提示,从而有效地引导人们安全、快速地逃离危险区域.集中控制智能型疏散系统可24h不间断地对灯具及设备本身进行巡检,每个智能疏散灯具均有独立的地址编码.若某个灯具发生故障,主机则发出声光报警信号,定位到具体灯具,以提醒工作人员在第一时间进行维护,同时亦消除楼内的逃生盲区.

4谐波的抑制措施

抑制谐波的总体思路有3个：①装设谐波滤波装置来滤除或补偿谐波；②对变频器的各种技术指标加以限制,使其尽量少产生谐波；③在电网系统中采用适当的措施来抑制谐波.该工程采取的谐波抑制措施有以下几点：

4.1串接电抗器.在电容器补偿柜内串接电抗器,既可补偿无功功率,提高功率因数,又能抑制谐波.在该工程设计中,在电容器补偿柜内串接电抗器,采用抑制谐波型电抗电容器组.

4.2有源滤波补偿.有源电力滤波器的基本原理是,检测补偿对象的电压和电流,经运算电路计算得出补偿电流的指令信号,经放大输出的补偿电流与负载中要补偿的谐波电流相抵消,即补偿电流与谐波电流频率幅值相等,而相位相差1800,最终得到期望的电源电流.在谐波源比较集中的UPS机房设置有源滤波装置.该工程计算机中心机房内设有大容量的UPS设备,设计要求在中心机房内UPS设备旁加装有源滤波补偿装置,集中抑制UPS设备所产生的谐波影响.

4.3隔离变压器.对大功率的UPS装置加装隔离变压器,以减少谐波对电网及设备的影响.该工程设计要求UPS设备在订货时自带隔离变压器,以消除UPS设备产生的谐波对上级电网的影响.对于变频整流设备,增加整流设备的相数,脉冲数越多,则谐波干扰越小.该工程设计要求所有变频整流设备在订货时要注明整流设备的相数.采用带有△接线绕组的变压器,在根据负载确定电力变压器额定容量时,应考虑谐波畸变而留有裕量.在民用建筑设计中一般应保证变压器负荷率约为70％,该负荷率的工程裕量即可防范谐波引起的变压器发热危害.该工程设计的变压器均采用带有△接线绕组的变压器,而且设计变压器负荷率均不大于70％.