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1、6、电气设计研究6.1 强电部分6.1.2 概述超高层住宅和一般高层住宅相比，因为建筑体量的巨大化，使得其中的用电设备的种类更多，用电量更大，供电可靠性要求和智能化程度要求也更高，因此其电气线路和设备机房也更多更复杂。而电气设计的基本是要稳定、可靠地接受电力和信息，并在高智能化的技术支持下以达到高舒适性的目的。因此，供电电源的可靠安全是整个电气设计的基础条件，要打好基础，则必须了解超高层住宅的特点，有针对性的进行供配电设计。超高层住宅的最大特点就是“高”，这点引申到供配电设计上来说就是要考虑供电半径的问题，不同容量的变压器，其远距离带负荷能力不同，且供电距离与负荷密度大小是成反比关系的。通常来
2、说，电力设备中用电负荷比重最大的往往是空调通风设备，经常占到整个用电负荷的50%60% 甚至以上，其设备机房经常集中设于地下室内或屋顶层，这是用电负荷较为集中的区域。设计的关键原则就是变压器的设置尽量靠近用电负荷中心，最大化地利用变压器的带负荷能力；超高层住宅的另一个特点是火灾情况下火势蔓延速度快、扑救难度大且疏散困难，针对这个特点，建筑结构、给排水及通风等专业都采取了相应措施。如设置避难层、提高建筑耐火等级，屋面设救援停机坪，设置喷淋、排烟系统等等。电气专业作为建筑中的基础服务专业，在提供安全可靠的正常电源的前提下，自备的应急电源的可靠连续运行也是非常必要的。因此自备柴油发电机的设置在超高层
3、建筑中是非常普遍的，这是超高层建筑供配电系统的一个特点。6.1.3供电电源 6.1.3.1.负荷分级 超高层住宅的消防控制室、火灾自动报警及联动控制装置、火灾应急照明及疏散指示标志、防烟及排烟设施、自动灭火系统、消防水泵、消防电梯及排水泵、电动的防火卷帘及门窗以及阀门等消防用为一级负荷中的特别重要负荷。消防类负荷等级一直是争论的焦点，现行的高层民用建筑设计防火规范GB 50045-95（2005 年版）第9.1.1 条规定，高层建筑的消防控制室、消防水泵、消防电梯、防烟排烟设施、火灾自动报警、漏电火灾报警系统、自动灭火系统、应急照明、疏散指示标志和电动的防火门、窗、卷帘、阀门等消防用电，应按现
4、行的国家标准供配电系统设计规范GB 50052 的规定进行设计，一类高层建筑应按一级负荷要求供电，二类高层建筑应按二级负荷要求供电。毫无疑问，超高层建筑是一类高层建筑。但是，超高层建筑由于其建筑高度高、建筑规模大、功能繁多、人员众多，其火灾危险性、疏散和扑救难度均高于普通的高层建筑。鉴于此，将超高层民用建筑的消防控制室、火灾自动报警及联动控制装置、火灾应急照明及疏散指示标志、防烟及排烟设施、自动灭火系统、消防水泵、消防电梯及其排水泵、电动防火卷帘及门窗以及阀门等消防用电定为一级负荷中的特别重要负荷。6.1.3.2.负荷密度超高层住宅负荷密度与以往高层住宅并无太大的区别，根据华侨城高层住宅 变压
5、器实际安装容量，单位面积变压器装机容量在78 138VA/m2，因此，推荐负荷密度为80120W/m2。6.1.4供配电系统设计6.1.4.1供电要求超高层住宅应进行整体供配电系统设计，至少需要两路市电电源，还需要另设应急电源或备用电源。6.1.4.2.电源1 ）超高层住宅的一级负荷比例较少，可采用10kV环网电源。2） 超高层住宅应设柴油发电机作为应急电源或备用电源。设置在超高层建筑内的柴油发电机，应根据负荷大小、单台电动机最大启动容量、供电半径等因素确定柴油发电机的额定输出电压：（1） 当建筑物高度低于200m 时，宜采用低压柴油发电机 ；（2） 当建筑物高度大于400m 时，应选用高压柴
6、油发电机 ；（3） 当建筑物高度在100m400m 时，应进行技术分析、比较，确定柴油发电机的额定电压。3）超高层建筑中的应急电源不得使用汽油、煤油、天然气等作为动力源，可使用柴油发电机组。4） 柴油发电机组在超高层建筑中既可作为应急电源使用，也可以作为备用电源使用。当备用电源满足应急电源条件时，备用电源可以兼作为应急电源。5 ）低压柴油发电机组（400V）最大单台并机容量不得大于 1600kW。如要进行并机运行，可采用高压柴油发电机组。6）柴油发电机组输出功率有常用功率和备用功率，应在图中表明。7）柴油发电机组的负荷率宜为 75%，以实现经济运行。8）市电与发电机转换用的 ATSE 建议采用
7、PC 级、4 极、三位式的 ATSE，ATSE 与其之前的短路保护电器应有可靠的配合。6.1.4.3.电源工作方式电源的数量及工作方式建议按表执行。建议的电源数量及其工作方式电源数量运行方式建议适用范围两路电源一用一备规模不大的超高层建筑，不推荐使用同时工作、互为备用三路电源两用一备8MVA 以下（一路10kV）；16MVA 以下（一路20kV）；40MVA 以下（一路35kV）；100MVA 以下（一路110kV）同时工作四路电源两两工作、不设站联两两工作、设站联分别工作、相邻电源设联络三用一备解析常采用配电方案。三路10kV 电源引入，二用一备，之间设手动联络开关，每路电源均可带全部一、二
8、级负荷正常运行 ；当其中一路常用电源故障或检修时，另外在地下层柴油发电机组作为应急电源，直接供至低压应急母线，并在机房内预留高端客户自备柴油发电机的安装空间 ；备用电源可代替其100% 的全部用电负荷正常运行，而无需切除任何负荷。三个电源间联络开关均设置为手动操作方式，以防止误动作 ；从主变配电室不同的母线上分别引出一路10kV 专路电源送至避难层副变配电室分段母线，母线之间同样设置手动联络开关，当其中一路电源故障或检修时，另一路可带其中一、二级负荷正常运行。可以说整个电源系统的供电可靠性在满足规范的要求之上是有进一步提高的，这种方式比较适合于对电源有特殊要求或有较多特别重要用电负荷的情况，但
9、也考虑到建设费用相对较高，因此也可采用了常规的两路独立电源供电外加应急柴油发电机的配电模式。两路10kV电源引入，同时供电，之间不设联络开关，每路电源均可带全部一、二级负荷正常运行 ；另外在地下层设柴油发电机组作为应急电源，直接供至低压应急母线 ；以上两种供电方案均为放射式配电，由地下层主变配电室放射式配出专路10kV 电缆至避难层副变配电室内的变压器。除了仍可采用放射方式向各个避难层的分变配电室分别配电外，也可选择采用环网方式进行配电，将各个分变配电室以开环连接，形成纵向网络，这种配电方式在横向的城市供电网络中应用非常广泛。其特点是网络中任一变压器的故障和检修都可不影响其他变压器的正常运行，
10、同样也具有较高的供电可靠性。具体可结合工程的具体性质和要求以及投资费用等各方面综合考虑，选择适当的安全可靠的供电方案。6.1.4.4.高压供配电系统1） 超高层住宅的高压供配电系统宜采用主配变电所分配变电所结构，主配变电所应采用单母线分段的主接线形式放射式引至分配变电所。2）高压系统的配电级数不宜多于两级。3）应根据当地供电部门的规定，35kV 电压等级可直降到 0.4kV；也可先将 35kV 降压到 10kV，再将10kV降到0.4kV。4）如当地供电部门没有特别要求，20kV 电压等级可直降到0.4kV。6.1.4.5.配变电所1）所址选择应满足10kV及以下变电所设计规范GB50053、
11、民用建筑电气设计规范JGJ 16、35110kV变电所设计规范GB 50059中的有关规定，主要配变电所 ( 室 ) 严禁设置于大量人员能达到的场所。变电所、主要的配电间不应设在伸缩缝、沉降缝及存在漏水危险的地方。备用发电机、变压器不宜靠近主出入口。2）配变电所应设置在负荷中心，主配变电所宜设在地下一层、地下二层（非最底层）和首层，也可设置独立的变电站。分配变电所应根据负荷情况设在避难层、顶层，其变压器容量不宜超过1000kVA。变压器的体积和重量型号LPA （dB）绝缘等级LBH（mm）重量（kg）SCB10-1000/1050F2000140019153395SGB10-1000/1051
12、H1900135016552730SCB10-1000/3553F269017002350 4330由表可知常用的三款1000kVA变压器的主要参数，SGB10-1000kVA、10kV 的变压器重量不足 3t，其重量只有同规格的SCB10 80%。宽度只有1.35m，因此，采用3t的货梯即可解决垂直运输问题。而变压1000kVA器基本上可以满足楼上大型设备的需求。3）配电变压器的长期工作负载率不宜超过60%。4）超高层建筑至少在主配变电所设值班室，值班室宜单独设置，也可与控制室合用。值班室应能直通或经过走道与高压配电装置室和相应的配电装置室相通，并应有门直接通向室外或走道。根据工程具体情况，
13、配变电所的高低压开关柜布置型式可选择下进下出、下进上处、上进下出、上进下出。当有大截面电缆或电缆数量较多时，宜设电缆夹层，电缆夹层净高不应低于1.8m、且不高于3.2m。5）配变电所内应设置低压集中自动电容补偿装置。补偿要求按当地供电部门的规定执行，当没有明确规定时，补偿后低压侧进线处的功率因数应达到 0.90以上。电容补偿装置的选择应考虑配电系统中高次谐波的影响。6）继电保护按电力装置的继电保护和自动装置设计规范GB50062、电力装置的电测量仪表装置设计规范GB/T 50063、民用建筑电气设计规范JGJ 16的要求执行。并符合下列规定：(1) 当高压系统采用中性点经小电阻接地方式时，应设
14、置零序速断保护，零序保护装置动作于跳闸，其信号接入事故信号回路。(2) 当分变电所离总配变电所距离较远且上级保护不能满足分变电所进线处保护灵敏度要求时，分变电所进线处应设一级保护。如果必要，分变电所的变压器可设差动保护。(3) 超高层建筑宜采用综合继保单元，分散布置在高压配电装置上 ；低压系统宜采用多功能仪表。高压、低压、柴油发电机组成统一的电气控制系统并接入BMS 系统。 变压器的温度保护通常设二级保护，第一级作用于超温报警，并连锁风机强迫启动风机对变压器进行冷却 ；第二级作用于超温动作跳闸，切除故障变压器回路。而母联断路器电流速断保护仅在合闸瞬间投入，并在合闸后自动解除。这样可以减少保护配
15、合的级数，提高可靠性。继电保护列表配变电所部位小电阻接地系统中性点不接地或经消弧线圈接地总配变电所高压进线过流和速断保护过流和速断保护零序接地故障保护单相接地报警失压保护失压保护高压母联过流和速断保护过流和速断保护高压馈线过流和速断保护过流和速断保护零序接地故障保护分配变电所高压进线不设保护*不设保护*变压器过流和速断保护 过流和速断保护零序接地故障保护温度保护温度保护必要时设变压器差动保护必要时设变压器差动保护* 当上级保护不满足保护灵敏度要求时，分配变电所进线处应设保护。7）控制方式、所用电源及操作电源超高层建筑高压宜采用集中控制方式，对变压器主断路器、分段断路器、主要馈出回路断路器宜采用集中监视方式。主配变电所应采用直流操作电源，分配变电所视具体情况采用直流操作电源或交流操作电源。所用电源宜引自配电变压器。8）备用、应急电源(1) 应急电源的设置要求按相关规范执行。(2) 备用电源应采用独立于正常电源的发电机组，不应采用蓄电池。酒店部分的备用电源应按酒店管理公司的要求设置，用于出租的写字楼宜预留柴油发电机组房的位置及进排风、供油等条件。(3) 柴油发电机房宜
