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摘要：确定超高层建筑的负荷等级及供电电源，简述低压配电系统运行方式及与柴油发电机的联锁方式，对变电所和柴油发电机房的位置选择和设备运输方法进行利弊分析。
关键词：超高层建筑，一级负荷，双重电源，节能型变压器，柴油发电机组，设备垂直运输
1 概述
我国正处在工业化和城镇化高速发展过程中，城市建设飞速发展促使建筑业迅猛发展，大中城市土地资源的稀缺以及城市形象的需要，使得超高层建筑层出不穷，不断刷新城市天际线，据统计，近几年，中国高度超过200米的超高层建筑占全世界半数以上，超高层建筑的设计也越来越受到重视。
本文就超高层建筑电气设计中变配发电系统需要注意的问题进行探讨。
2 变配发电系统
2.1 应根据工程概况确定负荷等级。超高层建筑属一类高层建筑，其消防水泵、防排烟风机、消防电梯、消防控制室、防火卷帘和应急照明等消防负荷，生活泵、排污泵、客梯等动力负荷，主要通道等场所的照明，大型商场及超市营业厅备用照明，四星级以上旅游饭店的高级客房、餐厅、宴会厅、厨房，安防系统用电，电子信息机房用电等属一级负荷，计算机系统用电属一级负荷中特别重要的负荷；大型商场及超市自动扶梯及空调属二级负荷；其余属三级负荷。
2.2 根据供配电系统设计规范，一级负荷应由双重电源供电，采用高压电力电缆埋地引入两路10kV市政电源（双重电源）进线，若负荷容量较大，还应根据当地供电部门的规定增加进线，并装设柴油发电机组作备用电源以保证一、二级负荷和其他重要负荷用电，柴油发电机与市电之间设置机械与电气联锁，市电因故停电时，柴油发电机组自启动，30秒内即可向重要负荷供电，各变压器低压主开关（断路器）辅助接点（而不能是继电器的接点）形成“与”逻辑关系作为自启动信号。一级负荷中特别重要负荷还需增设应急UPS电源。
2.3 由于超高层的重要性，高压柜操作、控制电源采用DC220V直流电源，采用EPS集中电源或每柜设置微型直流电源。
2.4 低压配电系统采用单母线分段结线型式，变压器分列运行，变压器出线总开关与母联开关进行机械和电气联锁，某台变压器故障或检修时可视情况人工合上母联开关由另一台变压器供相关负荷用电。重要负荷由变电所的不同母线段（市电和发电）提供两路低压电源，并于末端设置电源自动切换装置；超高层二级空调负荷可单独设置变压器供电，可以满足二级非消防负荷的供电要求，也满足季节性负荷供电要求，以利节能。
2.5 变压器空载损耗和负载损耗值应不高于2级能效值（节能评价值），选用损耗水平代号为12及以上的节能型变压器，鉴于超高层建筑的重要性，宜选择SCB13型或空载损耗更低的非晶合金变压器；选用D，yn11接线组别的变压器；变压器负荷率应在经济运行参数范围内，一般取75% ～80%为宜；变配电系统应进行无功补偿，补偿后功率因数应大于0.90，考虑到变压器自身的铁损铜损影响，低压侧补偿后的功率因数宜取0.95左右。低压侧自动补偿柜中设置电抗器消除谐波，谐波源较多的公共建筑，如计算机中心、金融机构等场所宜设置滤波装置进行谐波治理。考虑发电机房的通风散热因素影响，柴油发电机负荷率按常载容量时一般取90%以下，按备载容量时一般取85%以下。
2.6 变电所位置
变电所不应设置在多层地下室的最底层，不应直接设在厕所、浴室、厨房的正下方且不宜贴邻，若贴邻时，相邻隔墙应做防渗水处理；当变电所的上下方和贴临为住宅、办公、客房时应做屏蔽处理。
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超高层建筑根据需要可设置若干变电所，主变电所宜设置在地下室，楼上是否设置高区分变电所应根据负荷容量大小、楼层建筑功能和业主要求而定，有些开发商认为楼上设置变压器产生的电磁辐射和噪音干扰将影响相邻楼层办公或住宅品质，降低租售率，提出尽量不设置楼上分变电所，若设置，也需要做好屏蔽和防噪音措施；当楼高不超200米且建筑功能较简单，如住宅或一般办公性质时，可只设置地下室变电所，但因长距离供电（特别是对屋顶的电梯和风机等负荷），应进行电压损失校验，适当增加电缆的截面；当建筑功能较复杂、负荷容量较大或楼高超200米时，一般宜设置高区分变电所，分变电所设置在相应的避难层，因层高限制，一般低压配电柜采用上进上出电缆方式对避难层上下相近楼层进行供电；由地下室总变电所引至高区各分变电所的高压电缆应采用无卤低烟阻燃耐火型且单独穿金属线槽敷设在电井中；超高层建筑变电所出线电缆采用无卤低烟阻燃电缆、消防供电回路采用矿物绝缘电缆；为减小电压损失而采用母线槽供电时需注意超高层建筑在风荷载影响下可能发生的摆动引起母线槽位移松动造成断电，故一般超高层建筑重要的回路尽量采用电缆配电。
高区变电所变压器垂直运输通常有以下四种方法，方法一：拆脚手架前利用施工塔吊运输，但此方法不方便日后更换变压器；方法二：利用电梯井道吊装，需土建专业在电梯井道上方的机房内预留3～5吨吊钩，此法用在大楼竣工使用后，需暂时拆除原有的电梯曳引钢丝，在井道内临时安置一套滑轮通过机房吊钩用钢绳将变压器提升到高区变电所，运输通道太长控制不便，吊装中可能会引起钢绳摇晃碰壁造成变压器损坏，且施工工期较长，对后期大楼的正常运营影响较大，需事先向甲方充分说明以决定取舍；方法三：变压器运至项目场地分组拆卸后利用电梯运送至高区变电所再组装测试，但测试需要较高费用且拆装后可能影响其性能指标；方法四：利用货梯运输，因客梯或消防梯的便捷性和安全性需要满足较高梯速的要求，如消防梯需满足60S达到顶层的梯速，故其载重量不会太高，一般为1600kg～2000kg以下，因此无法运送500kVA及以上的变压器，故只能选择对梯速无要求的货梯运输，此法也是现今主流做法，需事先与建筑专业协商选择满足变压器载重量的货梯或向电梯厂家特别定制，一般超高层建筑都设置3500kg大载重量的货梯，可以运输重量为3300kg的变压器，经过数据比对发现，此重量的变压器尺寸一般均小于各品牌大载重量货梯轿厢尺寸，也即高区分变电所的变压器容量一般选择不大于1000kVA即可满足货梯运输要求，少数厂家可以做到1250kVA。
2.7柴油发电机房位置
柴油发电机房宜布置在首层或地下一、二层，不应布置在地下三层及以下，不应布置在人员密集场所的上一层、下一层或贴邻，不应设置在经常积水场所的正下方或贴邻。
超高层建筑由于设备垂直运输不易解决，且长距离柴油输油管路火灾危险性大，故柴油发电机一般设置在地下室，楼上不宜设置。若楼高超过450m时，为满足电压损失要求，可考虑在地下室设置高压10kV柴油发电机组，需在上部相关避难层增设10kV配电设备及相应的变压器和低压配电柜供高区设备用，故初期投资较高；当楼高为250m～450m时，需进行电压损失校验和经济性比较以确定柴油发电机的电压等级；当楼高小于250m时，一般选择低压380V柴油发电机，其初期投资比高压柴油发电机小。
由于超高层建筑用电负荷容量较大，其柴油发电机组的容量一般也较大，受储油间储存量不应大于1m3限制，要满足火灾时柴油发电机组持续运行时间大于3小时的要求可能有些困难，可以采取分解为两个柴油发电机组、设置两个储油间的方式化解，以满足消防控制室、变电所、消防水泵、消防风机、消防电梯等消防设备供电需要。
因超高层建筑一般数百米高，若机房排烟管引至最高层屋顶排放，则可能会受到外界因素的影响造成背压值增大，排烟阻力也增大，不利于排放，影响燃烧效率，增加排气温度，导致发动机功率损失。可选择排放至裙楼屋顶，但要注意烟管应设置在主导风向的下风处，以免对周边的房间造成影响。
3 结语
超高层建筑电气设计应注意其特殊性，科学合理规划好变电所和柴油发电机房位置，对节约初期投资和日后大楼的正常运营至关重要。
参考文献：
［1］GB50016-2014建筑设计防火规范
［2］JGJ16-2008民用建筑电气设计规范
［3］GB50053-2013. 20kV及以下变电所设计规范
［4］GB50052-2009.供配电系统设计规范
论文作者:蔡焕宁
论文发表刊物:《建筑科技》2017年第24期
论文发表时间:2018/4/8
标签：变电所论文; 负荷论文; 变压器论文; 高层建筑论文; 柴油论文; 机房论文; 电源论文; 《建筑科技》2017年第24期论文;