某超高层办公楼供配电系统概述

0 引言

      依据《民用建筑设计通则》(GB 50352-2005)规定：建筑高度超过100m的民用建筑为超高层建筑（Extra-high building）。目前国内在建或竣工的超高层建筑中，以上海环球金融中心（地上124层，高632m）、广州新电视塔（塔身高454m，总高600m）、中国尊（地上108层，高528m）为代表的超高层建筑都是成功的范例。超高层建筑在完美勾勒城市天际线的同时，其特殊性和功能多样性也对供配电系统的可靠性、安全性提出了更高的要求。

      在“一带一路”的大背景下，我院承接了新疆乌鲁木齐高铁新区超高层群的设计工作。借此经历简要阐述高度在300m以下的超高层办公楼的供配电系统。

1 工程概况

      本项目坐落于乌鲁木齐市高铁新区，总建筑面积1 707 828m2。本项目组团4栋超高层办公楼，2栋超高层公寓楼，1栋超高层五星酒店，1座大型商业MALL以及配套设施，打造地标性城市综合体。因各超高层建造标准和招商要求不尽相同，本文选取负荷指标、电源可靠性要求最高的2-02#办公楼为例，阐述超高层办公楼供配电系统。

      2-02#办公楼：建筑高度277.95m，建筑面积约140096 m2。地下4层为人防/车库，地下1~3层为设备机房，地上1~4层为裙房商业和办公配套，5~62层为办公标准层，其中9、20、31、41、52层为避难层/设备层。

2 负荷等级

     《民用建筑电气设计规范》（以下简称《民规》）3.2节负荷分级及供电要求，没有对超高层建筑提出特殊要求中，所以要根据建筑的功能来选择合适的负荷等级。因此该办公楼在划定负荷等级时参照《民规》附录A 民用建筑中各类建筑物的主要用电负荷分级中24条规定和《民规》3.2.4条文。

       按照《民规》对负荷分级的定义，该办公楼的安全防范系统用电、消防系统用电（如消防控制室、消火栓 泵、喷淋泵、加压风机、排烟风机、消防电梯及其排水泵等）、应急照明、疏散指示照明、航空障碍灯、屋顶直升机停机坪照明、高层公共区域走道照明用电、值班照明、警卫照明、经营及设备管理用计算机系统用电、变电所用电、通信机房、电子信息设备机房用电、排污泵、客梯、生活水泵、擦窗机、超高层办公楼24h空调系统及租户重要负荷等为一级负荷。其中，安全防范系统用电、消防系统用电、应急照明、疏散指示照明、航空障碍灯、屋顶直升机停机坪照明、经营及设备管理用计算机系统用电、变电所用电、通信机房等为一级负荷中的特别重要负荷；超高层客梯、擦窗机、超高层办公楼24h空调系统及租户重要负荷等中断供电将造成重大影响或重大损失的一级负荷为保障性负荷。超高层办公楼租户办公照明、小动力为二级负荷。其余一般照明、动力等为三级负荷。

      依据《民规》3.3节电源及供配电系统要求，一级负荷采用双市电供电，一级负荷中特别重要负荷及保障性负荷除采用双市电供电外，还采用柴油发电机组作为应急的第三电源，各弱电智能化系统、消防控制室的用电还需各系统自带UPS作为备用电源。二级负荷采用双市电电源供电，三级负荷采用单市电电源供电。

3 高低压主接线形式

       供配电系统的设计方案，需根据工程的规模及特点，按照负荷的性质、用电量、地区供电条件并适当考虑工程的发展来确定。当地供电局要求，每路10kV进线装机容量不高于7 000kVA，两路10kV高压电源采用互备方式运行，要求任一路高压电源可以负担全部一、二级负荷。02#本地块报建一座开闭站，为街区商业、地下车库、2-02超高层办公、2-03超高层酒店提供双路10kV市政电源。

       经多轮可靠性与经济性比较，该建筑高压系统最终选定各变电所两路10kV高压电源同时供电，单母线分段运行，互为备用，设母线联络开关，手动操作。低压系统各变电所变压器低压侧采用0.4kV单母线分段的接线方式、低压母线分段开关采用自动投切方式时，低压母联断路器设有自投自复、自投手复、自投停用三种状态的位置选择开关，自投时应设有一定的延时，当变压器低压侧总开关因过负荷或短路故障而分闸时，母联断路器不得自动合闸，电源主断路器与母联断路器之间设电气联锁。当同组两台变压器低压侧均失电时，切除非保障性负荷，启动应急柴油发电机组或备用柴油发电机组。正常电源与应急发电机电源断路器间应有电气闭锁和机械联锁或采用双投开关。具体主接线形式详见图1。

图1  高低压主接线图

4 主/分变配电所和自备柴油发电机的设置

      根据表1负荷估算结果，并校验各变电所出线电缆长度的压降，该建筑最终实施的方案是在地下1层设主变电所，另设31层避难层分变电所、地下2层制冷分变电所，低压供电均采用向上供电方式。各变电所内变压器的高压电源均从设在主变电所的高压配电柜放射式配电引出。为保证一级负荷中特别重要负荷的供电可靠性，在地下1层设置低压柴油发电机组作为应急电源。该办公楼分别在柴油发电机房为租户预留了专用的柴油发电机组作为租户的备用电源，在施工图阶段预留机房及强电井内土建位置。主/分变配电所供电范围详见图2。

                                   表1  本超高层办公楼负荷估算表

    图2  主/分变配电所及柴发机房供电范围

5 供配电系统简述

       本超高层办公楼的地下1层设主变电所，31层设避难层分变电所，地下2层设制冷分变电所，各变电所内变压器的高压电源均从设在主变电所的高压配电柜放射式配电引来。低压配电干线采用放射与树干相结合的配电方式。消防负荷、重要负荷、容量较大的设备及机房采用放射方式，就地设配电柜；容量较小的分散设备采用树干式供电。具体低压配电干线系统图详见图3和图4。

                    图3  主变电所动力干线系统图

                  图4  主变电所照明干线系统图

5.1 一级负荷

       采用两路市电电源供电，电源引自变配电所不同变压器的低压母线段，并在末端配电箱处互投。一级负荷中的特别重要负荷及保障性负荷，除采用两个市电电源供电外，还分别设置柴油发电机组作为应急电源及备用电源，一级负荷中的特别重要负荷采用双电源供电并在末端配电箱处互投，为消防负荷供电的电源中的一路引自应急电源母线段，为非消防负荷供电的电源中的一路引自备用电源母线段，为保障性负荷供电的电源中的一路引自备用电源母线段。根据允许断电时间的不同，各弱电智能化系统、主要业务和计算机系统、电子信息设备机房、安防控制室及消防控制室的用电还需自带UPS作为备用电源。超高层弱电井内设备用电按避难层分段集中设置UPS 电源，单独回路供电，消防用电与非消防用电分开，在每个弱电井的每层均分别设置UPS电源开关箱。在各防火分区分别设置的应急照明、疏散指示照明也相对集中设置EPS作为备用电源。

5.2 二级负荷

      采用双电源供电并在适当位置处互投后再放射式供电或采用专用回路供电。租户办公层电表箱分奇数、偶数层采用两段专用母线段供电，并在同层预留母线插接箱，方便事故状态下投入另一段母线以提高供电可靠性。

5.3 三级负荷

      采用单市电电源供电。为降低造价，甲方要求超高层办公楼卫生间照明、插座电源及电梯厅插座电源从层电表箱引接。

6 电缆选型和敷设方式说明

      超高层建筑电缆选型和敷设方式应严格执行《民规》7.4节和《建筑设计防火规范》10.1.10条规定，并结合工程实际综合选定。

6.1导体选择

      高压柜至变压器高压侧采用6/10kV交联聚乙烯绝缘、聚烯烃护套无卤低烟阻燃B级铜芯电力电缆。发电机应急母线采用耐火型密集母线，冷冻机组等大型设备、办公照明、小动力大电流等用电采用密集型母线。对火灾时继续工作的备用照明、消防泵房、防排烟风机、消防电梯、消防控制室、电话机房等需要持续供电时间至少180min的一级负荷采用0.6/1kV柔性矿物绝缘防火电缆。低压采用0.6/1kV交联聚乙烯绝缘、聚烯烃护套无卤低烟阻燃A级铜芯电力电缆。非消防配电分支线的导线采用交联聚乙烯绝缘无卤低烟阻燃型铜芯导线，消防配电分支线导线采用交联聚乙烯绝缘无卤低烟阻燃耐火型铜芯导线。非消防控制电缆采用WDZ-KVV或WDZ-KVV22型，消防设备控制电缆采用WDZN-KVV，阻燃B级。

6.2线路敷设

      超高层办公楼由地下主变电所至避难层分变电所的高压电缆沿专用的高压电缆井敷设，同组2路高压电缆沿不同的高压线槽敷设。水平和竖向垂直干线电缆均敷设在电缆槽盒内，控制及信号线缆在电缆槽盒或金属保护管内敷设。

     普通与应急、双路电源等线缆应分管、分电缆槽盒或槽盒加金属隔板敷设。本工程设置消防专用电缆槽盒，对于消防电力电缆由变电所沿消防专用电缆槽盒敷设至配电点。消防配电线槽与其他配电线槽在电井内布置在两侧。

     密集母线垂直敷设时采取减震降扰动措施，如密集母线不选用铝制外壳，以提高强度；设置柔性、独立式接头，以吸收轴向的伸缩；设置弹性支架和垫片，以缓解轴向位移和振动；缩短密集母线垂直敷设段的长度，以减小横向位移。

     消防设备的配电线路，明敷时（包括敷设在吊顶内）应穿金属管或采用封闭式电缆槽盒保护，金属管或封闭式电缆槽盒应采取防火保护措施；暗敷时应穿管并应敷设在不燃性结构内且保护层厚度不应小于30mm。

7 结束语

      我国经济的不断发展及现代建筑结构安全技术体系的不断完善，使得超高层建筑已然成为我国各大、中型城市的发展热点。本文还原设计过程，梳理设计思路，介绍某超高层办公建筑的电气供配电系统设计，同时阐述了超高层办公楼电气设计应关注的要点。并根据设计团队超高层建筑电气设计项目的设计经历,剖析超高层建筑电气设计的特点,包括供电电源及供电电压等级的选择、供配电系统的搭建等,进而总结高度在300m以下的超高层办公楼的供配电系统。综上所述，该设计方案具有普遍性，可供同等高度、同等电网条件下建筑参考。