摘要：结合某综合办公大楼的供配电系统设计实例，分析了高层建筑负荷特性，解决高层建筑供配电系统设计中的问题。并从负荷分级和负荷计算、供电电源、配电系统、设备与线缆选型以及照明系统等方面总结经验，阐述高层建筑供配电设计的几个重点。
关键词：负荷等级；供配电系统；照明系统
随着社会经济的快速发展与城市化进程的加快，越来越多的不同功能的综合办公大楼应运而生，如何进行综合办公建筑的电气设计，使其与办公大楼的规模、功能相适应，已成为电气工程设计领域的一个研究课题。本文结合某综合办公大楼供配电设计的实践与体会，分析了高层建筑的电气设计思路与设计方法[1]。
1建筑概况
大楼属一类高层建筑，总体包括主楼和裙楼两部分。主楼地上二十六层，地下一层，建筑面积为42365平方米，工程性质为办公及配套项目。地下室部分主要为变配电室、中央空调、泵房等设备用房，建筑面积为1925平方米。东裙房为陈列室，建筑面积15078平米。西裙房为多功能报告厅，建筑面积7731.22平米。该楼宇耐火等级为一级。
2供配电系统设计
2.1负荷等级
一级负荷：消防控制室、送/排烟风机、消防电梯、消防泵、喷淋泵、防火卷帘、应急照明等消防设备、航空灯、走廊照明、客梯用电、排污泵、网络机房用电、安防系统用电、陈列室的模型用电。二级负荷：报告厅的消防负荷用电、应急照明用电。三级负荷：其他照明及动力负荷。
2.2负荷计算
空调负荷共计2080kW，选用两台1600kVA的干式变压器。普通动力及照明总设备容量为1702kW，一二级负荷平时为424kW，消防时706kW，选用两台容量为1600kVA的干式变压器。西裙楼报告厅的舞台、观众照明、舞台机械等使用专用变压器，安装容量410kW，使用一台容量为630kVA的变压器。
2.3供电电源
2.3.1高压供电系统
大楼地下一层设10kV变配电室，采用两路独立的10kV电源，两路电源分别引自不同的区域变电站，当一路电源发生故障时，由另一路供电。供电传输方式采用10kV高压电缆埋地引入高电室。高压系统图见图1。
10kV高压配电系统为单母线分段，1#进线为主供电源进线，2#进线为备供电源进线。正常情况下1#进线开关闭合，带1#、2#、3#、4#、5#变压器，分段开关处于闭合状态，2#进线开关处于热备用状态。如果1#进线出现故障，分段开关自动断开，2#进线开关自动闭合，仅带2#变压器，同时控制保护装置能根据以上运行方式进行互锁。
2.3.2低压配电系统
低压配电系统接地形式采用TN－S系统，中性线和保护接地线自低电室低压开关柜开始分开，不再相连。1号变压器和2变压器之间设联络开关，低压母线分段运行，当一路变压器电源失电时，由专业人员人工闭合联络开关，由另一路的变压器保证供电，主进断路器与联络断路器设电气连锁，任何情况下只能投入其中的两个断路器。3号变压器和4号变压器为空调专用，同样道理两变压器之间设联络开关，当负荷减小时，可停运一台变压器；当空调设备停止运行时，可将两台变压器都切除，减少损耗。
（1）一级负荷和消防负荷供电由低压侧两段不同母线上各引出一路配电干线回路，采用双电源自动转换装置，电源切换采取末端转换。
（2）二级负荷供电除消防用电外，采用专用配电回路，由变电室低压配电柜单独引出一路专线电缆。变电室低压侧两段母线之间设有母联开关，具有自动或手动切换功能。网络机房设置一套UPS不间断电源装置。消防控制中心设置火灾报警系统专用DC24V直流备用电源装置。
（3）舞台照明及观众厅调光照明由低压室直接放射电缆至调光柜专用电源配电箱。舞台音响及扩声设备采用专路供电，由低压室直接放射电缆至功放室配电箱。同时为保证声音质量，舞台音响电源设隔离变压器及自动稳压电源装置。舞台机械部分，由低压配电柜引出专用电缆回路，放射至末端舞台机械专用配电柜上。
2.3.3防止高次谐波干扰措施
（1）报告厅选用接线为Dy0干式变压器，其他变压器选用接线为Dyn11干式变压器。
（2）由可控硅调光柜配出的照明回路尽可能采用单相供电，当采用三相供电时，其中性线截面应不小于相线截面的2倍。
（3）舞台调光柜室应配套预留有源谐波治理装置。
2.3.4低压柜功能设计
各低压柜上均配置数字式多功能仪表。进线柜具有三相综合全电量测量、最大最小值记录、谐波含量分析等功能；出线柜具有三相电流、电压及有功无功的测量功能；无功补偿柜具有电压、电流、有功无功视在功率、频率和功率因数的测量。
2.3.5低压无功补偿装置
系统采用低压集中自动补偿，对系统进行无功功率自动补偿，补偿后功率因数达到0.9至0.95。电容补偿装置的控制器采用低压三相不平衡、无功补偿及配变监测装置。电容器为干式自愈型电容器，补偿容量配置不低于400kvar，采用三相共补与单相分补相结合的综合补偿方式，并配置电抗率为7%的电抗器。该自动补偿装置，具备自动过零投切、分相补偿、智能监测以及抑制谐波等功能。
3设备选型及导线选择
3.1高压开关柜
高压开关柜型号为KYN28A－12(Z)，户内金属铠装全封闭手车中置式开关柜，金属外壳防护等级为IP3X及以上。高压柜功能设计：分段断路器柜与分段隔离柜之间有连锁装置，当分段断路器在合闸状态，禁止操作分段隔离柜小车。分段断路器与备供电源断路器间装设备自投装置和互锁装置。
3.2变压器
变压器为10kV户内三相双绕组无励磁调压干式变压器，型号为SCB10－1600/10，额定电压10.5kV/0.4kV，最高运行电压为12kV。变压器采取中性点运行方式，中性点直接接地。同时变压器自带冷却风机，如果温度超过设置温度可自行启动降温。
3.3线缆
(1)高压电缆型号为YJV22－8.7/15kV，电缆构造为交联工艺必须是全封闭干式交联，内、外半导电层与绝缘层应采用三层共挤。额定电压为8.7kV/15kV，最高运行电压为17.5kV，采用中性点不直接接地方式。
(2)消防动力干线采用WDZN－YJE－1kV铜芯低烟无卤耐火电力电缆，照明干线选用WDZ－YJE－1KV铜芯低烟无卤电力电缆，泵房内设备电源线采用防水电缆。
(3)消防动力及应急照明支线采用WDZN－BYJ－750V低烟无卤耐火铜芯导线穿JDG或钢管沿墙及楼板暗敷。
(4)普通照明及插座采用WDZ－BYJ－750V低烟无卤铜芯导线。
(5)低压电力电缆不应低于0.6/1kV，绝缘电线不应低于0.45/ 0.75kV，应急照明支线采用750V耐火电线电缆，导线穿PVC冷弯塑料管沿墙及楼板。
4照明系统
4.1照明光源和灯具
本楼照明以清洁、明快为原则进行设计，同时考虑节能因素，采用高效节能灯，荧光灯做基本光源并配备电子镇流器，楼梯照明采用声光控延时开关控制，应急照明采用双控开关控制。本工程采用荧光灯，节能灯做基本光源，荧光灯具选用细管型T8或T5高效节能灯具，并配备电子镇流器，荧光灯自带电容补偿，使其功率因数达到0.95。公共照明采用紧凑型节能灯具，疏散指示灯采用3WLED灯，考虑装修要求，部分场所灯具照明功率密度值按50%灯具考虑[4]。
4.2照明方式
办公等一般照明，满足一般活动的照度要求，由相应的层配电箱控制，公共照明为每三四层设置一台公共照明箱，采用一灯一控方式；应急照明每三四层设置一台应急照明箱，内设消防控制模块，平时作为普通照明用，采用一灯一控，楼梯间采用声光控制开关。
4.3照度要求
各主要场所的照度要求：
4.4应急照明
（1）东裙房的报告厅、陈列室、学生服务中心应急照明照度不应低于正常照明的10%，即30lx。
（2）西裙房的主席台、大厅等应急照明照度不应低于30lx，消防控制室，变配电室，弱电机房，送风及排烟机房，消防泵房等按100%照度。
（3）主楼及陈列室的应急照明采用双电源供电，楼梯间、走道设不带蓄电池的应急及疏散指示灯，平时由开关控制点亮，火灾时切断电源，应急疏散灯自动点亮，自带蓄电池灯应急供电时间为60分钟。报告厅部分采用EPS供电，火灾时由消防控制自动点亮，急供电时间不少于30分钟。照明、插座线路敷设于金属线槽内，引出线路穿JDG管沿吊顶内、墙、柱敷设。
5接地系统及安全措施
大楼防雷接地、电气设备的保护接地、电梯接地、弱电接地等各种接地共用基础做接地装置，接地电阻不大于1欧姆。工程采用总等电位联结，在地下一层配电室设总等电电位联结箱MEB，把建筑物内保护干线、配电柜金属外壳、电梯轨道、基础主筋、结构柱内主筋、进出建筑物的金属管道等做等电位连接。高压及低压配电柜处加装第一级浪涌保护器，层配电间处加装第二级浪涌保护器，防雷电波侵入。
6结语
本文根据设计实例与相关标准规范的要求，分析了高层建筑电气负荷特性，对高层建筑供配电系统设计的几个重点问题进行总结，为高层建筑电气设计提供一些参考。
参考文献
[1]高玉岭.石家庄勒泰中心酒店大楼供配电系统设计[J].现代建筑电气，2011，2(7)：38-41.
[2]中国建筑东北设计研究院.JGJ16－2008民用建筑电气设计规范[S].2008.
[3]中华人民共和国国家发展和改革委员会.GB50052－2009供配电系统设计规范[S].北京：中国计划出版社：2009.
论文作者:张亿谋
论文发表刊物:《电力设备》2018年第15期
论文发表时间:2018/8/21
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