(深圳市粤鹏建设有限公司. 广东深圳. 518000)
【摘要】超高层综合体具有层数多、面积大、功能多样、人员众多,以及防火安全要求高等特点,作为超高层综合体配套设计的重要组成部分—供配电设计,在设计时应在确保供配电运行安全可靠的基础上,力求系统简单、节能高效、施工可行。本文根据广晟万博城工程案例,对超高层综合体供配电设计要点进行分析。
【关键词】超高层综合体;供配电设计;安全可靠;母线槽;矿物绝缘电缆;应急照明。
一、工程概况
本工程总用地面积约40879平方米,可建设用地面积约35175平方米,总建筑面积约349769平方米,整个综合体包含A/B/C共3栋超高层塔楼及其裙房与地下室等配套建筑。具体包括:(1)A塔楼及其裙房总面积约为160219平方米,建筑高度266.15米,其中地上8层为商业裙房,主要为酒店配套用房,面积54364平方米;其余地上49层为商业塔楼,主要功能为办公、酒店用房及避难层,面积105855平米。(2)B塔楼及其裙房总面积约为29649平方米,建筑高度125.30米,共26层,其中1~6层为商业裙房,7~26层主要功能为办公及避难层。(3)C塔楼及其裙房总面积约为35846平方米,建筑高度148米,共31层,其中1~6层为商业裙房,7~31层主要功能为办公及避难层。(4)1-4#商业楼共4栋,建筑总面积约为15480平方米,层数均为4层,主要功能为商业街。(5)地下室建筑总面积约为108575平方米,地下共4层,主要功能为超市、停车库及设备用房。本工程建筑工程等级为一级,结构形式A塔为框架核心筒结构。B、C塔为带连体的双塔框架剪力墙结构,商业街及A塔裙楼为框架结构。
二、负荷等级及分类
本工程A/B/C塔均为超高层公共建筑,地下室为I类停车库及地下商业、超市、A塔酒店及办公配套用房,商业街为多层公共建筑。根据相关规范将本工程各负荷等级分类如下:
1、A塔酒店定位为五星级酒店,部分配套用房在地下室,按照规范要求五星级及以上旅游饭店的经营及设备管理用计算机系统用电为特别重要一级负荷。五星级及以上旅游饭店的宴会厅、餐厅、厨房、康乐设施、门厅及高级客房、主要通道等场所的照明用电,厨房、排污泵、生活水泵、主要客梯用电,计算机、电话、电声和录像设备、新闻摄影用电为一级负荷,除此以外,五星级酒店的其它负荷为二级负荷。酒店各个配套用房依据此原则来确定负荷等级。
2、本工程消防用电设备如消火栓泵、喷淋泵,通风兼排烟风机、防火卷帘门、正压送风机、消防电梯、应急照明等用电为一级负荷。
3、本工程走道照明、值班照明、障碍照明用电、智能化系统、安防系统用电;客梯、生活水泵、排污泵用电、商业内备用照明属一级负荷。
4、大型商场结算系统为一级负荷中的特别重要负荷。
5、大型商场及超市的空调用电、扶梯用电为二级负荷。
6、其它的一般电力、照明用电属三级负荷。
三、市政供电及变配电系统
根据建设方提供的市政条件及相关规范要求,本工程由市政电网引来4路10kV电源高压供电,3用1备。其中,1GN市电供一期商业街、二期BC塔办公变电所,约12200kVA;2GN市电供三期MALL变电所及三期酒店变电所,约12400kVA;3GN市电供三期A塔办公变电所,约10800kVA。当1GN、2GN、3GN有任意一路掉电时,4GN自动投入,自投手复。各进线开关、联络开关之间采取电气联锁措施,确保1GN、2GN、3GN和4GN分列供电。10KV高压供电示意见下图:
变电所低压配电系统均采用单母线分段运行方式,变压器成对分列运行,所内各台变压器之间设联络开关,用户可按经济运行方式灵活投切变压器。各联络开关与进线开关设置电气联锁,确保变压器不并列运行。
考虑到综合体项目体积庞大,根据功能分区管理要求,以及规范要求变电所选址宜靠近负荷中心,减少低压供电半径,减少运行损耗,保证供电质量等原则,本工程设置多处变电所,具体按分期设置变电所及变压器如下:
1、一期:在C塔地下一层设置商业街变电所,配置2x2000kVA+2x1600kVA变压器,供商业街1~4栋和B塔、C塔1~3层商业及南区地下室电气负荷。
2、二期:在C塔地下二层设置BC塔办公变电所,配置4x1250kVA变压器,供BC塔办公及附属地下室电气负荷。
3、三期:(1)在地下二层设置MALL变电所,配置2x2000kVA+2x1600kVA变压器,供MALL及北区地下室电气负荷。(2)在A塔地下一层设置办公变电所,配置2x1000kVA+2x1600kVA变压器,供A塔办公电气负荷,其中两台1600kVA变压器专供空调冷源负荷。(3)在A塔地下一层设置商务办公变电所,配置2x1000kVA变压器,供A塔商务办公电气负荷。(4)在A塔高区避难层设置办公变电所,配置2x800kVA+2x1000kVA变压器,供A塔高区办公电气负荷。(5)在A塔地下二层设置酒店变电所,配置2x800kVA变压器,供A塔酒店裙房及地下室电气负荷。(6)在A塔高区避难层设置酒店变电所,配置4x800kVA变压器,供A塔高区酒店客房电气负荷。
四、应急备用电源设置
1、为确保消防负荷、一级负荷和重要二级负荷用电,在本工程地下一层、二层分别设有发电机房。具体设置如下:(1)商业街发电机房设1台备用功率为1400kW的发电机组供商业街及BC塔办公使用。(2)MALL发电机房设1台备用功率为1200kW的发电机组供MALL使用。(3)A塔办公发电机房设1台备用功率为1400kW的发电机组供A塔办公使用。(4)A塔酒店发电机房设1台备用功率为1000kW的发电机组供A塔酒店使用。
2、市电与自发电的自投切换开关加机械与电气联锁,防止倒供。任何2联络变压器低压总开关均失电后,15秒(可调)内自动启动应急发电机组,启动15秒内发电机可带载供电,自投切换开关动作。市电恢复5秒后(可调),自投切换开关复位,发电机组继续运行3分钟(可调)后自动停机。
3、为保证供电的连续性,火灾自动报警系统设备采用自带电池的24V直流电源和UPS电源确保供电。24V直流电源备用时间8小时,UPS电源备用时间2小时。
4、为保证供电的连续性,智能化系统重要电子设备应采用不间断电源(UPS)确保供电,UPS电源备用时间30分钟。
五、负荷估算及电能计量
1、各场所的负荷估算:(1)车库区平均计算负荷约15W/平米,变压器安装指标20VA/平米。(2)餐饮商铺等效平均计算负荷约250W/平米,变压器安装指标300VA/平米。(3)普通商铺等效平均计算负荷约100W/平米,变压器安装指标130VA/平米。(4)办公等效平均计算负荷约80W/平米,变压器安装指标100VA/平米。
2、变压器所带负荷为单一性质,同一单价计费时,采用高压计量。变压器所带负荷为多种性质,不同单价计费,当负荷较小时可在低压侧设置专业计量单元进行计量。末端用户采用分户计量。具体设置:(1)在整个项目高压配电房采用"高压进线计量"方式,满足供电部门计量要求。(2)为各单元用户(商业、餐饮等)设置计量,做为对各单元用户收费的依据。(3)对公共用电配电回路或支路设置计量,做为对各用户分摊电费的依据。(4)低压配电系统在各配电回路,设置具有标准通讯接口的多功能全电量仪表,实时监测、计算各用电回路用电量等多项参数。能源管理系统可按空调系统、照明系统、电梯系统、信息中心系统及相关系统用电分项计量、统计,作为建筑能耗分析依据。
六、低压线路保护
1、考虑本工程项目大、楼层高、消防严等特点,为满足工程重要性及系统安全性,所有断路器选择中外合资一线品牌保护设备。
2、所有变配电所低压配电线路均设短路保护、过负荷保护和接地故障保护,其中消防设备线路过负荷保护和接地故障保护仅动作于报警信号,其他一般用电设备线路则动作于跳闸;在重要负荷配电干线前端选择具有短延时功能的断路器,以保证下级保护先动作,满足选择性配合要求;个别配出回路电缆截面小且距离短的要求干线前端采用限流型开关,以满足热稳定校验要求。
七、供电方式及其线缆选择
1、本工程高压配电线路采用放射式配电方式。
2、低压配电线路采用树干式和放射式混合配电方式,同一敷设路由的同类负荷以树干式为主,重要负荷或大容量负荷以放射式为主。对于消防负荷及一、二级负荷中重要的设备或设备用房采用双电源供电,配电采用放射式或树干式配电。
3、考虑到综合体面积大、功能多样、线缆敷设复杂,本工程电井布置采用分区多点布置,干线线缆按以下原则选择:(1)市政高压配电线路规格型号由供电公司确定,但应采用防火措施;室内高压配电线路选用耐火铜芯电力电缆,沿防火电缆桥架敷设。(2)商业租户及塔楼办公等用户一般正常照明/插座干线按分区采用铜芯封闭式母线槽在电井敷设,电房至电井段则采用阻燃低烟无卤型铜芯电力电缆沿封闭式电缆桥架敷设。(3)公共区正常照明及小动力等一般用电干线采用阻燃低烟无卤型铜芯电力电缆,支线采用阻燃低烟无卤型铜芯电线。(4)低压配电系统中,消防电力、应急照明配电线路,干线及其支干电缆均采用矿物绝缘防火电缆,末端支线则采用耐火低烟无卤型铜芯电线。
4、阻燃低烟无卤型铜芯电力电缆采用封闭式电缆桥架敷设,矿物绝缘防火电缆采用敞开式桥架(梯架),电线穿金属线槽或电线管敷设。消防设备和应急照明支线暗敷设时,应穿管并应敷设在不燃烧体结构内且保护层厚度不应小于30mm;明敷设时,应穿有防火保护的金属管或有防火保护的封闭式金属线槽。
八、设计要点及难点
超高层综合体项目的性质与一般建筑有较大区别,供配电设计要求更高,本工程设计完成后总结其中要点及难点主要有:
1、综合体项目庞大、功能广泛,各用电点繁多且距离远,如果仅单一设置一两处变配电所,务必造成低压供电半径过大,线缆及设备损耗也大,且各功能部门管理也会扎堆难管、分权不清,为克服此困难,本设计根据功能分区设置多处变配电所,采用多点布置分区管理。
2、针对本工程繁多的用途及区域划分,以及二次装修的不同要求,强电和弱电井道分开设置,各塔楼各设上下贯通电井,其余商业公共场所也根据功能分区合理多点布置电井。另外考虑到二次装修的扩展需求,管井尺寸做适当预留;依据《民用建筑电气设计与施工》图集中不同商业用途单元/区域的单位供电指标,预留相应负荷在电井内的楼层配电箱。
3、结合楼层使用功能及其负荷偏差较大的特点,商业租户及塔楼办公等一般正常照明/插座干线按分区在电井采用铜芯封闭式母线槽,这样本系统供电方式即可大量减少照明干线电缆用量,也可保证系统的简单可靠及灵活性。
4、避难层作为超高层建筑必不可少的安全楼层,在火灾发生时避难层关系到人员的生命安全,该层用电设备的可靠供电尤其重要,故供避难层使用的用电设备,本工程设计从相应就近变电所采用放射式专用线路配电,保证避难层用电的可靠性。
5、鉴于超高层建筑楼层高,防火要求严厉,本工程所有消防电力、应急照明配电干线及其支干电缆均采用矿物绝缘电缆。矿物绝缘电缆作为新型的防火电缆,具有耐高温明火时间长、机械强度高、使用寿命长、防水、防爆、防腐等特点,是现行民用工程消防电缆的最佳选择。
6、本综合体面积大、人员密集,如发生火灾时人员疏散极其复杂,加上火灾时人员心理恐慌很容易发生践踏等二次伤害,为避免火警时疏散混乱,本工程消防应急照明系统采用智能集中控制型消防应急照明疏散指示系统,与消防系统联动,根据火灾报警系统信息控制疏散照明和对方向指示灯具进行指示方向的优化调整,形成最佳疏散路径,另外配合消防广播让室内人员尽早尽快逃离火警区域,确保人员安全。
7、低压配电系统在各配电回路设置具有标准通讯接口的多功能全电量仪表,实时监测、计算各用电回路用电量等多项参数。建立能源管理系统,根据空调系统、照明系统、电梯系统、信息中心系统及相关系统用电分项计量、统计,对整个综合体建筑能耗进行节能调控。
结束语
对于超高层综合体功能区域众多、平面格局复杂,其供配电设计的复杂性,作为电气专业设计人员要充分了解建筑专业条件图各防火分区的划分,以及各种功能区域横向和纵向的划分,仔细研判、反复论证,在供配电安全、可靠的基础上,力求系统简单、灵活,还得兼顾工程电气设备的节能减耗。以上是我针对超高层综合体供配电设计过程中总结的一些浅薄认知,还望各建筑电气设计同行们多多指正。
参考文献
[1]《工业与民用供配电设计手册》(第四版).中国电力出版社.2016
[2]《建筑电气设计-要点难点指导与案例剖析》.中国建筑工业出版社.2012
[3]《建筑电气设计常用技术手册》.机械工业出版社.2019
[4]《超高层建筑电气设计与安装》14D801.中国建筑标准设计研究院.2014
[5]《全国民用建筑工程设计技术措施—电气》.中国建筑标准设计研究院.2009
[6]《建筑电气强电设计手册》.中国建筑工业出版社.2015