浅谈电气系统在现代超高层建筑中的应用

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   摘要:本文主要以深圳太平金融大厦为研究对象,主要分析了10/0.4kV变电所主变压器选择、负荷分析、变配电系统、照明系统、防雷接地系统等,从而论述了电气系统在现代超高层中的应用。
  关键词:太平金融大厦, 超高层 ,电气系统 ,负荷
  Abstract: this paper mainly shenzhen peace finance building as the research object, the paper analyzes the main transformer substation 10/0.4 kV choice, and the load analysis, variable power distribution system, lighting system, lightningproof grounding system and so on, thus discusses the electrical system in modern super-tall application.
  Keywords: peace finance building, tall, the electrical system, the load
  
  
  中图分类号:[TU208.3]文献标识码:A 文章编号:
  一、深圳太平金融大厦工程概况
   太平金融大厦位于深圳市中心区益田路与福中三路交汇处西南角金融发展地块,该大楼的功能是用于办公和商业。项目占地面积8056.02平方米,建筑占地面积3623平方米,总建筑面积约13万平方米,计容积率建筑面积为100300平方米,设计高度为228米,地下4层,地上48层,其中1-5层为裙房,用作商业,6层以上为办公区。6层,19层和34层为避难层。本项目于2010年5月1日基础桩基施工,7月1日正式开工,工期4年,2014年7月1日竣工。
  二、电气工程自动化设计
  (一)设计原则
  本大厦为超高层建筑,用电负荷集中,供电半径小,从而提高了供电质量、降低了低压线损。独立式变压器室配电方案的特点是,体积小、占地小、外形美观,高压侧采用电缆引入,变压器位置可以随意选择,使得低压配电部分更加合理,提高了供电可靠性,也有利于安装电量采集装置实现自动化管理。因此,本设计考虑将太平金融大厦的主要供电模式定位为独立式变压器室配电工程。本工程设计包括以下电气系统:10/0.4KV变配电系统,照明系统,防雷及接地系统。
  (二)变压器的容量选择
  1、负荷分类
  一级负荷:所有消防设备、应急照明、疏散照明、消防电梯、客梯、生活泵、排污泵、机械停车动力、航空障碍灯、安防系统用电(银行安防系统、计算机系统为一级负荷中特别重要负荷)、信息设备机房用电、银行营业厅,门厅照明,安全照明等。
  三级负荷:其它电力负荷及一般照明等。
  2、具体分析
  电源采用现场一级变压,10 kV变为0.4 kV(独立式变压器室)。太平金融大厦负荷点多而集中,独立式变压器分布在负荷中心,减小一次投入,降低运行成本,提高用户的用电质量。独立式变压器间的10 kV用电缆连接,容量由各楼层的区域计算总负荷选定。
  变配电所宜靠近用电负荷中心设置。从太平金融大厦管理方面考虑,大厦变配电室应设置在大厦楼层内或专用管理用房内。可在大厦中心区域设高压总配电房,分区、分片设低压配电房。当条件不允许时亦可设置户外独立式变电室,但应注意对太平金融大厦整体环境的影响和电力变压器躁声对大厦人员的影响。负荷的分配状况及变压器容量的选择如表1所示。
  
  
  
  表1 负荷分配状况及变压器容量表
  
  
  在变电所低压侧进行无功功率自动补偿,补偿后高压侧的功率因数COSφ大于0.9。
  
  高低压配电系统简图
  (三)10/0.4KV变配电系统的运作
  1、供电电源
  本工程高压系统按甲方同供电部门确定的“供电方案”进行设计。10KV电源从本建筑西南角穿管埋地引入设在地下一层的变电所。大厦高压系统由市政引来3路独立10KV高压电源,3路电源采用两用一备方式运行,备用回路分别与两个常用回路联络互锁。当某一个常用回路故障或者检修时,相应联络断路器自动投切,由备用回路保障该常用回路的正常供电。各联络柜均设置电气互锁,确保任意2路电源不会并列运行。
  2、应急电源
  大厦选用2台1280KW柴油发电机组作应急电源,当市电停电时,从变电所市电开关辅助接点取发电机启动信号至发电机,发电机组立即启动,30秒内恢复对重要负荷供电。当市电恢复30~60S后,市电供电,发电机组停机。
  除通常的应急柴油发电机组外,在地下一层发电机房预留小业主的自备应急柴油发电机的空间,以满足小业主对供电的特殊需求,特别是满足银行金融类小业主的入住需求。
  大厦配置有EPS应急电源,并与柴油发电机组应急电源配合使用;停电初期使用EPS应急电源,作为与自动启动的应急发电机配合使用的EPS的工作时间保证不小于10min。待应急发电机电源进入稳态后,使用应急发电机电源。
  3、变配电所
  超高层建筑的用电设备负荷较大、用电设备性质较复杂,且很大一部分为一级负荷,通常变配电所的规模相对较大。由于超高层建筑一般都处在城市中寸土寸金的地段,楼内空调机房及水泵房等用电大的设备均布置在地下层。根据变配电所应靠近用电负荷中心的原则,总变配电所最好设置在地下层内。同时总变配电所宜靠外墙布置以便于管线进出。
  根据《全国民用建筑工程设计技术措施 电气2009年版》,低压线路的供电半径干线一般不超过250m,当供电容量超过500kW(计算容量),供电距离超过250m时,宜考虑增设变电所。如果建筑高度超过200m,再加上平面距离,建筑上部的供电半径一般会超过250m,电压降有可能超过规定值,供电质量将下降,电能损耗加大,肯定会影响电梯等设备的运行。因此建筑高度超过200m的超高层建筑,宜在塔楼上部设置分变配电所,供塔楼电梯及上部1/3楼层的部分用电。上部变配电所宜结合避难层或技术层设置,电缆宜上进上出,可不必设地沟。
  考虑到以上各因素,本工程在地下一层、三十四层(避難层)分别设置两座变配电所,在地下一层设置一座发电机房,高压选用25面铠装型移开中置式金属封闭高压开关柜及4面固定式环网柜,低压选用MNS2.0型开关固定分隔插拔式低压开关柜,变压器选用SG(B)10干式环保型低损耗变压器。变压器采用自然冷却方式,设温度保护(变压器自带温控器)。
  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合的级数,提高可靠性。
  4.低压配电系统
  低压电源总进线柜和其联络柜内的框架式断路器有电气及机械联锁,机械联锁采用三锁二钥匙闭锁,以避免误操作。
  全部功率因数补偿柜均采用智能型免维护自动补偿装置,具备自动过零投切等功能。补偿电容器为干式不燃型,且附有过温度保护。
  低压配电系统采用~220/380V放射式与树干式相结合的方式,对于单台容量较大的负荷或重要负荷采用放射式供电,对于照明及一般负荷采用树干式供电。
  消防负荷双电源供电,其中消防控制室、消防水泵、消防电梯、防排烟风机等的双电源在末端配电箱处自动切换。
  5. 智能化电力监控
  本工程变配电监控系统(EnerSys系统)采用分层分布式结构,共分为三层:现场控制层(位于变配电所配电柜内),通讯管理层(位于变配电所通讯箱内),主控层(位于消防控制中心内) 。在高低压配电系统进出线回路及楼层配电箱计量回路均配置带有标准通讯口的分项能耗数据计量仪表。可提供变配电系统详尽的数据采集,运行监视,事故预警,电能质量的监视和控制及远程自动抄表功能,可实现遥信、遥控、遥测的功能。
  整个系统的监控装置均带有RS-485通讯口,组成RS-485总线方式,采用Modbus规约,通过屏蔽双绞线接入智能通讯管理机。智能通讯管理机输出TCP/IP协议信号,与监控主机通信。
  (四)照明系统
  1.智能照明系统
  为有效地对本项目公共区域(走廊、卫生间、电梯厅、车库、园林景观等)照明进行管理,预留泛光照明的接口,节约能源,同时对电动窗帘进行统一控制,设置智能照明系统。
  系统功能:
   1.1 走道采用自动照明控制,正常工作时间全开,非工作时间开启基本照明,节假日无人时可以只亮局部照明或关闭所有照明,结合定时控制,分时段进行定时。
   1.2 洗手间采用红外控制,正常工作时间开启全部照明,非工作时间启动红外控制,实现人来开灯,人走关灯控制。
   1.3 电动窗帘通过现场设置的智能控制面板、照度感应器对窗帘进行控制,也可在控制室集中统一控制管理。
   1.4 一层大堂照明回路较多,在监控中心统一集中控制,在一层保安服务台可设临时控制点,采用图形触摸屏控制。
   1.5 所有电动窗帘控制现场需设置相应数量智能八键面板开关,用于后期场地功能分区的扩展,且带有红外接收功能。
  1.6消防联动控制:所有智能模块需提供消防联动接口,接入由消防系统提供的一对无源常开消防报警信号实现消防联动控制要求。
  1.7 控制模块为标准导轨安装方式,安装在照明配电箱内,不另外增加控制箱。
  1.8控制模块自带电源装置,由照明箱预留一个220V交流电源供电,模块每个输出回路均带有LED回路状态指示灯及模块工作、故障状态指示灯,模块带旁路开关按钮,方便检修。
  1.9系统需具备标准的OPC通讯接口协议,可与BA或BMS进行联网。
  1.10 本系统须采用以太网方式进行组网,所有子网的增加需通过以太网模块进行接口,只要接入就近的大厦内部局域网即可进行通讯。
  2.应急照明系统
  消防中心、变配电室、消防水泵房、发电机房、防排烟机房、避难层、弱电机房及火灾仍需坚持工作的场所的照明100%为备用照明。其电源转换时间不大于5S,最小持续时间不小于180min,避难层不小于60min。
  楼梯间,防烟楼梯间前室、消防电梯间及其前室、合用前室、疏散走道、主要出入口、地下车库和避难层设疏散照明和疏散指示标志,其地面最低水平照度不应低于0.5LX,且楼梯间内的最低水平照度不低于5.0LX。
  在观众厅、餐厅、多功能厅等人员密集的公共场所设置疏散照明和疏散指示标志。其地面最低水平照度不应低于5.0LX。
  消防应急照明灯具和消防疏散指示标志,符合《消防应急灯具》(GB17945)和《消防安全标志》(GB13495)的有关规定。
  3.航空障碍灯
  航空障碍灯的设置按照MH5001-2000《民用机场飞行区技术标准》规定及国家相关规定執行。本工程屋面顶部(标高218.00米),设置BCN-0300型中光强航空障碍灯4盏,同时在标高180米设置MKR-S750型低光强航空障碍灯4盏。
  光控开关器直立安装于屋面能接收自然光的地方,感光口朝向北方。通过光控开关器自动控制全体航空障碍灯启闭,具体如下:
  ◇ 当光电开关周围自然光照度降到377Lux时,航空障碍灯开始工作并闪亮。
  ◇ 当光电开关周围自然光照度升到 645Lux时,航空障碍灯自动熄灭。
  
  
  航空障碍灯设计立面示意图
  (五)防雷接地
  1.防雷保护
  本大厦按二类防雷建筑设计,用45m的滚球半径法进行验算,采用法拉弟笼式建筑结合弗兰克林避雷法实施。具体实施如下:在整个屋面用φ12热镀锌圆钢明敷避雷带,避雷网格不大于10mx10m或12mx8m;利用结构柱内对角主钢筋(φ≥16)做防雷引下线,防雷引下线间距不大于18m。45米以上每层利用结构圈梁水平钢筋与引下线焊接成避雷带,环间垂直距离不应大于12m。结构圈梁中钢筋连成闭合回路,并与防雷引下线连接。建筑物内的各种竖向金属管道每三层与圈梁的钢筋连接一次。竖直敷设的金属管道及金属物的顶端和底端与防雷装置连接。建筑物的电气、电讯竖井内的接地干线每三层与楼板钢筋做等电位联结。在屋顶构架上敷设一条φ12热镀锌圆钢作防雷接闪器,以防直击雷雷击。
  2.接地措施
  本大厦接地系统采用TN-S系统。变电所、发电机房的接地包括变压器中性点接地、建筑物防雷接地等各种接地均共一个接地网。接地电阻要求不大于1 欧,否则应增设人工接地装置。从变电所低压配电柜经竖井至屋面机房沿电缆桥架外侧用-40X4镀锌扁钢带敷设一专用PE干线,PE干线在竖井内应每三层与楼板钢筋作等电位联结。母线、电缆桥架及其支架应可靠接地,并应全长不少于两处与接地干线连接,且始端与终端与干线连接。凡电气设备正常时不带电的金属外壳,穿线金属管、金属接线盒、桥架、支架等应做好电气连接并接地。
  所有带浴盆或淋浴的卫生间需做局部等电位联结。水泵房、弱电机房、消防控制室、电梯机房做局部等电位联结,变配电房做总等电位联结。
  本大厦的电子信息系统的雷电防护等级为 A 级。在消防控制室、弱电机房、电脑房和向电脑供电的配电箱内装设浪涌保护器。此外还考虑做好电磁屏蔽的设计。
  四、结语
  深圳太平金融大厦电气系统具有技术水平高、可靠性好、数据准确、适应性强、功能全、模块体积小、功耗低的特点。这套系统的使用极大地满足了大厦的电力供应,同时提高了电气系统的现代化管理水平,获得了很好的社会效益和经济效益,从而推进大型写字楼智能电气化建设。
  
  参考文献
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