超高层建筑电气设计要点解析(经验总结)

超高层建筑已成为城市现代化的标志，能集中展示现代科技实力。但也不可否认，超高层建筑的性质决定其造价高、功能复杂、容纳人员众多，对安全性、保障性的要求超过一般高层建筑，并使建筑电气设计的复杂性增加。高层建筑中看似一般的技术问题，在超高层建筑中就会变成需要特殊处理。为此，特地整理了超高层建筑电气设计需要注意的问题，供大家参考。

首先给出超高层建筑的定义：1972年8月，在美国宾夕法尼亚州的伯利恒市召开的国际高层建筑会议上，专门讨论并提出高层建筑的分类和定义。超高层建筑是指40层以上，高度100米以上的建筑物。

在超高层建筑设计中，需要电气专业解决的问题比较多，主要包括：供电电压等级的确立、自备应急电源系统、高压供配电系统、低压供配电系统、变配电所选址、照明系统、消防系统和防雷系统等。下面分别进行解析。

（1）供电系统：

超高层建筑应进行整体供电系统设计，为保证供电的可靠性和稳定性，至少需要两路独立的市电电源。在确定电源的数量时，通常应是在充分考虑到实际电网的条件和负荷的实际情况后才能确定。两个独立的电源应是互为备用，并且它们在运行方式上应选择同时供电。

各路电源应为不同路由的线路，宜采用专线由上级变电站或开关站放射式供电。电源电压等级一般为10kV、20kV、35kV，少数为110kV。

当一路电源断电时，剩余电源应能保证二级及以上负荷的供电。

负荷等级的划分如表1所示：

（表1 用电负荷等级划分）

（2）应急电源系统：

超高层建筑中的应急电源不得使用汽油、煤油、天然气等作为动力源。

超高层建筑应设柴油发电机作为应急电源或备用电源。设置在超高层建筑内的柴油发电机，应根据负荷大小，单台电动机最大起动容量，供电半径等因素确定柴油发电机的额定输出电压。

1）当建筑物高度低于200m时，宜选用低压柴油发电机。

2）当建筑物高度大于400m时，应选用高压柴油发电机。

3）当建筑物高度在100～400m时，应当进行技术分析、比较，确定柴油发电机的额定电压。

柴油发电机组在超高层建筑中既可作为应急电源使用，也可作为备用电源使用。低压柴油发电机组（400V）最大单台并机容量不得大于1600kW。如要进行并机运行，可采用高压柴油发电机组。

应急柴油发电机组的负荷率宜为75%，以实现经济运行。

市电与应急柴油发电机组转换用的ATSE建议采用PC级，4极，三位式的ATSE，ATSE与其之前的保护短路电器应有可靠的配合。

超高层建筑中通常将应急发电机组设置在地下一层或地下二层。首层也可设置独立的柴油发电机房。设置在地下层的发电机组除要考虑机组的运输、通排风、排烟、降温和噪声等因素外，对于超高层建筑还需特别考虑机组的电压等级和电源接入方式。

通常对于高度不超过150 m的高层建筑，发电机组的电压等级主要是以0.4 kV为主，虽然受发电容量等因素影响也可能会采用高压10（6）kV的情况，但由于此时0.4 kV发电电源与负荷使用的0.4 kV正常电源切换相对较简单，且无需再配置高压保护装置及降压变压器，电源的可靠性要相对高些，即使面对供电距离偏长会造成供电压降增大这一相对不合理的情况，通过适当加大配电线路截面积，往往还是能从技术上、经济上满足要求的。

但是这种情况对于300 m以上的超高层建筑来说就不同了，首先随着发电机组供电距离的进一步加大，带来的压降也会进一步增大。就一般0.4 kV电源的供电半径而言一般不宜大于250 m。如果超高层建筑的发电机组电源全部采用高压10（6）kV，对于建筑上层的负荷来说是相对合理的，但对于下层负荷，由于也要通过配置高压保护装置及降压变压器，这样就造成了下层负荷运行的欠合理性。

当然最好的方法是能够结合建筑的功能、楼层实际将应急供电范围划分为若干个不同区域，例如：可以将150 m以下设为低区，150~250 m设为中区，250 m以上设为高区。对于低区的应急电源基本以0.4 kV发电机组电源为主；中区电源可根据用电负荷容量及高度来综合决定是否采用0.4 kV或10（6）kV发电机组；对于高区负荷则统一采用10（6）kV 发电机组。

一般情况下，对300 m以上的超高层建筑高低区采用不同电压等级的发电机组实行分别供电，其合理性及经济性相对较好，因此该方案在许多超高层建筑中被采用。

（3）高压供配电系统：

超高层的高压供配电系统宜采用主配变电所——分配变电所结构，主配变电所应采用单母线分段的主接线形式放射式引至分配变电所。高压系统的配点级数不宜多于两级。

一般将10kV、20kV、35kV电压等级直降到0.4kV。如果供电部门有规定，也可将35kV 电压等级降压到10kV，再将10kV降压到0.4kV。

（4）低压配电系统：

低压配电系统宜采用三级配电方式，即总配电（配变电室）、区域配电（配电间）和终端配电。三级配电系统相互之间要求保护开关动作具有选择性。

低压配电系统及其适用范围如表2所示：

（表2 低压配电系统及其适用范围）

配电线路布线系统应注意以下几点：

1）超高层建筑高压宜设置独立的竖井。

2）由于需要末端双电源切换的负荷较多，电缆数量随之增多，可分设普通桥架和应急桥架。应急桥架内设隔板，使双电源的两根电缆分设两侧。

3）超高层建筑不宜采用穿刺线夹接线方式。

（5）配变电所选址：

配变电所选址应满足GB50053《10kV及以下变电所设计规范》、JGJ16《民用建筑电气设计规范》和GB50059《35～110kV变电所设计规范》中的有关规定，主要配变电所严禁设

置于大量人员能到达的场所。变电所、主要的配电间不应设在伸缩缝、沉降缝及存在漏水危险的地方。

备用发电机、变压器不宜靠近主出入口。配变电所应设置在负荷中心，主配变电所宜设在地下一层、地下二层（非最底层）和首层，也可设置独立的变电站。分配变电所应根据负荷情况设在避难层、顶层，其变压器容量不宜超过1000kV·A。

配电变压器的长期工作负载率不宜超过60%。超高层建筑至少在主配变电所设值班室，值班室宜单独设置，也可与控制室合用。值班室应能直通或经过走道与高压配电装置室相通，并应有门直接通向室外或走道。

根据工程具体情况，配变电所的高低压开关柜布置型式可选择下进下出、下进上出、上进下出。当有大截面电缆或电缆数量较多时，宜设电缆夹层，电缆夹层净高不应低于1.8m,且不高于3.2m。

配变电所内应设置低压集中自动电容补偿装置。补偿要求按当地供电部门的规定执行，当没有明确规定时，补偿后低压侧进线处的功率因数应达到0.9以上。

主配变电所应采用直流操作电源，分配变电所视具体情况采用直流操作电源或交流操作电源。所用电源宜引自配电变压器。

（6）照明系统：

超高层建筑应设置航空障碍灯，并应符合下列规定：

1）障碍标志灯应装设在建筑物或构筑物的最高部位。当制高点平面面积较大或为建筑群时，除在最高端装设障碍标志灯外，还应在其外侧转角的顶端分别设置。

2）障碍标志灯的水平、垂直距离不宜大于45m。

3）障碍标志灯宜采用自动通断电源的控制装置，并宜设有变化光强的措施。

4）障碍标志灯的设置应便于更换光源。

5）障碍标志灯电源应按主体建筑中最高负荷等级要求供电。

照明应符合MH5013—2008《民用直升机场飞行场地技术标准》。

（7）消防系统：

根据GB50116-98《火灾自动报警系统设计规范》，超高层建筑高度超过100m，应定为特级保护对象。

当发生火灾时，为了保证人员的安全疏散，对疏散楼梯间和消防电梯井以及高度超过100m 的电梯井进行机械加压送风，使该部分保持正压防止烟气侵入，并与建筑的避难计划相匹配。避难区的加压风机与其换气送风机兼用。超高层建筑排烟应分段计算，并分段设置排烟系统。补风口与排烟口的距离应大于5m。

整个消防应急系统的供电必须做到安全、可靠和完善。因此，消防应急供电系统首先必须是一个完全独立的系统；其次，高低压配电系统应能灵活设置，以满足不同区域消防用电的要求。

高大空间感烟感温探测器无法保护时，可在不同高度分别设置红外光束感烟探测器，满足设置规范要求。

在需要进行火灾早期探测的关键场所，宜采用吸气式烟雾探测火灾报警系统。

消防系统应选择控制中心报警系统。根据超高层建筑的使用功能不同，设置分控中心。报警信号或联动信号在控制中心和分控中心显示。

（8）防雷系统：

由于超高层建筑高度较高，所以遭受雷击的概率大。因此，必须切实做好防雷接地设计。避雷系统应考虑预防直击雷、感应雷和高电位入侵。

根据GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》，超高层建筑防雷等级应按二类防雷建筑设计。电子信息系统防雷击电磁脉冲防护等级宜按A级设计。

超高层建筑防雷措施如下：

1）在屋面设避雷网，将柱内主钢筋作为避雷引下线引入地下，建筑物基础应作为共用接地装置。

2）特定场所设计安装专用的避雷装置。

3）弱电机房、消防控制室等场所设LEB板，并用专用接地线引至共用接地装置。

4）楼内所有电气设备不带电的外露导电体等均应与PE保护接地线连接。

5）室外高出屋面的金属栏杆，各层金属窗等都要与防雷接地体连接，从而有效避免自然雷击，以保护整个建筑物的安全。、

6）当屋顶设有直升机停机坪时，应避免避雷针对直升机的影响。