蕭偉航

（中山市晟峰電力設(shè)計(jì)有限公司，廣東 中山 528400）

變配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的科學(xué)性、合理性直接關(guān)系到超高層建筑電氣設(shè)備的具體使用情況，變配電系統(tǒng)在正常運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常需要承擔(dān)較大的電氣使用量，為保證超高層建筑內(nèi)部多種電氣設(shè)備的使用安全，必須做好對(duì)相關(guān)電氣設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用，確保變配電系統(tǒng)能夠滿(mǎn)足絕大多數(shù)情況下超高層建筑電氣設(shè)備的電力資源需求。我國(guó)建筑工程項(xiàng)目的建設(shè)方法從最初的學(xué)習(xí)模仿逐步過(guò)渡到了當(dāng)前自主創(chuàng)新、引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展的新階段，在超高層建筑相關(guān)設(shè)計(jì)上想要保證實(shí)際效果，就必須嚴(yán)格按照我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范要求、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及項(xiàng)目業(yè)主對(duì)超高層建筑的具體要求開(kāi)展超高層建筑綜合設(shè)計(jì)。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員要高度重視電氣設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)方案合理性的有效保障，并為其他地區(qū)未來(lái)超高層建筑工程電氣設(shè)計(jì)提供一定的參考。

1 超高層建筑設(shè)置高區(qū)變電站基本條件的分析

超高層建筑與常規(guī)建筑不同，為保證超高層建筑的使用安全，應(yīng)當(dāng)做好對(duì)電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，考慮到超高層建筑的特殊性，在對(duì)超高層建筑設(shè)置高區(qū)變電站的過(guò)程中，尤其需要做好對(duì)變電站位置的思考，明確供電電纜對(duì)變電站位置的關(guān)鍵性影響。具體而言，其影響主要體現(xiàn)在供電距離、供電容量?jī)煞矫鎯?nèi)容上。為做好對(duì)供電電纜的降壓?jiǎn)栴}的合理化處理，需要通過(guò)解決干線降壓的方式入手，可以分別采用以下兩種方法做好干線降壓工作的貫徹落實(shí)[1]。

第一，將變壓器和低壓配電柜都設(shè)置在地下室或建筑物底層。該方式主要考慮電纜線路的線徑對(duì)供電距離的影響，但在該方式下供電距離始終是有極限的。雖然能夠通過(guò)增加電纜線路線徑的方式來(lái)提升供電距離，但是隨著電纜線路線徑的增加，供電距離在達(dá)到180m 后幾乎不會(huì)再繼續(xù)增長(zhǎng)，并且180m 是供電距離的極限，在180m 位置幾乎無(wú)法保障電力資源供應(yīng)穩(wěn)定，一般采用這種方式的建筑不能超過(guò)150m，因此超高層建筑很難通過(guò)這種方法來(lái)解決此類(lèi)問(wèn)題[2]。

第二，將變壓器設(shè)置在地下室或建筑物底層，將低壓配電柜設(shè)置在建筑物的高層。在這種方法中，主要需要考慮變壓器的容量，在變壓器容量大于1250KVA時(shí)，雖然能夠通過(guò)加大以及封閉母線規(guī)格的方式做好對(duì)問(wèn)題的處理，從而滿(mǎn)足超高層建筑物的電力資源供應(yīng)需求，但是會(huì)導(dǎo)致造價(jià)成本顯著提升，成本投入和后續(xù)的具體產(chǎn)出不匹配，很難保障單位在該項(xiàng)工作中的效益，在變壓器容量在1000KVA 時(shí)采用增加母線的方式則可以在合理控制成本投入的前提下，完成對(duì)該項(xiàng)問(wèn)題的處理。面對(duì)超高層建筑高度超過(guò)150m、用電容量超過(guò)2×1250KVA 的情況，則應(yīng)在高區(qū)設(shè)置變電站，滿(mǎn)足高區(qū)電力資源需求。

2 超高層建筑高區(qū)變電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在我國(guó)城市建設(shè)不斷推進(jìn)的過(guò)程中，超高層建筑的數(shù)量也在不斷增加，為了更好地滿(mǎn)足超高層建筑使用者的多方面需求，必須從建筑設(shè)計(jì)上提高重視，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)把握超高層建筑使用者的合理需求?；诔邔咏ㄖ旧砗拖嚓P(guān)使用人員的電力資源需求，在進(jìn)行超高層建筑高區(qū)變電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要從以下幾個(gè)方面考慮設(shè)計(jì)要點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)超高層建筑使用者多方面需求的全面覆蓋，從而提供更高質(zhì)量的電力資源供應(yīng)，確保超高層建筑變配電系統(tǒng)在實(shí)際使用過(guò)程中的安全性。

2.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

超高層建筑變配電設(shè)計(jì)主要遵循《施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ46-2005）、《建筑安全檢查標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ59-99）、《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50052-95）、《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50054-95）等電氣設(shè)計(jì)相關(guān)文件要求，以及超高層建筑綜合設(shè)計(jì)方案、施工現(xiàn)場(chǎng)具體情況和相關(guān)單位明確的機(jī)械設(shè)備計(jì)劃[3]。

在上述內(nèi)容的指導(dǎo)下開(kāi)展超高建筑變配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作，確保電氣設(shè)計(jì)方案能夠完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求和項(xiàng)目情況，避免因?yàn)樵O(shè)計(jì)不合理影響到超高層建筑的電力資源供應(yīng)。

2.2 負(fù)荷等級(jí)

在目前我國(guó)常規(guī)超高層建筑中，電氣設(shè)計(jì)主要需要考慮的負(fù)荷等級(jí)可劃分為三級(jí)，分別針對(duì)超高層建筑應(yīng)急安全保障需求、超高層建筑常規(guī)運(yùn)行需求、超高層建筑用戶(hù)電力需求。一級(jí)負(fù)荷，應(yīng)急安全保障需求主要包括消防系統(tǒng)、安防監(jiān)控系統(tǒng)、應(yīng)急疏散系統(tǒng)、通訊機(jī)房等關(guān)鍵系統(tǒng)、位置的電力需求。二級(jí)負(fù)荷，常規(guī)運(yùn)行需求主要包括建筑電梯、污水處理系統(tǒng)、生活泵房等與超高層建筑用戶(hù)生活存在密切聯(lián)系的系統(tǒng)、設(shè)備電力需求。三級(jí)負(fù)荷，用戶(hù)電力需求主要包括用戶(hù)在正常生活、工作中在超高層建筑內(nèi)部所使用的電力設(shè)備、照明系統(tǒng)等方面的電力需求[4]。

2.3 供電電源

超高層建筑多為酒店、住宅、辦公樓，考慮到用戶(hù)數(shù)量和電力資源供應(yīng)的穩(wěn)定性，一般采用兩路10kV電源進(jìn)行供電。此外，考慮到突發(fā)狀況下可能出現(xiàn)的斷電情況，為確保超高層建筑用戶(hù)的生命財(cái)產(chǎn)安全，還需要設(shè)置一臺(tái)1000kW 應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組，設(shè)置自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)加機(jī)械與電器聯(lián)鎖來(lái)對(duì)電力進(jìn)行控制，確保始終能夠保障一二級(jí)負(fù)荷供電需求能夠得到滿(mǎn)足。

2.4 超高層建筑中壓配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

超高層建筑基本具有高度極高、建筑群密集的特點(diǎn)，想要通過(guò)常規(guī)建筑中使用的單座低壓配電系統(tǒng)來(lái)應(yīng)對(duì)超高層建筑群的用電需求并不現(xiàn)實(shí)，反而還會(huì)帶來(lái)較大的使用風(fēng)險(xiǎn)，甚至出現(xiàn)超高層建筑因?yàn)殡姎庠O(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致使用安全難以得到有效保障的情況。從當(dāng)前已經(jīng)建設(shè)完成并且正式投入使用的超高層建筑來(lái)看，超高層建筑往往需要多座變電站組成變電站群，借此才能確保超高層建筑群在正常使用過(guò)程中的各項(xiàng)電氣設(shè)備、系統(tǒng)的運(yùn)行都能得到有效保障，將電力資源供應(yīng)的穩(wěn)定性提升到新的高度。為了更好地保障超高層建筑群的用電安全，應(yīng)做好對(duì)中壓配電系統(tǒng)的設(shè)置，借此滿(mǎn)足超高層建筑群的電力資源需求。在超高層建筑中用于滿(mǎn)足高區(qū)電力資源供應(yīng)需求的高區(qū)變電站便是中壓配電系統(tǒng)中的重要組成部分，也可以說(shuō)高區(qū)變電站是中壓配電系統(tǒng)的分站。

目前，在超高層建筑中較為常用的中壓配電系統(tǒng)主要包括兩種，主－分變電站結(jié)構(gòu)和二級(jí)配電結(jié)構(gòu)，不同結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)具有不同的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用場(chǎng)景，在實(shí)際使用過(guò)程中需要依據(jù)超高層建筑的具體電力資源需求情況以及超高層建筑本身的特點(diǎn)、情況進(jìn)行思考。主-分變電站結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，主要劣勢(shì)在于造價(jià)成本過(guò)高。二級(jí)配電結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)在于成本開(kāi)支可控，主要劣勢(shì)在于繼電保護(hù)問(wèn)題顯著。綜合當(dāng)前我國(guó)超高層建筑對(duì)上述兩種結(jié)構(gòu)的具體使用情況來(lái)看，主-分變電站結(jié)構(gòu)主要用于安全性要求嚴(yán)格、施工標(biāo)準(zhǔn)較高的建筑項(xiàng)目中，并且在多個(gè)項(xiàng)目中都得到了重視和使用，使用頻率高。二級(jí)配電結(jié)構(gòu)主要使用在要求較低的建筑項(xiàng)目中，由于繼電保護(hù)問(wèn)題顯著，大量施工單位、建設(shè)單位出于對(duì)安全性的考慮，并不愿意選擇二級(jí)配電機(jī)構(gòu)，因此應(yīng)用場(chǎng)景相對(duì)較少[5]。

2.5 超高層建筑中高區(qū)變電站

在上文提到，高區(qū)變電站是中壓配電系統(tǒng)的分站，考慮到超高層建筑的電力資源需求，在對(duì)超高層建筑的高區(qū)變電站進(jìn)行設(shè)計(jì)、建造的過(guò)程中，需要盡量做好對(duì)超高層建筑高區(qū)位置電力資源需求情況的明確，通過(guò)兩臺(tái)變壓器來(lái)構(gòu)造0.4KV 級(jí)的低壓配電系統(tǒng)。兩臺(tái)變壓器本身便能夠讓超高層建筑物高區(qū)的電力資源供應(yīng)變得更加穩(wěn)定。一般情況下，兩臺(tái)變壓器可以同時(shí)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，提供充足的電力資源，一旦有一臺(tái)變壓器出現(xiàn)問(wèn)題，難以正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，另一臺(tái)變壓器也能正常運(yùn)作，避免超高層建筑物高區(qū)位置的電力供應(yīng)出現(xiàn)穩(wěn)定性不足的情況。在電力維修人員處理好變壓器后，還需要對(duì)另一臺(tái)變壓器進(jìn)行檢查，借此讓兩臺(tái)變壓器能夠互為備用，確保高區(qū)變電站能夠始終發(fā)揮出自身的價(jià)值，為超高建筑物提供穩(wěn)定的電力資源供應(yīng)[6]。

3 超高層建筑高區(qū)分變電站位置選擇相關(guān)要素

3.1 供電范圍

超高層建筑高區(qū)分變電站的供電范圍基本在50m、100m。因此，在對(duì)超高層建筑高區(qū)分變電站位置的選擇上，需要針對(duì)供電范圍進(jìn)行思考，如果超高層建筑的供電區(qū)域與高區(qū)變電站之間的距離超過(guò)了高區(qū)分變電站上述標(biāo)準(zhǔn)，則需要增設(shè)高區(qū)分變電站，從實(shí)際的超高層建筑物高度來(lái)進(jìn)行思考，避免出現(xiàn)設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致部分位置的電力供應(yīng)出現(xiàn)明顯的波動(dòng)情況，通過(guò)多個(gè)高區(qū)分變電站來(lái)完善超高層建筑的電氣設(shè)計(jì)方案。

3.2 超高層建筑特殊結(jié)構(gòu)

超高層建筑自出現(xiàn)以來(lái)，為保證其建筑使用安全性，其與常規(guī)建筑存在較大的差異，在超高層建筑中存在多種特殊結(jié)構(gòu)、位置。避難層便是目前超高層建筑中具有一定代表性的建筑特殊結(jié)構(gòu)，通常情況下，超高層建筑中每隔15 層便會(huì)設(shè)置一個(gè)避難層，用于應(yīng)對(duì)特殊情況，超高層建筑的避難層間距離與高區(qū)變電站的供電距離有較高的契合度。在對(duì)超高層建筑考慮設(shè)置高區(qū)變電站時(shí)，可以將避難層作為重要選擇之一，從而在滿(mǎn)足高區(qū)超高層建筑用戶(hù)電力資源需求的同時(shí)，也能降低高區(qū)變電站對(duì)超高層建筑正常功能發(fā)揮、外觀美觀性的影響。此外，在設(shè)置高區(qū)分變電站的過(guò)程中需要考慮到高區(qū)分變電站可以做好對(duì)上下位置的有效覆蓋，供電區(qū)域較大，確保高區(qū)分變電站的應(yīng)用價(jià)值能夠得到充分發(fā)揮，詳細(xì)計(jì)算高區(qū)分變電站的上下位置覆蓋范圍，明確需要在超高層建筑物中設(shè)置的高區(qū)分變電站數(shù)量，才能做好對(duì)整個(gè)超高層建筑物的有效覆蓋，提供全面、穩(wěn)定的電力資源供應(yīng)[7]。

4 高區(qū)分變電站的其他設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在超高層建筑的高區(qū)分變電站設(shè)計(jì)上，還需要認(rèn)識(shí)到機(jī)電設(shè)備機(jī)房在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中對(duì)周邊位置造成的具體影響，以及超高層建筑中高層位置多種機(jī)電設(shè)備如何進(jìn)行運(yùn)輸和安裝。

在機(jī)電設(shè)備機(jī)房方面，機(jī)電設(shè)備機(jī)房需要長(zhǎng)期運(yùn)行，并且在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生噪聲和震動(dòng)，如果未能設(shè)置有效的防護(hù)措施，將會(huì)導(dǎo)致多個(gè)樓層都會(huì)感受到明顯的振動(dòng)和噪聲。因此，針對(duì)需要設(shè)置機(jī)電設(shè)備機(jī)房的樓層和具體位置，必須重點(diǎn)考慮地板、樓板的減震能力，在原有建設(shè)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上使用減震材料，從而做好對(duì)震動(dòng)情況的控制。另外，在噪聲問(wèn)題的處理上，需要對(duì)墻體、地板、樓板使用隔音材料，并借助高隔聲系統(tǒng)將噪聲限制在機(jī)電設(shè)備機(jī)房中。在設(shè)備的運(yùn)輸和安裝上，現(xiàn)在有三種方式可供選擇，需要按照機(jī)電設(shè)備的重量、規(guī)模，采用不同的運(yùn)輸方式。第一種，貨梯運(yùn)輸，但必須保證噸位在貨梯承載力范圍內(nèi)，并且體積能夠放入貨梯中。該吊裝方式的限制條件較大，主要使用在噸位較輕的機(jī)電設(shè)備吊裝上，一般需要保證機(jī)電設(shè)備的噸位在4.5 噸范圍內(nèi)，且能夠裝載到貨梯內(nèi)部，保證貨梯可以正常關(guān)閉，才能進(jìn)行使用。第二種，井道上樓，雖然能對(duì)絕大多數(shù)重量機(jī)電設(shè)備進(jìn)行運(yùn)輸，但容易對(duì)井道造成損壞。該吊裝方式主要依賴(lài)于電動(dòng)葫蘆，在實(shí)際使用過(guò)程中有往往伴隨著較大的安全風(fēng)險(xiǎn)，因此在機(jī)電設(shè)備運(yùn)輸過(guò)程中很少使用到該吊裝方式。第三種，室外特殊設(shè)備吊裝，應(yīng)用較為普遍，但是僅能在形態(tài)、結(jié)構(gòu)為上下垂直的超高層建筑中進(jìn)行使用[8]。如果建筑呈上小下臺(tái)的形態(tài)結(jié)構(gòu)，使用室外特殊設(shè)備吊裝的難度、危險(xiǎn)性都會(huì)大幅提升，很容易對(duì)超高層建筑中的低區(qū)位置造成損害，或因?yàn)榕鲎矊?dǎo)致機(jī)電設(shè)備的質(zhì)量、結(jié)構(gòu)受到影響。因此，在機(jī)電設(shè)備的吊裝方式選擇上，必須保持謹(jǐn)慎，做好對(duì)超高層建筑相關(guān)信息的全面調(diào)查。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在對(duì)超高層建筑進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要始終明確當(dāng)前超高層建筑內(nèi)部電氣設(shè)備數(shù)量較多，并且設(shè)備類(lèi)型還在不斷擴(kuò)張，對(duì)電力資源供應(yīng)的需要會(huì)更高，必須高度重視電氣設(shè)計(jì)的合理性，嚴(yán)格考慮對(duì)超高層建筑中所使用的多種電氣設(shè)備產(chǎn)生影響的各方面因素，在國(guó)家超高層建筑相關(guān)電氣設(shè)計(jì)規(guī)范和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求的指導(dǎo)下開(kāi)展電氣設(shè)計(jì)。尤其需要重視電氣設(shè)計(jì)方案的可行性、安全性，在超高層建筑內(nèi)部做好對(duì)變配電系統(tǒng)的建設(shè)，確保在超高層建筑用戶(hù)正常建筑使用行為中能夠始終有效地保障電力資源供應(yīng)，減少出現(xiàn)電力相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)的概率。