天津超高层建筑电气设计

1、Guide to the design of building electricity for Extra-high building 超高层建筑超高层建筑电气设计要点电气设计要点超高层建筑电气若干问题探讨2012.06深圳中国 目录目录 序言 负荷 供配电系统 应急或备用系统 配变电所 防雷 直升机停机坪照明 其它超高层建筑：建筑高度大于100m的民用建筑。民用建筑：供人们居住和进行公共活动的建筑的总称。居住建筑：供人们居住使用的建筑。公共建筑：供人们进行各种公共活动的建筑。民用建筑设计通则GB50352-20051 序言序言1972年，在美国Pennsylvanian（宾夕法尼亚）州的Be

2、thlehem（伯利恒市）的国际高层建筑会议上，将40层以上，即建筑高度在100m以上的建筑叫作超高层建筑。目前世界最高的超高层建筑排行榜迪拜哈里发塔169层，高828米台北101大楼101层，508米上海环球金融中心101层，492米香港环球贸易广场118层，484米吉隆坡佩重纳斯双子大厦88层，452米南京紫峰大厦89层，450米A.芝加哥尖塔，600米，150层 B.天津117大厦，570米，117层 C.纽约世贸中心自由塔，541米，82层 D.“中国尊”，北京，510米高，108层目前世界部分在建的超高层建筑迪拜AL BURJ大厦，1400米？ 长沙J220天空城市，838米220层

3、平安国际金融中心660米 上海中心大厦632 米 俄罗斯大厦612米 韩国仁川塔610米，151层ABCD部分超高层建筑电气主要参数部分超高层建筑电气主要参数超高层建筑的主要特点：1 建筑高度高，层数多2 建筑面积大，规模大3 功能多样超高层建筑电气的主要特点：1 用电量大，供电半径长 2 多个电源，10kV110kV3 多个配变电所 4 变压器装机容量多在100140VA/m25 设有备用电源或应急电源建筑物名称建筑物名称 中钢国际广场中钢国际广场天津津塔天津津塔 上海金茂上海金茂 深圳平安金融深圳平安金融中心中心上海环球上海环球 天津陆家嘴广天津陆家嘴广场及商务大酒场及商务大酒店店广州珠江

4、新广州珠江新城城 建筑面积（m2） 395000360000290000460000381600450000210000建筑高度（m） 358336.9420.5（塔尖），360646（塔尖）492200309层数（层） 8375881161014271功能 五星级和超五星级酒店、酒店式公寓、办公、商业办公、酒店、公寓、商业 酒店、办公、商业等 办公、商业超五星级宾馆、写字楼、会议室、商业两栋办公楼、一座高档商务酒店和一座大型购物中心办公、会议 电源总容量 2路35kV，同时工作，互为备用 3路35kV电源，两用一备 2路35kV，同时工作，互为备用 9路10kV，6用3备3路35kV，同时工

5、作，互为备用 两路35kV独立电源3路10kV变压器 总容量 40200kVA1个主站，9个分站。35400kVA。除主站外，在地下、45层、60层、冷冻机房设分站主变，410000kVA,35/6.3kV； 55500kVA主站35/10kV，312500kVA=37.5MVA每个避难层均设分站，即12层一个1个总变电所35kV，7个分变电所总 容 量 ：41900kVA4个变电所，主-从关系，28000kVA，最小变压器1600kVA单位容量101.7VA/m2122VA/m2137.9 VA/m2120.7VA/m298.27 VA/m293.1 VA/m2133.3 VA/m2序号建筑

6、物名称用电负荷名称负荷级别1国家及省部级政府办公建筑客梯、主要办公室、会议室、总值班室、档案室及主要通道照明用电一级2国家及省部级计算中心计算机系统用电特一级特一级3国家及省部级防灾中心、电力调度中心、交通指挥中心防灾、电力调度及交通指挥计算机系统用电特一级特一级4地、市级办公建筑主要办公室、会议室、总值班室、档案室及主要通道照明用电二级5地、市级及以上气象台气象业务用计算机系统用电特一级特一级气象雷达、电报及传真收发设备、卫星云图接收机及语言广播设备、气象绘图及预报照明用电一级2 负荷负荷2.1 负荷负荷等级等级序号建筑物名称用电负荷名称负荷级别7商场、超市大型商场及超市的经营管理用计算机系

7、统用电特一级特一级大型商场及超市营业厅的备用照明用电一级大型商场及超市的自动扶梯、空调用电二级中型商场及超市营业厅的备用照明用电二级8银行、金融中心、证交中心重要的计算机系统和安防系统用电特一级特一级大型银行营业厅及门厅照明、安全照明用电一级小型银行营业厅及门厅照明用电二级10旅游饭店四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特一级特一级四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、新闻摄影用电一级三星级旅游饭店的宴会厅、餐厅、厨房、康乐设施、门厅及高级客房、主要通道等

8、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，除上栏所述之外的四星级及以上旅游饭店的其它用电二级2.2 负荷密度负荷密度超高层建筑负荷密度与建筑功能、建筑面积、建筑高度、附属功能等因素有关。一般在100140W/m2(住宅除外)。3.1 电源电源a 超高层建筑应进行整体供配电系统设计，至少需要两路独立市电电源，还需要另设应急电源或备用电源。b 超高层建筑的正常电源数量不应少于两个，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。电源电压等级可以为10kV、20kV、35kV或110kV。当一路电源断电时，剩余电源应能保证

9、二级及以上负荷的供电。3 供配电系统供配电系统供电电压供电电压等级等级受电变压器总容量受电变压器总容量大约服务面积大约服务面积（m2）220V380V50kVA及以下10kV100kVA至8000kVA(含8000kVA)8万20kV200kVA至16000kVA(含16000kVA)16万35kV5MVA至40MVA540万66kV15MVA至40MVA110kV 20MVA至100MVA20110万220kV100MVA及以上中钢实例中钢实例海门站海门站220kV潮音寺潮音寺110kV万年桥站万年桥站220kV东沽站东沽站110kV本案本案Sky loft 酒店酒店酒店酒店Hotel酒店式

10、公寓酒店式公寓Hotel Apartment自用写字楼自用写字楼Owners Office写字楼写字楼5A Office商业商业Commercial Use1#楼楼T12#楼楼T2 根据本工程的负荷等级，要求供电电源为2路独立的35kV的电源，近期分别引自海门220kV及万年桥220kV变电站，最终由万年桥和东沽220kV变电站各通过一路35kV电源。每路电缆均为双根300mm2的铜芯电缆、走不同路径至本工程主站高压配电室。两路高压电源同时工作，互为备用，每路均能承担本工程全部负荷。 供电电源供电电源电压等级（电压等级（kVkV）10103535110110一路最多可带负荷容量（kVA）*约1

11、0000约35000约108000本工程所需电源数量及说明46路，视变压器负荷率而定2路，一路可带全负荷2路，一路可带全负荷当地的规定/路数（路）*5000kVA以下/85000kVA以上/220000kVA以上/2供电范围小大很大技术成熟度成熟，使用普遍成熟，使用较普遍成熟，但不普遍市政条件与供电部门协商与供电部门协商与供电部门协商说明需多路供电2路刚好，可靠、经济2路容量有富余，还可带周围的其它建筑结论不推荐推荐PA实例方案方案一一 56600KVA 1#、2#，容量容量34900kVA，设在设在B2F，供电供电B5F39F，半径约半径约250m3#，容量容量12100kVA，设，设在在5

12、2F ，供电供电40F80F，半径约半径约200m4#，容量容量9600kVA，设在设在81F ，供电供电81F116F ，半径约半径约190m1#、2#，容量容量24400kVA，设在设在B2F，供电供电B5F10F，半径约半径约100m1#、2#，容量容量22800kVA，设在设在B2F，供电供电B5F6F，半径约半径约80m3#，容量容量9600kVA，设，设在在25F，供电，供电11F39F半径约半径约80m4#，容量容量6900kVA，设，设在在52F，供电，供电40F68F，半径约半径约90m5#，容量容量6900kVA，设，设在在81F，供电，供电69F97F，半径约半径约90m

13、6#，容量容量4100kVA，设，设在在111F，供电，供电98116F，半径约半径约70m3#，容量容量4100kVA，设，设在在10F，供电，供电7F17F半半径约径约50m4#，容量容量3450kVA，设，设在在25F，供电，供电18F32F，半径约半径约50m5#，容量容量4100kVA，设，设在在39F，供电，供电33F45F，半径约半径约80m6#，容量容量4200kVA，设，设在在52F，供电，供电46F61F，半径约半径约60m9#，容量容量3200kVA，设在，设在97F，供电，供电91103F，半半径约径约50m8#，容量容量4200kVA，设，设在在81F，供电，供电75

14、90F，半径约半径约60m7#，容量容量3600kVA，设，设在在68F，供电，供电6274F，半径约半径约50m10#，容量容量2850kVA，设，设在在111F，供电，供电104116F，半径约半径约50m方案方案三三 55500KVA方案方案二二 55900KVA方案比较17变电所位置低压供电半径干线电缆长度(m)电压损失干线电缆造价(万元)设备造价(万元)50年有功电能损耗费用(万元)造价、能耗总计(万元)变配电所用房面积(m2)方案一最大669202.6%334636265585125572120方案二合理251781.0%12593789210171492635方案三最小10296

15、0.5%515417085955443010 结论：综合上述的技术、经济指标分析，变配电所设计采用方案三。 超高层商业办公综合体不同于政府功能性建筑，也不是纯粹的城市形象工程，其变配电所的设计，除了要以安全性、可靠性为基本要求，同时还应该结合建筑本身的定位和特点，考虑其运行的灵活性，以及业主投资、运营的经济性。电源工作方式电源工作方式电源的数量及工作方式建议按表3-1执行。电源数量电源数量运行方式运行方式建议适用范围建议适用范围两路电源一用一备规模不大的超高层建筑，不推荐使用同时工作、互为备用8MVA以下（一路10kV）；16MVA以下（一路20kV）；40MVA以下（一路35kV）；100M

16、VA以下（一路110kV）三路电源两用一备同时工作四路电源两两工作、不设站联两两工作、设站联分别工作、相邻电源设联络三用一备表表3-1 建议的电源数量及其工作方式建议的电源数量及其工作方式3.2 高压供配电系统高压供配电系统3.4.1 超高层建筑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采用放射式引至分配变电所。3.4.2 高压系统的配电级数不宜多于两级。3.4.3 应根据当地供电部门的规定，35kV电压等级可直降到0.4kV；也可先将35kV降压到10kV，再将10kV降到0.4kV。3.4.4 如当地供电部门没有特别要求，20kV电压等级可直降到

17、0.4kV。1#主站2#主站3#主站三个主站，均二用一备1# 10kV进线安装容量:10700kVA2# 10kV进线安装容量:10700kVA3# 10kV进线安装容量:7900kVA4# 10kV进线安装容量:9150kVA5# 10kV进线安装容量:10598kVA6# 10kV进线安装容量:10011kVAPA实例2-1#变电所：分变电站，B4L332-1#substaion: for B4L334x1600，2X2000kVA1-1#变电所：为1#楼酒店服务1-1#substation : for hotel in L14x1250kVA2-2#变电所：为T2冷冻站服务2-2#sub

18、station: for chillers station in T24x1600kVA2-3#变电所：为2#楼L3349层写字楼服务2-3#substation: for 5A office in L3349 4x1000kVA2-4#变电所：为2#楼L4967层服务2-4#substation: for L4967 in T24x1000kVA2-5#变电所：为2#楼L67层及以上酒店服务2-5#substation: for Hotel in L67 and above of T2 4x1000kVA1-3#变电所：为1#楼酒店冷冻站服务1-3#substation: for hotel

19、 chillers station in L12x1600 kVA1-2#变电所：为裙房服务1-2#substation: for podium 2x1250 kVA中钢实例中钢实例变电站Substation供电区域Supply Area位置Position变压器容量估算Estimate Transformer Capacity（kVA）选定变压器容量Chosen Transformer Capacity（kVA）10# 配电站0#Substation主站，35kV配电Main Substation, 35kVT2楼B2层B2 in T222-1#变电站2-1#substation办公 for

20、 office use塔2低区办公B433/FIn B4L33 of T2T2楼B2层B2 in T24x1600，2X200032-2#变电站2-2#substation办公 for office use 塔2冷冻站B4Chillers station in B4of T2T2楼B2层B2 in T267314x160042-3#变电站2-3#substation办公for office use 塔二高区办公33/F49/FIn L3346 of T2T2楼33层L33 in T239974x100052-4#变电站2-4#substation办公 for office use塔二高区办公4

21、9/F67/FIn L4967 of T2T2楼49层L49 in T239974x100062-5#变电站2-5#substation酒店 for Skyloft hotel use塔二67/FROOFIn L67 to roof of T2T2楼67层L67 in T240944x100071-1#变电站1-1#substation酒店 for hotel use塔一楼酒店和公寓For hotel and apartment in T1T1楼B2层B2 in T1 51514x1250 81-2#变电站1-2#substation裙房For PodiumT1楼B2层B2 in T12886

22、2x125091-3#变电站1-3#substation酒店 for hotel use 酒店冷冻机站Chillers station for hotel T1楼B2层B2 in T131342x1600Total 39500中钢中钢系统方案系统方案System scheme方案一两路35kV独立电源，同时工作，互为备用。主站为35kV配电，分站电压由35kV直降至0.4kV，保护在主站，分站进线设负荷开关。Two sets of independent 35kV electric power run in double harness, and as standby for each oth

23、er. It is distributed by 35kV transmission line from main substation. In substation the voltage is transformed from 35kV to 0.4kV, with protection in main substation and switches in substation. B233F49F67F2#楼1#楼方案二方案二两路35kV独立电源，同时工作，互为备用。主站35kV配电，主站内有保护。分站还设一级配电，电压由35kV直降至0.4kV，如果保护灵敏度满足要求，分站进线不设保护，

24、出线设保护，分站还进行高压配电。方案三1#楼2#楼方案三两路35kV独立电源，同时工作，互为备用。电压由35kV降至10kV，后10kV配电到分站，保护在主站。当保护灵敏度能满足要求时，分站进线不设保护，出线设保护。供配电系统方案比较供配电系统方案比较方案方案1 12 23 3电源两路35kV独立电源，同时工作，互为备用两路35kV独立电源，同时工作，互为备用两路35kV独立电源，同时工作，互为备用系统特点主站为35kV配电，分站电压由35kV直降至0.4kV，保护在主站，分站进线设负荷开关。主站35kV配电，主站内有保护。分站还设一级配电，电压由35kV直降至0.4kV，如果保护灵敏度满足要

25、求，分站进线不设保护，出线设保护，分站还进行高压配电。电压由35kV降至10kV，后10kV配电到分站，保护在主站。当保护灵敏度能满足要求时，分站进线不设保护，出线设保护对继电保护合适有难度有难度可靠性简单、可靠多一级，较可靠多一级，较可靠投资高 A中等， 约80% A低，约50% A维护成本高较高低结论实施方案a 柴油发电机组在超高层建筑中既可作为应急电源使用，也可以作为备用电源使用。当备用电源满足应急电源条件时，备用电源可以兼作为应急电源。备用电源 应急电源 正常电源断电供电供电供电时间可能很长，满足生产要求满足人员疏散即可转换时间可能长，也可能短短设置目的非安全因素，如营业、生产安全原因

26、，如人员疏散作为电源的设备独立市电、发电机等柴油发电机、蓄电池等容量按备用负荷计算按应急负荷计算确定3 应急或备用系统应急或备用系统住宅建筑电气设计规范JGJ 242-20113.2.3 建筑高度为100m或35层及以上住宅建筑的消防用电负荷、应急照明、航空障碍照明、生活水泵宜设自备电源供电。b 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、单台电动机最大启动容量、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，宜采用低压柴油发电机；（2） 当建筑物高度大于400m时，宜选用高压柴油发电机；（3） 当建筑物高度在

27、100m400m时，应进行技术分析、比较，确定柴油发电机的额定电压。假设负荷为三相平衡负荷，线路电压损失3可采用公式（1）计算。 u%=0.173IL（R0cos+X0sin）/Ue (1)式中，u线路电压损失，%，一般情况下用电设备端子处此值为5%；I负荷计算电流，A；L线路长度，km；R0、X0线路单位长度的电阻和电抗，单位：/km；cos功率因数；Ue额定电压，kV。电缆截面（mm2）载流量（A）功率（kW）X0（/km）R0（/km）u%l(m)95316196.80480.0770.2295152.6120370230.4360.0770.1815159.0150425264.690

28、.0770.1455165.8185490305.1720.0780.1185168.3240588366.20640.0770.0915170.3表3 额定电压为400V时的电压降与供电距离电缆截面（mm2）载流量（A）功率（kW） X0（/km）R0（/km）u%l(m)953162952.0720.0770.22952289.71203703456.540.0770.18152385.51504253970.350.0770.14552486.91854904577.580.0780.11852524.12405885493.0960.0770.09152554.0表4 额定电压为6kV

29、时的电压降与供电距离电缆截面（mm2）载流量（A）功率（kW）X0（/km）R0（/km）u%l(m)953164920.120.0770.22953816.11203705760.90.0770.18153975.81504256617.250.0770.14554144.81854907629.30.0780.11854206.82405889155.160.0770.09154256.7表5 额定电压为10kV时的电压降与供电距离2#楼1#楼应急备用系统方案一59层46层30层15层地下1层柴油发电机为10（6）kV，后经降压变压器降压至400V。三台机组可并列运行，也可分列运行。方案方

30、案1：10（6）kV发电机组发电机组 应急备用系统方案二1#楼2#楼59层46层30层15层地下1层方案方案2：400V发电机组，机组在底部发电机组，机组在底部柴油发电机为400V,三台机组可并列运行，也可分列运行。方案方案3：400V发电机组，机组在底部和顶部发电机组，机组在底部和顶部应急备用系统方案三1#楼2#楼59层46层30层15层地下1层方案方案4：400V柴油发电机组柴油发电机组+升压变压器升压变压器柴油发电机为400V，高层部分经升压变压器升至10（6）kV，低层部分仍采用400V供电。三台机组可并列运行，也可分列运行。方案方案1 12 23 34 4内容400V，位于地下层40

31、0V，地下及顶层400V+升压变压器高压，10（6）kV优点系统简单，供油方便，维护方便，投资低电压降易满足要求，系统较简单电压降易满足要求电压易满足要求缺点电压降不易满足要求供油困难，维修不便，投资较高维修不便，投资较高，系统较复杂保护困难，厂家少，投资高投资*低中等高很高备注推荐推荐仅高区使用表表8 应急（备用）系统比较应急（备用）系统比较柴油发电机组的油箱容量应能保证180min，即3h以上的用油量。 从消防角度看，日用油箱暂按1m3设置，每套机组设置一个日用油箱。同时，在户外红线内设一个15m3的地下油罐。中钢国际广场应急电源供电时间研究报告中钢国际广场应急电源供电时间研究报告The

32、Study of emergency power supply time for Sino-Steel Tianjin c 用油量应能满足人员疏散的要求。d 备用电源宜采用独立于正常电源的发电机组发电机组，不应采用蓄电池。酒店部分的备用电源应按酒店管理公司的要求设置，用于出租的写字楼宜预留柴油发电机组房的位置及进排风、供油等条件。e 柴油发电机房宜设在地下一层、地下二层、首层，也可设置独立的柴油发电机房，不宜在避难层和顶层设置柴油发电机组。PA实例实例 a 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、

33、顶层，其变压器容量不宜超过1000kVA。4 配变电所配变电所变压器变压器型号型号 UkUk（% %）PoPo（W W）PkPk（W W）LPALPA（dBdB）绝缘等级绝缘等级L LB BH H（mmmm）重量（重量（kgkg）SCB10-1000/1061650709050F2000140019153395ASGB10-1000/1061720954551H190013501655273080.4% ASCB10-1250/1061930846051F2100150020653520BSGB10-1250/10620301158552H200013501965300085.2% BSCB1

34、0-1600/10622501024051F2100150021204165CSGB10-1600/10623001348553H200015002200352584.6% CSCB10-2000/10829901260052F2200150023405545DSGB10-2000/10831001541553H210015002270396071.4% DSCB10-2500/10835001500053F2300150025406670ESGB10-2500/10838001717054H220015002470530079.5% ESCB10-1000/35625871087753F26

35、90170023504330SCB10-1250/35630381230254F2800180023705190SCB10-1600/35632001530054F2800180024705460SCB10-2000/35837001303055F3000180026106790SCB10-2500/35849602134756F3350190027408430 不推荐将变压器分拆上楼！b 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和相应的配电装置室相通，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

36、置型式可选择下进下出，下进上处，上进下出，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。0#主站主站2-2分站分站2-1分站分站1-1#分站分站1-3分站分站1-2分站分站1-1#分站分站1-3分站分站1-2分站分站80052856250008001392880013928800AIR CONDITIONROOM水井空调机房合用前室12.8风风风风合用前室12.8设备用房设备用房排烟排风新风ELEC.ROOM弱电ELEC.ROOM弱电ELEC.ROOM强电ELEC.ROOM强电updnupdn水水MECHANICAL机电设备服务 超高层

37、建筑多为钢结构或砼与金属框架结构，接闪器可采用避雷带和避雷针，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。 问题：避雷针高问题：避雷针高8米，高出米，高出停机坪停机坪4.25米，对直升机的安米，对直升机的安全产生影响。全产生影响。 建议！采用避雷带建议！采用避雷带+直升机直升机接地方式，这样可以满足二接地方式，这样可以满足二类防雷建筑物的设计。类防雷建筑物的设计。i=2%i=2%i=2%i=2%i=2%i=2%i=2%i=2%i=2%i=2%i=2%i=2%i=2%i=2%i=2%i=2%i=2%i=2%i=2%i=2%i=2%i=2%i=2%i=2%i=2%i=2%i=2%i=2%

38、i=2%i=2%i=2%i=2%i=2%i=2%i=2%i=2%屋顶停机坪屋顶花园R=3500196.850天窗天窗天窗天窗擦窗机1#2#擦窗机i=2%i=2%136236i=0.5%33i=0.5%i=2%i=2%i=0.5%2i=2%i=2%室外消火栓室外消火栓196.850电动栏杆193.200屋顶停机坪照明由专业厂家设计避雷针高避雷针高8 8米米5 防雷防雷停机坪尺寸：停机坪尺寸：直直9（海豚）直升机（海豚）直升机 ：起飞总重起飞总重4000kg全长全长 13.46米米全高全高 3.81米米 根据相关标准布置根据相关标准布置1.5D1.5D的最终的最终进近区和起飞区，并设置安全进近区和起飞区，并设置安全区。足够大的停机坪能直升机区。足够大的停机坪能直升机除紧急情况外，还能日常提供除紧急情况外，还能日常提供贵宾使用，直径贵宾使用，直径2727米。米。尺寸参考：尺寸参考：国贸三期国贸三期 直径直径2727米米CCTV CCTV 直径直径2727米米6 直升机停机坪的照明设计瞄准灯 嵌入式安装，不少于6盏，通常6盏或8盏，同步频闪，Ip67。 埋深不小于120mm，直径约200300mm，单相AC220V，单灯功率一般50100W，白光，有效光强不小于100cd/m2。周界灯 此灯是强制性的，必须此灯是