工程案例：高层办公楼的供配电设计(图文)

高层办公楼中各种强弱电设备及空调机电设备复杂，竖向管井多，对供电的可靠性、安全性以及对消防电源可靠性提出了较高的要求，故增加了供配电设计的复杂性。本文结合某银行高层办公楼工程，探讨了高层办公楼的供配电设计。

工程概况
某银行高层项目，建筑面积为26320m2，建筑高度为66m，地上15层，地下1层。其中-1F为银行金库、各类设备用房(泵房，风机房，变配电室，发电机房)、车库。1F、2F为东西两个营业厅、清点区等，3F为员工厨房、餐厅、银行系统的网络机房(银行专用)，标准层均为办公楼。

图1 工程效果图

负荷等级划分及供电要求
根据GB 50052-2009《供配电系统设计规范》第3.0.1条规定，该工程的负荷分为以下等级：
(1)一级负荷中特别重要负荷，为银行系统用计算机及安防系统供电。
(2)一级负荷，包括非消防银行用电、金库用电、三层网络机房(银行专用)、主要业务和计算机系统用电、安防系统、弱电机房、航空障碍照明、走道照明、值班照明、客梯用电排污泵、生活水泵用电。
(3)消防负荷，包括防排烟设施、消防泵房、消防电梯、消防控制室、火灾报警及联动装置、智能应急照明、消防排污泵、电动防火卷帘等。
(4)其余负荷均为三级负荷。
GB 50016-2014《建筑设计防火规范》[1]第10.1.8条规定，对于一级负荷中的消防负荷，如消防电梯、消防控制室、防排烟设施等，需要双电源供电且末端切换;对于一级负荷中的非消防负荷，可不设末端切换。该工程中的一级负荷中特别重要负荷及一级负荷增加了应急发电机组。
GB 50052-2009第3.0.2条规定：一级负荷应由双重电源供电，当一电源发生故障时另一电源不应同时受到损坏。

其他专业提供资料
(1)给排水专业。该建筑-1F设置了消防泵房，设计提资的主要内容包括生活水泵、消火栓泵、喷淋泵的位置及功率大小，其功率直接影响变压器的安装容量。此外，泵房位置也影响变配电室和发电机房的位置，应在提资阶段与建筑方、给排水专业协商，以便准确设计变压器、发电机容量及设备房位置。
(2)暖通专业。涉及的电气专业问题包括空调系统和消防动力、VRV空调、风机盘管、防排烟风机、加压风机等。空调作为季节性负荷，在变配电系统设计时应单独考虑，采取最经济的运行方式，尽量减少变压器的空载损耗。
(3)建筑专业。对于建筑专业，主要是设备房的提资，包括设备房的位置、数量、面积及其他要求。根据GB 50053-2013《20kV及以下变电所设计规范》[2]、JGJ 16-2008《民用建筑电气设计规范》[3]、GB 50054-2011《低压配电设计规范》[4]综合考虑，变配电房屋层高不低于3.9m，净高不低于2.9m(考虑电缆出口标高)，长度超过7m时不少于2个出口。发电机除安装设备和预留检修空间外，还涉及储油间的容量。该工程消防、安防合用房间，故要求建筑专业预留面积约40m2。消防与安防分开设置时，消控室的面积可为15m2左右，并适当加大。另外，变配电室的净高与其他普通设备不同，有可能对变配电室部分基础进行局部降板等处理。

主要设备安装容量
该工程共设置了3台变压器，其中1#、2#变压器容量均为800kVA，承担普通负荷与重要负荷的主电源，变压器之间设联络柜;3#变压器容量为1250kVA，承担中央空调负荷，因空调负荷为季节性负荷(可切除)，以便延长变压器的使用寿命。同时设置1台柴油发电机作为一级负荷中重要负荷及一级负荷的备用电源，其进线开关与2#变压器的母线互投。

变配电系统
高压系统
通过室外环网柜引来两路10kV电源进线，当一路电源发生故障时，另一路电源不应同时受到损坏。1#、2#变压器应引自不同的10kV高压母线。

图2 高压系统拓扑结构

低压配电系统
(1)配电电缆的选型及敷设。由于该建筑为绿色建筑，为便于进行电量计量，同时又根据不同负荷类型、用途等因素，按照明、动力、消防供电，采用放射式、树干式配电方式;标准层办公部分分层采用树干式供电，消防负荷采用双电源末端切换，其他一级负荷可在前端切换。因该工程为一类高层办公建筑，同时又属于人员密集场所，故所有普通电源均采用WDZ-YJY电缆，电井内桥架敷设，消防供电选用BTTZ(Q)矿物绝缘电缆，电井内防火桥架敷设。GB 50016-2014第10.1.10.3条规定：消防桥架与普通负荷用桥架分设在电井的两侧。

(2)应急发电机组。通过对比平时停电时发电机带的负荷容量与消防时的负荷容量，取较大者确定应急发电机组的容量。该工程存在大量一级负荷、消防负荷，通过核算，发电机安装容量达473kW，柴油发电机在15s内能应急自起动，起动信号来自双电源自动转换开关。

(3)智能应急照明的设置。该工程属于人员密集场所，故设置了智能型应急照明装置，并按防火分区设置。智能型应急照明主机设在1F消防控制室，各层设置分配电装置。集中控制型消防应急照明灯由集中电源供电，工作电压DC 24V。消防应急照明疏散指示系统供电为消防一级负荷。集中控制型消防应急灯具系统在发生主机瘫痪等故障时，系统内所有设备应仍能执行消防应急预案。控制主机与火灾报警系统主机连接，系统控制主机接收火灾位置信息，自动生成针对每个报警点的最佳疏散路径。

(4)有源滤波装置的设置。在3F设置银行系统专用网络机房，机房内设置大量电子设备。这些设备的共同特点是设备运行会产生大量的高次谐波，对电源质量要求很高。如果存在大量

谐波，会使电压电流波形产生畸变，影响供电质量。故该工程采用了就地补偿，按设备工作电流与谐波畸变率的积(谐波电流有效值)，可选择相应电流的三相滤波器。

注意事项
(1)应急发电机按安装容量的10%～20%设计是不够的，因高层建筑消防和一级负荷较多，实际工程容量应适当放大，且根据规范要求应区别对待。
(2)变压器容量和台数的选择。因该工程存在较多的动力负荷，其中负荷较大的为VRV空调负荷，考虑空调为季节性负荷，故VRV空调能单独设置1台变压器，以降低变压器的损耗。
(3)高层建筑在选择强弱电井、变配电室、弱电机房、消防控制室时最好考虑足够的容量，以便布置设备或布线时进出线使用方便。高层办公建筑强电井、弱电井的净面积分别不小于4m2、5m2。消控室内若只布置消防设备时可按GB 50116-2013《火灾自动报警系统设计规范》中不小于15m2即可，若与安防设备合用时，通常预留40m2，变配电室则根据GB 50054-2011第4.2.5条、GB 50054-2011第4.2.4条和第4.2.7条考虑布置面积。
(4)应急照明按防火分区划分，当标准层防火分区面积较小时2F、3F共用1个应急照明箱。另外，智能型应急照明装置的厂家众多，有的厂家产品只需24V电源，但按照目前高层建筑的高度，由于电压降的问题，仅由主机的24V电源线不能满足末端电压，故分配电装置需考虑220V电源。
(5)变配电室通过结构降板达到净高要求，电缆沟底标高比配电室外的低，故在变配电室外设置截水沟和集水井。排水泵按消防负荷供电，同时做好防水处理和技术交底。

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