建筑工程超高層電氣工程設(shè)計中關(guān)鍵技術(shù)探析

超高層建筑600米與200米電氣設(shè)計技術(shù)上有何差異？

1.建筑體量大-供電容量大-超過40MVA供電電壓等級提高-面積+高度+投資

2.防雷設(shè)計和防雷等級-雷電風(fēng)險評估-外墻玻璃幕墻的測試

3.結(jié)構(gòu)復(fù)雜-設(shè)備層設(shè)備布置受到結(jié)構(gòu)構(gòu)建的影響

4.重要客戶聚焦-用戶的用電品質(zhì)和供電要求提高-如何滿足高端客戶的需求-預(yù)留用戶IT設(shè)備供電+預(yù)留用戶備用發(fā)電機

5.特別重要設(shè)備多+供電的可靠性和持續(xù)性要求高-應(yīng)急電源的供電接入方式的優(yōu)化

6.發(fā)電機的供電電壓等級的選擇、散熱器方式的選擇、測試負載

7.設(shè)備的管線錯綜復(fù)雜+空間要求高-三維管線設(shè)計BIM

超高層建筑600米與200米電氣設(shè)計技術(shù)上有何差異？8.確保重要負荷電能的豎向傳輸-獨立的中壓干線豎井+重要設(shè)備配電豎井+耐火中壓電纜的應(yīng)用

9.消防人員應(yīng)急疏散時間長-消防輔助電梯

10.電力設(shè)備監(jiān)控要求高+維護要求高-對電力設(shè)備的監(jiān)控提出要求+控制策略

11.平面復(fù)雜性+大空間-智能照明系統(tǒng)+智能應(yīng)急疏散照明系統(tǒng)

12.提高維護水平-SPD后臺監(jiān)察維護管理

13.多能源的應(yīng)用-CPMS管理策略

14.如何利用結(jié)構(gòu)巨柱作為豎向的等電位聯(lián)結(jié)帶

15.超高速電梯的供電和饋能

16.上樓變壓器的運輸、減震降噪超高層建筑600米與200米電氣設(shè)計技術(shù)上有何差異？工程概況

金茂、環(huán)球金融中心、上海中心三座超高層建筑，坐落于中國最大的金融中心-上海浦東陸家嘴金融中心-上海市的地標建筑，將完整地展示中國改革開放的標志性的三個里程碑。金貿(mào)大廈JINMAO

環(huán)球金融中心WFC

上海中心大廈SHANGHAITOWER

金茂代表了中國改革開放的“過去”環(huán)球金融中心是中國的“現(xiàn)在”

上海中心大廈代表著中國可持續(xù)發(fā)展的“未來”三棟標志性建筑展現(xiàn)了中國改革開放的發(fā)展歷程632m492m420.5m核心筒及超級結(jié)構(gòu)樓板

內(nèi)層幕墻外層幕墻支撐體系外層幕墻

整幢建筑建筑方案：美國Gensler結(jié)構(gòu)方案：美國TT機電方案：美國Cosentini上海中心建筑總高度：632m主樓屋面標高：580m層數(shù)：地上127層地下5層總建筑面積：568346m2地上面積：410035m2垂直電梯：106部自動扶梯：37部避難層數(shù)量：8個預(yù)計2012年結(jié)構(gòu)封頂，2014年全面竣工9區(qū)：121-127層：阻尼平衡裝置、風(fēng)力發(fā)電、設(shè)備用房

118-120層：觀光7-8區(qū)：111-115層：公寓式酒店

84-110層：超五星級酒店2-6區(qū)（8-81層）：辦公1區(qū)（1-6層）：大堂、商業(yè)、會議地下1-5層：商業(yè)、停車、設(shè)備用房、后勤、人防避難兼設(shè)備(M2)層：7、21、36、51、67、83、100、117設(shè)備層(M1)：6、20、35、50、66、82、99、116功能分區(qū)：1區(qū)2區(qū)3區(qū)4區(qū)5區(qū)6區(qū)7區(qū)8區(qū)9區(qū)典型標準層和空中休閑空間內(nèi)層幕墻外層幕墻圖片由Gensler提供圖片由Gensler提供可再生能源利用-風(fēng)力發(fā)電建筑的頂部塔冠結(jié)合幕墻設(shè)置數(shù)量眾多的超小功率軸式渦輪風(fēng)力發(fā)電機組，峰值發(fā)電功率300kWp，預(yù)計每年將提供1575,000kwh的發(fā)電量。

天然氣熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)（三聯(lián)供）以天然氣為燃料，通過動力裝置發(fā)電，利用其產(chǎn)生的余熱通過余熱鍋爐、余熱型吸收式冷熱水機組為建筑供熱、供冷，為建筑物提供所需各類能源的供應(yīng)系統(tǒng)。三聯(lián)供技術(shù)是一次能源利用率非常高的一項技術(shù)。當(dāng)建筑物實際的電力、供冷、供熱負荷與建筑物所配備的三聯(lián)供系統(tǒng)的供能能力匹配得較好時，三聯(lián)供系統(tǒng)將產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。三聯(lián)供系統(tǒng)是一種高效、環(huán)保和先進的能源利用系統(tǒng)。其高效性、環(huán)保性和先進性是建立在系統(tǒng)的配置和運行策略能很好地符合建筑物對能量需求的基礎(chǔ)上。國內(nèi)外對熱電冷聯(lián)產(chǎn)（三聯(lián)供）系統(tǒng)的評價基本上集中在一次能源利用率、環(huán)境影響以及經(jīng)濟性三個方面。熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)（三聯(lián)供）：

由于冷熱負荷與電力負荷之間的耦合關(guān)系，使得冷熱負荷與電力負荷的逐時對應(yīng)關(guān)系直接影響到系統(tǒng)的配置與運行。因此，熱電冷聯(lián)產(chǎn)（三聯(lián)供）系統(tǒng)要實現(xiàn)經(jīng)濟性的提高和排熱的有效利用，其前提是對建筑的冷熱負荷和電力負荷有比較準確的預(yù)測。三聯(lián)供發(fā)電與大廈10kV主母線并網(wǎng)運行，設(shè)置電力監(jiān)測和控制系統(tǒng)，并設(shè)置系統(tǒng)同步的并列、解列等繼電保護控制，設(shè)置逆功率保護，嚴禁向市電網(wǎng)的逆向饋電。上海中心采用2臺1.06MW/10kV燃氣輪機。熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)（三聯(lián)供）：

熱電冷三聯(lián)產(chǎn)運行模式

計算總負荷：39.8MW供電電源和方式：兩路110kV雙重電源

兩臺40MVA主變1+1模式：兩路電源同時供電、同時使用，互為備用，任一進線和主變失電，均確保大廈正常使用主變安裝負荷密度：140.8VA/m2圖片由Gensler提供上海市最高的標志性建筑，為主樓高度632米的超高層建筑，供電要求必須絕對可靠?？蛻艄δ芏ㄎ桓撸懈呒壘频旰透叨松虡I(yè)辦公、會議、重要IT機房等，供電負荷等級高，確保供電的連續(xù)性。超大的建筑體型，建筑總面積達56.8萬平米，負荷容量大，總計算負荷為39.8MW。建筑構(gòu)造復(fù)雜，設(shè)備層變配電站柱網(wǎng)和空間受到限制。為滿足可在生能源利用的設(shè)計要求，設(shè)置2臺1060kW冷熱電三聯(lián)供發(fā)電機組和塔冠的小容量風(fēng)力發(fā)電機群（設(shè)備總?cè)萘考s300kWp）。建筑特點和供配電要求根據(jù)上海市供電部門的最新要求供電電壓為110kV，雙重電源專路供電，主樓地下層設(shè)置110/10kV用戶變電站，設(shè)置兩臺110/10kV

40MVA六氟化硫絕緣主變壓器，總?cè)萘繛?0MVA，分列運行，任何一路進線或主變失電時，仍能確保大樓正常運行，滿足大樓的用戶可靠性和持續(xù)性的供電要求。110/10kV用戶變電站由上海電力設(shè)計院負責(zé)設(shè)計。為確保大樓自身的防災(zāi)能力和規(guī)范要求，設(shè)置用戶應(yīng)急保障發(fā)電機組（4臺2500kW）。為確保酒店和高檔辦公用戶重要設(shè)備對供電持續(xù)性的要求，預(yù)留7臺用戶備用發(fā)電機組位置。供電電壓等級及供電容量的確定金茂大廈環(huán)球金融中心上海中心供電電壓等級35kV35kV110kV進線/主變數(shù)量二線四變?nèi)€三變兩線兩變總受電/每線容量40MVA/20MVA37.5MVA/12.5MVA80MVA/40MVA總建筑面積(m2)約28萬約38萬56.8萬負荷密度(VA/m2)142.998.7140.8供電方式容量與金茂、環(huán)球金融的比較地下一至三層10/0.4kV變電所110kV/10kV變配電站6F10/0.4kV變電所6臺10KV變壓器20F10/0.4kV變電所6臺10KV變壓器35F10/0.4kV變電所6臺10KV變壓器50F10/0.4kV變電所6臺10KV變壓器66F10/0.4kV變電所6臺10KV變壓器82F10/0.4kV變電所4臺10KV變壓器99F10/0.4kV變電所6臺10KV變壓器116F10/0.4kV變電所4臺10KV變壓器應(yīng)急/備用發(fā)電機房4x2500KW+7x1600KW配變電站分布示意圖計算總負荷：39.4MW供電電源和方式：兩路110kV80MVA

兩臺40MVA主變柴油發(fā)電機設(shè)置：B1層變電所設(shè)置：地上八個設(shè)備層變電所地下三個變電所

B3層4臺10kV變壓器

B2層8臺10kV變壓器

B1層9臺10kV變壓器10kV變壓器數(shù)量：67臺10kV變壓器安裝總?cè)萘浚?6.15MVA變壓器故障運輸通道：利用3.5T貨梯地上設(shè)備層變壓器均選用1250kVA123F:風(fēng)力發(fā)電116F:4x1250KVA99F:6x1250KVA82F:4x1250KVA＋5x721KW（10KV冷凍機）66F:6x1250KVA50F:6x1250KVA35F:6x1250KVA20F:6x1250KVA6F:6x1250KVAB1F:2x2000KVA＋1250KVA（B1F商業(yè)）

3x1250KVA（B1F機電區(qū)）

2x2000KVA＋2x2500KVA（1~5F裙房）

4x2500KW（大樓柴油發(fā)電機）

2x1600KW（酒店柴油發(fā)電機）

5x1600KW（租戶柴油發(fā)電機）

2x1060KW（三聯(lián)供燃氣發(fā)電機）

3x20MVA（35KV/10KV變壓器）B2F:3x1250KVA（B2F商業(yè)）

2x1600KVA（B2F機電區(qū)）

2x1600KVA＋2x2000KVA（冷凍變壓器）

3x1345KW+2x721KW（10KV冷凍機）B3F：2x2000KVA＋2x2500KVA（冷凍變壓器）110KV變壓器：2臺三聯(lián)供燃氣發(fā)電機：2臺10KV變壓器：68臺10KV冷凍機：10臺柴油發(fā)電機：11臺風(fēng)力發(fā)電：1套觀光區(qū)酒店區(qū)辦公區(qū)地下室酒店公寓配電干線一.主要供配電設(shè)備及設(shè)備容量：1.供配電系統(tǒng)采用兩級變（110/10kV、10/0.4kV）方式。2.地下一層、地下二層設(shè)置110/10kV變電和10kV總配電站，地下一至三層、各區(qū)設(shè)備層設(shè)置10/0.4kV分區(qū)配變電所。3.主要設(shè)備容量：110/10KV變壓器：2臺變壓器總裝機容量80MVA10/0.4KV變壓器：68臺變壓器總裝機容量102.4MVA10KV冷水機組：10臺總裝機容量9390KW大樓應(yīng)急柴油發(fā)電機：4臺總裝機容量10000KW酒店備用柴油發(fā)電機：2臺總裝機容量3200KW租戶備用柴油發(fā)電機：5臺總裝機容量8000KW三聯(lián)供燃氣發(fā)電機：2臺總裝機容量2120KW風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)：1套（約300kWp）4.負荷統(tǒng)計：一級負荷（含一級負荷中特別重要的負荷）裝接容量為：31.7MW；其中一級負荷中特別重要負荷的裝接容量為：21.5MW。二級負荷裝接容量為：12.8MW。三級負荷裝接容量為：36.8MW。供配電系統(tǒng)特點三.其他設(shè)計要點：考慮110/10kV主變等變配電設(shè)備安裝和檢修運輸，設(shè)置吊裝孔。110/10kV變配電站專設(shè)有消防氣體滅火系統(tǒng)，良好的通風(fēng)或空調(diào)散熱、排水設(shè)施。110/10kV變配電站操作電源采用直流110vDC，2x200Ah（一用一備）。設(shè)備層分區(qū)10/0.4kV變電所專設(shè)消防氣體滅火系統(tǒng)，設(shè)置通風(fēng)或空調(diào)設(shè)施，變電所接地專設(shè)接地銅排，上樓10/0.4kV變壓器采用3.5t貨梯運輸，容量不超過1250kVA。設(shè)置全面和完善的供配電電力監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)需對10kV配電開關(guān)進行遠程操控，因此要求系統(tǒng)具備高可靠性、高穩(wěn)定性，通信鏈路和關(guān)鍵設(shè)備應(yīng)有冗余，故障錄波間隔能滿足毫秒級，具備完善的故障記錄和分析診斷能力。用戶應(yīng)急和備用發(fā)電機組與市電切換采用可靠的PC級雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)ATS，確保任何情況下發(fā)電與市電不會并列運行。對電氣設(shè)備選型均有諧波控制要求，并在分區(qū)變電所設(shè)置調(diào)諧裝置，諧波較為集中區(qū)域，如各分區(qū)10/0.4kV變電所、動力控制中心，設(shè)置有源濾波裝置，所有配電干線均設(shè)置諧波監(jiān)測裝置。為防止變壓器等供配電設(shè)備噪聲的影響，設(shè)計均按聲學(xué)評估要求設(shè)置彈簧避震裝置和隔震墊。10kV配電至設(shè)備層分變電所電纜采用低煙無鹵阻燃耐火電纜，并設(shè)置兩組10kV專用電纜豎井垂直敷設(shè)，確保電源傳輸?shù)母呖煽啃?。供配電系統(tǒng)特點1.二線二變，任一路110kV線路或變壓器故障時，仍能保障全樓的正常供電，考慮了線路和變壓器冗余。2.應(yīng)急電源系統(tǒng)獨立，且線路獨立豎井敷設(shè)，可靠性高，便于應(yīng)急電源系統(tǒng)維護。3.特別重要負荷分級控制，以應(yīng)對發(fā)電機運行故障。4.供配電系統(tǒng)實現(xiàn)有效監(jiān)控，便于負荷調(diào)度和監(jiān)管。5.10kV配電線路按全冗余設(shè)計，任何一條傳輸線路故障都能確保全負荷供電。6.至分區(qū)兩路10kV線路分別獨立豎井敷設(shè)，避免因火災(zāi)或機械破壞。7.所有10kV線路均采用最新耐火電纜。8.設(shè)置全面的線路供電參數(shù)和開關(guān)故障監(jiān)測，為分析故障機理提供理想的平臺。供配電系統(tǒng)特點10/0.4kV變壓器隔震110/10kV變電站設(shè)計概況110/10kV供配電系統(tǒng)圖系統(tǒng)聯(lián)鎖關(guān)系：1.K1、K2、K3開關(guān)聯(lián)鎖，K4、K5、K6聯(lián)鎖聯(lián)鎖，平時K2、K5斷開。2.1#線路故障或B2變壓器故障檢修時，斷開K1、K4，接通K2、K5，恢復(fù)全樓供電。3.2#線路故障或B2變壓器故障檢修時，斷開K3、K6，接通K2、K5，恢復(fù)全樓供電。4.K1和K7，K3和K8平時可并機運行，當(dāng)MD1(MD4)10kV母線失電時，對應(yīng)三聯(lián)供發(fā)電機組并機解列。說明：一.任何一路電源失電或變壓器檢修時，均能滿足大樓全負荷供電。二.兩路電源均失電時，投入應(yīng)急發(fā)電機組，確保所有特別重要負荷的供電。三.設(shè)置兩臺10kV/1.06MW燃氣冷熱電三聯(lián)供內(nèi)燃發(fā)電機組，與大樓10kV內(nèi)部并網(wǎng)，并避免向市電網(wǎng)的逆向饋電(并網(wǎng)非逆送)。白天發(fā)電，晚上停機。燃氣發(fā)電機并機簡圖

1#、2#市電與燃氣發(fā)電機并機系統(tǒng)110/10kV變電站設(shè)計概況110/10kV變電站由上海電力設(shè)計院負責(zé)設(shè)計。110/10kV變電站設(shè)在上海中心主樓地下一層、地下二層，設(shè)備占地面積約為2480m2，變壓器室層高11.95m。設(shè)置兩臺40MVA主變，雙重110kV專線，每路40MVA，總裝接容量為80MVA。電氣主接線：110kV側(cè)帶斷路器的線路變壓器組接線方式，10kV側(cè)采用單母線四分段環(huán)形接線。二進36出。2組6000kvar10kV電容補償。2x40MVA有載調(diào)壓SF6氣體絕緣三相、雙圈式，散熱器一體式，自然冷卻，10kV側(cè)中性點采用電阻接地。110kV設(shè)備采用SF6氣體絕緣組合電器（GIS），10kV采用金屬鎧裝式開關(guān)柜。直流操作系統(tǒng)電壓110V，選用兩套（一用一備）200Ah,事故持續(xù)放電時間2h。通信電源一套48V/120A，200Ah。主變、110kVGIS設(shè)備由預(yù)留吊裝孔運輸，主變重量約為113T。整個110/10kV變電站采用空調(diào)通風(fēng)降溫。系統(tǒng)調(diào)度遠動系統(tǒng)納入上海電網(wǎng)調(diào)度管理。110/10kV變電站設(shè)計概況主變壓器保護有縱差保護，110kV側(cè)定時限三相過流保護、充電保護、定時限零序過電流保護，10kV側(cè)定時限零序過電流保護、氣體泄漏保護、有載調(diào)壓氣體泄漏保護、高溫發(fā)信、110kV定時限單相過負荷發(fā)信、10kV側(cè)三聯(lián)供并網(wǎng)逆功率保護。二次測設(shè)備包括主變保護、110kV線路保護、綜合自動化裝置、故障錄波儀、電能質(zhì)量監(jiān)測、110kV線路計量、110kV線路主變電度表、10kV線路電容器電度表、事故逆變電源、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)、光傳輸設(shè)備、綜合配線架、通信電源、通信蓄電池等30個柜位。110kV側(cè)短路容量為1565.6MVA，遠期為5000MVA，經(jīng)計算10kV母線短路電流15-17KA（未計入10kV冷水機組和10kV三聯(lián)供短路時的反饋電流）。消防設(shè)備間擬采用氣體滅火，走廊采用預(yù)作用水噴淋?；馂?zāi)報警：主變周圍-線型定溫探測，電纜層-智能感溫感煙探測或空氣采樣探測，110kV配電裝置-線性光束感煙探測，主變、絕緣母線等重要設(shè)備-分布式光纖感溫探測，電容器室-智能感溫感煙探測，10kV配電、二次設(shè)備室-感煙探測。工程造價約為8560萬元（不包括外線）。110/10kV變電站地下一層平面布局110/10kV變電站地下二層平面布局應(yīng)急電源供電方案的比較和優(yōu)化應(yīng)急和備用發(fā)電機組設(shè)置：應(yīng)急電源發(fā)電機組：一.4臺10kV/2500kW(備用功率)柴油發(fā)電機組并機提供大樓應(yīng)急電源，總?cè)萘?0MW。二.當(dāng)兩路市電均失電時，投入應(yīng)急發(fā)電機組，確保所有特別重要負荷的供電。三.所有配出開關(guān)均通過發(fā)電機控制系統(tǒng)受控。四.應(yīng)急發(fā)電機組集中設(shè)置在地下一層，均采用遠置式散熱器。租戶備用電源發(fā)電機組：預(yù)留7臺組戶備用發(fā)電機組，低區(qū)4臺為0.4KV柴油發(fā)電機組，高區(qū)3臺為10kV柴油發(fā)電機組，總?cè)萘繛?.6MW。其中1臺0.4kV和1臺10kV供酒店備用電源，其余供各區(qū)重要IT機房備用電源。自備發(fā)電機組均集中設(shè)置在地下一層，并采用遠置式散熱器。主要缺陷：1.各區(qū)域分變電所設(shè)置應(yīng)急專用變壓器，增加了占地和投資。2.應(yīng)急專用變壓器平時不帶電運行，其可靠性取決于維護，提高了維護成本和風(fēng)險。3.應(yīng)急電源容量受制于應(yīng)急變壓器容量，不利于系統(tǒng)應(yīng)急備用電源的充分利用。4.單邊線路和應(yīng)急變一旦故障，系統(tǒng)可靠性將得不到有效保障。應(yīng)急電源供電方案一專用獨立變壓器應(yīng)急電源供電方案（專用應(yīng)急變）優(yōu)點：占地小，造價省。缺點：10KV總配電站為常用和應(yīng)急配電的“結(jié)點”，一旦此處火災(zāi)，影響全樓供電。對后臺控制系統(tǒng)要求極高，一旦控制失效，調(diào)整復(fù)雜，影響全樓供電。同時對電纜要求較高。即集中并線風(fēng)險集中、有可能出現(xiàn)事故擴大情況。不能滿足《供配電設(shè)計規(guī)范》。應(yīng)急電源供電方案二10kV總配應(yīng)急電源雙邊切換方案（集中雙回路）優(yōu)點：采取點到點的分區(qū)專線、專供方式，風(fēng)險分散，供電安全性較高。缺