上海环球金融中心电气设计要点

上海环球金融中心电气设计金大算（华东建筑设计研究院有限企业，上海02上海环球金融中心电气设计要点第1页摘要本文提出了超限高层电气设计主要处理好三大难题和一个优化，并结合上海环球金融中心电气设计进行了详细叙述。关键词超限高层电气设计供电系统配电系统防雷接地消防设计AbstractThepaperputsforwardthreedificultproblemsandoneoptimizingthatneedtobesolvedintheelectricaldesignforsuperhigh-risebuildings,andincombinationwiththeprojectofShanghaiWorldFinancialCenter,introducestheelectricaldesignindetail.Keywordssuperhigh-risebuilding,electricaldesign,powersupplysystem,powerdistributionsystem,lightningprotectionandearthing,ireightingdesig上海环球金融中心电气设计要点第2页项目介绍

环球金融中心位于上海陆家嘴金融贸易中心区2Z4-1街区；总建筑面积有381610m，其中地上面积22316186m、地下面积65424m；地上共101层、地下3层；总高度达492m；并与金茂大厦以及规划中上海中心呈三足鼎立之势。大厦分为塔楼和裙房两部分：塔楼部分由入口进2厅、美术馆、7~77层办公（20.2万m），79~88层酒店（2.822万m）及90~101层观光设施（1.4万m）组成；裙房由1层交通枢纽、防灾中心及其它辅助用房；2~3层商业22（2.6万m）用房及3~5层美术馆（0.8万m）组成。地下室有下沉式花园和食街、多功效厅和商店；地下部分由停车库（2.8万m）和商业（1.3万m）组成。本工程由华东建筑设计研究院有限企业设计，并获年度全国工程勘察设计行业优异工程勘察设计行业奖——建筑工程（中外合作项目）一等奖。上海环球金融中心电气设计要点第3页引言当前，国内超限高层建筑大量涌现，给设计带来前所未挑战；而对于这些超限高层，电气设计主要需处理好三大难题和一个优化：（1）怎样处理超限高层供配电系统设计问题以及应急发电机电源与市电切换联网问题。（2）在建筑高度超出250m、超越《高层民用建筑设计防火规范》限制后，怎样处理建筑防灾设计问题。（3）怎样处理超限高层建筑防雷、接地设计问题。（4）怎样对当代办公楼电气系统进行优化设计，怎样应对未来小型租户特殊要求等提出自己构想与实施方案。下面结合上海环球金融中心电气设计，对这几个问题进行详细叙述。上海环球金融中心电气设计要点第4页2供电系统

2.1市电电源电源引自上级二座独立110kV降压站，给项目提供3路35kV环网电源；能满足供电系统N-1标准即当3路35kV电源中任何一路断电时，经过10kV侧联络开关逻辑切换后，其它二路仍可保障全楼全部负荷用电。另外大楼内还设有10kV应急柴油发电机组，作为应急电源，与市电联网运行。在主变电所内设置三台主变压器，将35kV降压至10kV后，分别以放射式配电方式，至相关层内中压10kV副变电所；为满足供配电平衡性标准，中压10kV按H1、H2系电源，H2、H3系电源，H3、H1系电源分别配至各副变电所。主变电所简易接线系统见1图(楼层各副变电所接线系统省略)。上海环球金融中心电气设计要点第5页2.2应急电源应急发电机电压等级采取10kV，以满足应急电源供电半径及压降要求，另外还应满足酒店高压冷冻机使用要求。当任一路市电中止供电时，应急柴油发电机处于准备开启状态；当其中任意二路市电中止时，应急柴油发电机应自动开启，处于待送电状态；当三路市电全部中止时，应急油机电源能在15~30s内向尤其主要负荷供电【注：在极端三路35kV同时断电情况下，油机电源供电时间T=ΔT1（油机快速开启时间）+ΔT2（油机并网调整时间）+ΔT3（多级中低压开关分合闸时间）≈15~30s】；油机电源不得与市电并列运行，当市电恢复时，机组应自动退出。高压应急柴油发电机组容量为4x2500kVA/10kV（另外还备用1台），实施并机供电；在主变低压侧主开关处，油机电源主开关与市电电源主开关进行联锁切换后供电，联锁方法采取机械联锁加电气联锁。除通常应急发电机外，在地下室预留小业主自备应急发电机空间，以满足小业主对供电特殊要求，尤其是满足银行金融类小业主入住要求。大楼配置有EPS应急电源，并与油机电源配合使用；停电早期使用EPS应急电源，作为与自动开启应急发电机配合使用时EPS工作时间确保不少于10min，待油机电源进入稳态后，使用应急发电机电源。上海环球金融中心电气设计要点第6页2.3变配电所分布35kV主变电所设在裙房地下室1层，主变压器总容量为12.5MVA×3=37.5MVA；为了处理变电所深入负荷中心以及节能节材等问题，同时也能处理楼内低压供电半径问题，在环球金融中心项目中，采取主副变电所分别设置标准，主变电所设在地下室，副变电所设在相关楼层内即相关设备层内，上楼变压器单台容量普通不超出1250kVA。10kV副变电所基本上按建筑几大功效分区分别设置，即分为地下室至6层公共区域、7~77层办公楼、79~93层宾馆、94~100层观光层；详细位置分别在B2F、6F、18F、30F、42F、54F、66F、89F、90F；副变电所变压器台数共计62台，总设计容量10kV为1600kVA14+1250kVA×48=86400kVA。见图2。上海环球金融中心电气设计要点第7页2.4电能管理高压35kV/10kV系统采取微机综合保护置，配有标准RS232、RS485以太网通讯端口，开放式标准规约ModbusRTU，到达了最正确化集成，并含有灵活性和兼容性。能对0.4kV侧低压总开关、联络开关以及配出回路参数进行测量，同时可采样断路器分合状态和故障报警信号、变压器温控器数据、直流屏、EPS运行状态，以及柴油发电机等外接第三方系统设备预留MODBUS通讯接口，同时能将信号上传。上海环球金融中心电气设计要点第8页2.5电网管理对楼内电网实施自动化管理，最终确定选取计算机PLC程序进行逻辑控制管理；这是因为中压系统开关分别设置在大楼不一样设备层内相关，如采取人工进行断路器ON-OFF切换操作，需要花很长时间才能完成，且轻易误操作，这也是其与普通超高层有较大差异之处。上海环球金融中心电气设计要点第9页3.1低压系统10kV变电所为南北设置，中压设联络开关并设电网自动化管理，低压不设联络开关，10kV变压器负荷率在60%?70%。变压器按照明电力分别设置标准，设专用照明变压器，防止大型电动机开启对照明产生影响，同时也防止对其它电子设备影响。3.2特殊做法对负荷进行分类供电，确保不一样条件下不一样负荷供电；当市电正常中止而改由应急油机提供电源时，为确保大楼内全部主要负荷连续供电，此时仅切断普通AC负荷；在此时如发生火灾情况下，经过消防联动控制，深入切除变电所0.4kV低压所带其它非消防负荷，从而确保消防负荷正常电。切换关系见图3。3配电系统上海环球金融中心电气设计要点第10页3.3配电方式配电间设置按防火分区为标准，每个防火分区最少设一个配电间；考虑到租户单元原因，在标准层内基本上按租户分区设置若干个配电间，配电不跨防火分区。至主要设或大型用电设备低压配电线路采取放射式供电；至普通设备配电方式采取放射与树干相结合方式配电。至消防电力设备采取二路电源供电末端自切，应急发电机电源作为后备电源。上海环球金融中心电气设计要点第11页3.4配电线路配电线路设计严格遵照上海市地方法规《民用建筑电线电缆防火设计规程》；当配电干线采取分支电缆，分支线长度设计借用国外设计规程，并加以短路保护验算伎俩等。考虑到风力或地震对超高层摆动影响，电气设备安装用螺栓固定并做到牢靠可靠；线路连接处适当地留有余量，防止电气线路在震动时拉断或接头脱线；垂直线路尽可能降低使用母线槽，而优先采取电缆沿桥架敷设。上海环球金融中心电气设计要点第12页在超高层建筑内，在大楼发生火灾情形下，根本无法由外部力量进行全方面消防补救，消防只能靠本身处理。在火灾早期阶段就必须做到及早发觉，及时扑救，所以对火灾自动报警系统设计提出了高要求。电气设计除严格恪守消防法规外，还要对穿梭电梯井道，电气设备竖井等特场所加以尤其保护。4防灾设计上海环球金融中心电气设计要点第13页4.1防灾中心引入设置防灾控制中心（含应急指挥中心、消防控制中心）新理念，处理大楼消防、安保、监控、漏电火灾报警、漏水检测系统、超高层震动测量装置、电能管理系统等设备集中设置及管理问题；防灾中心设置在1层裙房内，门口有显著标志，对外有直接出口。防灾控制中心能对大楼内全部防灾设备进行24h监控；在火灾情况下，能快速接收火灾自动报警信号，并能自动开启大楼内消防设施。依据超高层功效分区特点，可设酒店分控中心，其主要功效是能够在自己报警监控区域内实施火灾探测及开启紧急广播进行诱导疏散，确保人员安全。上海环球金融中心电气设计要点第14页4.2消防设计1)防灾中心、变配电所、消防电梯等应采取专用供配电电源，并采取二路电源供电末端自切，二路电源中最少有一路电源应含应急油机电源；其它消防设备供配电及线路敷设按现有规范要求执行。2)事故照明供电电源采取蓄电池与油机电源有机组合方式，蓄电池作为停电时瞬间放电开灯，而应急油机电源能维持较长供电时间，确保连续供电2h以上。3)探测器设置不能有盲区，包含大于5m卫生间在内各个场所均设置火灾探测器；在厨房部分还设有可燃气体探测器；在每个防火分区内最少设一个手动报警按钮，其它按规范要求执行。4)消防控制中心能对大楼内全部消防设施实现联动控制，切断相关区域非消防电源，并能接收消防联动动作信号，以及消防电源工作状态，能与分控中心一起完成应急广播，进行诱导疏散。5)在消防控制中心设置独立专用电话总机，并设有外线直通电话，能够直接接通119报警；在分控中心也设置消防专用固定电话，能与消防控制中心进行单独对话。另外，在消防水泵房、备用发电机房、变电所、排烟机房、消防电梯机房、气体灭火机房等各处设置专用电话分机。6)系统采取共用接地，接地电阻小于1Ω；在消防控制中心、分控中心设专用接地端子箱，控制中心内各种消防电子设备接地均由专用接地端子箱引来。上海环球金融中心电气设计要点第15页4.3特殊做法1)《高层民用建筑设计防火规范》尚不能完全覆盖高度超出250m超限高层建筑，但对现有条款不是不要执行，而是必须更严格执行。2)有些部位或场所消防设计不能套用现有规范时，请相关教授进行论证或做必要消防性能化分析。3)最少应提出消防报警系统概念图或方框图、大楼消防泵、喷淋泵联动控制原理图，以供消防部门认定。4)如穿梭电梯井道内报警探测器设置，当前尚无最好方法处理；在设计时考虑在数百米穿梭电梯井道内每隔若干米设置管状报警装置，顶部再加烟感探测器。5)要求可不安装火灾探测器或不便安装火灾探测器场所，如卫生间、温水泳池等区域可增设手动报警按钮，防止存在报警盲区。6)对客房内报警，不再单一考虑客房面积关系，而是主要考虑客房长度、宽度与面积之间关系，确保第一时间能报警，即必要时在客房内走道按需要设置探测器。7)能够利用CCTV作为消防事故监测系统使用，巡更系统作为火灾自动报警补充。8)在楼层配电间内可设置干式灭火装置，防止采取水喷淋而增加对电气设备IP等级要求。9)鉴于大楼内需要联动控制设备极多，控制中心手动强制联动控制线路非常多、距离很长和压降较大特点，提议考虑经过光缆来实施信号传输，这么能够降低铜揽线路，减小线槽截面，并处理线路压降等一系列问题（此举还未有先例，有待消防部门认可或相关教授论证）。上海环球金融中心电气设计要点第16页5.1防雷保护按二类防雷建筑设计，用45m滚球半径法进行验算，采使用方法拉第笼式建筑结合弗兰克林避雷法实施。详细实施以下：在整个屋面组成小于10m×10m或12m×8m金属避雷网格，并在屋顶四面置避雷针作为避雷接闪器；而在空中廊桥部则利用钢结构“Γ型”栏杆作为避雷接闪器并在每层设置均压环。见图4。5防雷接地

上海环球金融中心电气设计要点第17页5.2接地办法共用接地，利用大楼基础桩基及承台内钢结件作为接地极，接地电阻小于1Ω项目完工后，经现场实测结果也在0.1Ω左右。等电位连接，全部进出大楼各种设备金属管道均与此基础联合接地体可靠连接。将每层外墙上金属栏杆，金属门窗等较大金属物体与均压环连通，实施等电位连接。在每层低压配电间、电梯机房、弱电机房内，设置等电位连接排，各类电气设备、电子设备金属外壳需做好与等电位连接排可靠相连。在竖井内敷设金属管道顶端与底端需做好与防雷接地装置连接。在供信息系统配电箱及照明配电箱内设置浪涌保护装置；另外还考虑做好电磁屏蔽设计。上海环球金融中心电气设计要点第18页5.3特殊做法大楼内各设备机房需要接地，其机房分别设置在各避难层内。比如在90层处还设置10kV变电所，它距基础板约有400多m，而距室外地坪也有380多m，如接地线路直接从基础引上时，线路显著过长，阻抗也会过大。为处理上述矛盾，楼层变电所接地采取芯筒内同一两根钢结构体，顶部闭环；每根截面约为0.13m（如采2用扁钢大约0.016m2），能够大大地降低接地线路阻抗；一样，电梯控制系统工作接地，计算机工作接地，及其它电子设备工作接地也一样考虑适用同一接地引上线，与强电接地线分开设置，这么能够有效地防止信号干扰。接地详细实施方案以下：在靠近变电所芯筒内确定两根钢结构作为变电所专用接地引上线，并在各变电所内最少预埋两