超高層建筑供配電系統(tǒng)設(shè)計探討

1負荷分級1.1供配電系統(tǒng)特點通常超高層建筑的供配電系統(tǒng)有以下特點:(1)建筑體量大?用電量大?供電半徑長；(2)至少需要2路市政獨立電源，甚至多路市政電源；(3)建筑功能多樣，供配電系統(tǒng)設(shè)計需考慮滿足多個物業(yè)運營管理模式的需要；(4)會設(shè)置多個變電所，以及出現(xiàn)變電所上樓的情況；(5)需考慮備用電源和應(yīng)急電源的設(shè)置。

1.2用電負荷分級超高層建筑的供電負荷等級應(yīng)為一級，對于建筑內(nèi)的消防?安防用電負荷?計算機通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)施?保障建筑正常運營的重要設(shè)備?重要場所中不允許中斷供電的負荷等應(yīng)作為一級負荷中的特別重要負荷。表1列舉了超高層建筑主要用電負荷分級。對于超高層建筑一級負荷中特別重要的負荷，電氣設(shè)計師應(yīng)該考慮設(shè)置應(yīng)急電源，當超高層建筑為四級及以上酒店或者大型商業(yè)時，會有一部分負荷在酒店管理公司或者商業(yè)顧問提供的設(shè)計標準中被列為保障性負荷，對于這部分負荷，也應(yīng)該考慮設(shè)置備用電源。

因此，在進行超高層建筑供配電系統(tǒng)設(shè)計時，除雙重市政電源外，需要選擇獨立于正常電源的柴油發(fā)電機組作為是備用電源及應(yīng)急電源。2變壓器容量指標超高層變壓器容量指標與建筑功能?建筑面積?建筑高度和附屬功能等因素有關(guān)。表2歸納總結(jié)了筆者所在單位已經(jīng)完成設(shè)計和正在設(shè)計中的若干超高層建筑的變壓器容量指標。3

變電所的設(shè)置3.1變電所設(shè)置基本原則在進行超高層建筑變電所位置和數(shù)量的選擇時，筆者認為，應(yīng)遵循以下幾點基本原則。(1)根據(jù)負荷容量和分布，使變電所及變壓器靠近建筑物用電負荷中心。

(2)應(yīng)該考慮低壓供電半徑的限制。

(3)根據(jù)功能分區(qū)的要求設(shè)置變配電所，可考慮按照地下室?裙房商業(yè)?辦公層?酒店層?住宅(公寓)層設(shè)置。

(4)根據(jù)物業(yè)業(yè)態(tài)設(shè)置變配電所，比如出租/出售情況?不同業(yè)態(tài)的計費方式及后期物業(yè)管理分區(qū)等幾個方面的情況考慮變配電所的數(shù)量。(5)根據(jù)負荷性質(zhì)設(shè)置變配電所，比如制冷機房設(shè)置專用變壓器或者變電室等。

3.2避難層設(shè)置變電所由于超限高層建筑的供電半徑長，為降低電壓降和電能損耗?減少電氣豎井面積，變配電所設(shè)置需深入負荷中心，會出現(xiàn)塔樓高區(qū)設(shè)置分變配電所的情況，而且分變電所通常設(shè)置在避難層。

在避難層設(shè)置變電所應(yīng)注意以下幾個問題：(1)應(yīng)考慮設(shè)備對樓板荷載的影響；(2)應(yīng)考慮預(yù)留變壓器的水平運輸通道和垂直運輸通道；(3)可采用大載重量的貨梯運輸或者電梯井道運輸；(4)采用電梯作為設(shè)備運輸方式時，電梯的載重應(yīng)大于變壓器的重量；(5)單臺變壓器的容量不宜超過1250kVA。

表3為某品牌變壓器SCB11系列變壓器的相關(guān)參數(shù)，從表中數(shù)據(jù)中可以看出，1250kVA變壓器帶外殼的重量約為3.3t，普通1.6t或者2.0t的客梯不能滿足設(shè)備運輸需要，如果采用電梯進行設(shè)備運輸，需考慮設(shè)置至少3.5t的貨梯進行運輸，且超過1250kVA的變壓器會給設(shè)備運輸帶來更大困難。3.3工程實例該項目為大型商業(yè)綜合體，總建筑面積為356557m2，其中地上建筑面積230489m2，地下建筑面積126068m2。建筑主要功能為大型商業(yè)?辦公?公寓及五星酒店?地上47層?地下2層，建筑高度200m(屋頂機房女兒墻高度)，一類高層建筑，建筑耐火等級為一級。

對于200m的超高層建筑，在進行變電所設(shè)計時通常會糾結(jié)是否要在避難層設(shè)置分變電所，對于本項目，筆者所在單位進行了兩個方案的對比。(1)方案1根據(jù)物業(yè)管理的需要酒店和辦公分設(shè)變電所，該方案酒店變電所和辦公變電所均設(shè)于地下二層，在避難層不設(shè)置分變電所(圖3)。裝機容量分別為:酒店變電所2×2000kVA+2×1600kVA，辦公變電所2×1000kVA。酒店用柴發(fā)機房設(shè)置在地下二層。(2)方案2根據(jù)物業(yè)管理的需要酒店和辦公分設(shè)變電所，該方案酒店總變電所和辦公變電所均設(shè)于地下二層，在19層避難層設(shè)置酒店分變電所(圖4)。裝機容量分別為：酒店總變電所2×2000kVA+2×1600kVA，酒店分變電所4×800kVA，辦公變電所2×1000kVA。酒店用柴發(fā)機房設(shè)置在地下二層。對于兩個方案，筆者分別從技術(shù)?經(jīng)濟角度進行了比對。

在經(jīng)濟性方面，由表5可知，方案1的高壓電纜造價較低?低壓電纜或母線槽造價較高，能耗主要來自低壓電纜?母線槽及變壓器等設(shè)備，線路能耗較高；方案2的高壓電纜造價較高?低壓電纜或母線槽造價較低，能耗主要來自于高壓電纜?變壓器等設(shè)備，線路能耗較低。因此，可以明顯看出，方案2的經(jīng)濟性優(yōu)于方案1，即使僅對比一次性投資，方案2也較方案1節(jié)省投資造價258萬元。在技術(shù)性方面，筆者從技術(shù)角度和日常運維?故障搶修等要點展開了比對，具體參見表6。從表6來看，方案一需要進行電壓降校驗，校驗后會存在部分電纜增加截面的可能性，也會進一步帶來投資造價和運維成本的增加；但是，在運維方面，方案一比方案二的便捷性更好，搶修及設(shè)備更換難度也比較低。

綜合考慮兩個方案的技術(shù)性及經(jīng)濟性，筆者所在單位在這個項目中采用了方案二作為實施方案。通過工程實例二，對超高層建筑樓上是否設(shè)置變電所可以得出一個經(jīng)驗性結(jié)論，如表7所示。4

供配電系統(tǒng)方案的基本原則在確定超高層建筑供配電系統(tǒng)方案時，通常要注意以下幾點基本原則：(1)超高層建筑的高壓供配電系統(tǒng)宜采用主變電所—分變電所結(jié)構(gòu)；(2)主變電所采用單母線分段的主接線形式，放射方式引至分變電所；(3)高壓系統(tǒng)的配電級數(shù)不宜多于兩級；(4)充分了解當?shù)厥姓娫辞闆r及供電部門的規(guī)定，在此基礎(chǔ)上進行項目的供配電系統(tǒng)設(shè)計。5

豎向配電干線系統(tǒng)對于超高層建筑的豎向配電干線系統(tǒng)，根據(jù)筆者過往設(shè)計經(jīng)驗，本文總結(jié)了以下幾點需要注意的要點。

(1)在避難層設(shè)置分變電所時，高壓線路宜設(shè)置獨立的豎井。

(2)普通線纜和應(yīng)急線纜應(yīng)分線槽敷設(shè)，有條件時，將普通線槽和應(yīng)急線槽分豎井敷設(shè)。

(3)雙電源供電的兩根電纜宜分設(shè)在兩個線槽內(nèi)。

(4)各避難層的交直流電源，應(yīng)按避難層分別供給，并在末端互投。

(5)配電干線應(yīng)按避難層劃分供電區(qū)域，同一干線不應(yīng)跨避難層，帶兩個區(qū)域單元的用電負荷。

(6)豎向配電干線采用母線槽時，要注意超高層建筑物在搖擺時可能會對銅母線槽接駁組件位置產(chǎn)生拉扯壓力，此時可考慮采用電纜連接銅母線槽配電的方式，以減少故障發(fā)生?增加干線系統(tǒng)供電可靠性。

(7)超高層建筑處于地震烈度較高的地區(qū)時，豎向配電干線宜考慮采用電纜供電，電纜在抗震方面的安全性高于密集型母線槽。

(8)為了提高供電可靠性，超高層建筑中可考慮采用雙母線奇偶層供電方式，并在備用母線上預(yù)留插接口。

(9)建筑中的電纜豎井宜按避難層上下錯位設(shè)置，有條件時豎井之間的水平距離至少相隔一個防火分區(qū)。

(10)在超高層建