方健美

（浙江東禾工程設(shè)計有限公司，浙江寧波 315040）

超高層建筑變配電系統(tǒng)設(shè)計

方健美

（浙江東禾工程設(shè)計有限公司，浙江寧波 315040）

結(jié)合超高層建筑工程實例，從變電所位置設(shè)置、變配電系統(tǒng)選擇、柴油發(fā)電機選用、設(shè)備運輸通道等方面介紹了超高層建筑變配電系統(tǒng)設(shè)計。指出超高層建筑變配電系統(tǒng)設(shè)計不僅要考慮安全性、可靠性，還要考慮工程實際用途和甲方的需求。

超高層建筑；變配電系統(tǒng)；運輸通道；柴油發(fā)電機

0 引 言

目前,超高層建筑項目不再是一個單純的標志性建筑,而是需要成為多功能建筑模式,以解決城市人口密集和用地緊張的矛盾,是城市應(yīng)對建筑面積需求的一種解決方案。隨著經(jīng)濟增長和城市化進程的推進,浙江省臺州地區(qū)各種用途的超高層建筑陸續(xù)涌現(xiàn),且內(nèi)部結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜。

本文結(jié)合臺州地區(qū)供電電網(wǎng)的實際情況,探討了超高層建筑變電所設(shè)置和供配電的系統(tǒng)形式。

1 項目概況

某超高層變配電設(shè)計工程,總建筑面積為159 333.7 m2,建筑高度為260 m,共61層。樓層分布如下：1F為酒店門廳、辦公門廳、銀行、商業(yè)等；2F～4F為獨立辦公區(qū)；5F～9F為酒店配套區(qū)；10F、23F、37F、51F為避難層；11F～22F,24F～35F, 53F～61F為辦公區(qū)；36F～52F為酒店客房。

該超高層工程項目在進行變配電系統(tǒng)設(shè)計時,主要考慮以下問題：

(1)變電所位置和配電形式的確定,即電壓損失的考量與供電半徑的控制。該超高層建筑為功能多樣的綜合性大樓,同時包括商業(yè)、甲級辦公、五星級酒店、高檔餐廳等,使得整個建筑的用電設(shè)備復(fù)雜,負荷密度變化比較大。不同容量的變壓器,其遠距離帶負荷能力不同,且供電距離與負荷密度大小成反比。設(shè)計的關(guān)鍵就是變壓器的位置盡可能靠近用電負荷中心,使電能損失盡量減少到最低。因此,在建筑物的恰當(dāng)位置設(shè)置分變電所非常重要。

(2)柴油發(fā)電機設(shè)置與選擇。該超高層建筑應(yīng)設(shè)柴油發(fā)電機作為應(yīng)急電源或備用電源。柴油發(fā)電機的額定輸出電壓應(yīng)根據(jù)負荷大小、單臺電動機最大起動容量、供電半徑等因素確定,并根據(jù)供電可靠性以及工程的實際情況合理選擇切換方式。

(3)分變電所設(shè)備運輸。由于變壓器、配電柜等大型電氣設(shè)備安裝在大樓中部,根據(jù)實際情況,變壓器、高低壓開關(guān)設(shè)備及大型用電設(shè)備的運輸和安裝存在一定的難度,需要在設(shè)計階段適當(dāng)考慮合理的運輸通道等,以減緩施工難度。

2 變電所位置和配電形式的確定

2.1 負荷計算以及容量的確定

該工程在計算負荷時,采用需要系數(shù)法進行負荷計算,作為電氣設(shè)備選擇和無功補償?shù)幕A(chǔ)依據(jù),同時也運用功率密度和同時系數(shù)等方式作為核算對比。

根據(jù)各專業(yè)提供的用電條件要求以及規(guī)范對負荷的分級規(guī)定,選擇雙10 kV電源作為該工程的供電電源,同時為保證供電可靠性,另配置2臺柴油發(fā)電機作為應(yīng)急電源。辦公和酒店因業(yè)態(tài)以及管理方式的不同,各自分別設(shè)置柴油發(fā)電機。

負荷計算原則如下：

(1)備用負荷、消防負荷均不是變壓器正常運行時需提供的負荷,因此變壓器容量計算時不計入備用設(shè)備和消防設(shè)備的負荷(其中平時使用的消防電梯、應(yīng)急照明、消控中心等計入平時計算負荷)。

(2)正常運行的一、二級負荷需要進行負荷校驗,是根據(jù)變壓器運行方式以及標準GB 50053－2013《20 kV及以下變電所設(shè)計規(guī)范》第3.3.2條,即裝有2臺及以上變壓器的變電所,當(dāng)任意一臺變壓器斷開時,其余變壓器的容量應(yīng)能滿足全部一級負荷及二級負荷的用電。

根據(jù)以上原則,該工程負荷計算結(jié)果：總用電容量為16 520 kVA,單位容量為103.7 VA/m2。另外,考慮酒店部分冷水機組的單臺容量較大,經(jīng)與當(dāng)?shù)毓╇姴块T溝通,采用2臺1 600 kVA變壓器供冷水機組使用,設(shè)置于_1F。

變電所位置及變壓器容量配置如表1所示。

表1 變電所位置及變壓器容量配置

2.2 變電所位置

該工程變電所設(shè)置除考慮供電半徑外,還結(jié)合不同的空調(diào)系統(tǒng)形式。酒店的空調(diào)方式為中央空調(diào),制冷主機設(shè)置在_1F,辦公的空調(diào)形式為VRV空調(diào),VRV空調(diào)室外機分別相對集中布置于各避難層,故主變電所設(shè)置于主樓_1F,分變電所按用途設(shè)置于各避難層,供辦公VRV用空調(diào)變壓器和辦公非空調(diào)用變壓器,其中VRV空調(diào)主機位置由暖通專業(yè)提供。

2.3 配電形式的確定

超高層建筑10 kV配電系統(tǒng)一般有二級配電結(jié)構(gòu)和主－分變電所配電結(jié)構(gòu)兩種形式。該工程結(jié)合臺州地區(qū)的電網(wǎng)管理實際要求,采用二級配電結(jié)構(gòu)方式。

供電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 供電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

3 柴油發(fā)電機設(shè)置與選擇

3.1 負荷計算

該工程設(shè)計中把以下三種負荷均列入柴油發(fā)電機的配電系統(tǒng)：①一級負荷中特別重要的負荷,這在規(guī)范中也有明確的表述；②消防負荷,從嚴格意義上說,消防負荷不一定都是一級負荷中特別重要的負荷,在確保由雙電源供電的條件下,無需將所有消防負荷納入柴油發(fā)電機系統(tǒng),但考慮到防火、防災(zāi)對于該超高層建筑和人員的安全性以及臺州地區(qū)電網(wǎng)不是特別的完善,故納入柴油發(fā)電機的配電系統(tǒng)；③其他重要負荷,電梯、保安、生活水泵等非一級負荷中的特別重要負荷,但考慮到該類設(shè)備突然停電會造成較大的人員騷亂以及多數(shù)五星級酒店管理公司的常規(guī)要求,故將該類負荷也列入柴油發(fā)電機的配電系統(tǒng)。

在設(shè)計時應(yīng)根據(jù)這三類負荷分別計算,選擇其中最大容量的,以確定柴油發(fā)電機的容量。另外,辦公區(qū)和酒店配套區(qū)分別設(shè)置柴油發(fā)電機。

3.2 設(shè)置位置和電壓等級

柴油發(fā)電機作為應(yīng)急電源,無論使用高壓柴油發(fā)電機還是低壓柴油發(fā)電機,都需要考慮防火、防煙、通風(fēng)以及消音減震等問題。設(shè)計時將柴油發(fā)電機設(shè)置在_1F,不僅需核算低壓供電半徑是否滿足要求,還需結(jié)合電壓等級作綜合考量。

超高層建筑中柴油發(fā)電機電壓等級的選擇,參照國家建筑標準設(shè)計圖集14D801《超高層建筑電氣設(shè)計與安裝》中柴油發(fā)電機系統(tǒng)方案的選擇,并與甲方以及當(dāng)?shù)毓╇娋譁贤?。該工程低壓干線主要為電力電纜和密集型母線槽相結(jié)合的方式,考慮正常范圍的電壓質(zhì)量,采用干線適當(dāng)加大的方式,使電壓質(zhì)量滿足要求。綜上所述,柴油發(fā)電機選用0.4 kV低壓柴油發(fā)電機組,并設(shè)置在主樓_1F。

3.3 切換方式與起動信號

酒店配套區(qū)與辦公區(qū)各自單獨設(shè)置柴油發(fā)電機,應(yīng)急供電系統(tǒng)切換方式相同,經(jīng)與當(dāng)?shù)毓╇姴块T以及甲方協(xié)商,參照相關(guān)規(guī)范的要求,為確保應(yīng)急電源供電系統(tǒng)的獨立性和可靠性,將消防負荷和保安(平常特別重要負荷及部分重要)負荷各自相對獨立。

酒店部分應(yīng)急電源系統(tǒng)如圖2所示。

柴油發(fā)電機的起動信號取自于低壓主進線處,當(dāng)電壓低于額定電壓50%時,即認為失壓,起動信號具有適當(dāng)?shù)难訒r功能,避開了兩路市電之間的自動轉(zhuǎn)換時間。

4 分變電所設(shè)備運輸和安裝

4.1 變壓器參數(shù)及井道資料

設(shè)備運輸主要考慮最大設(shè)備的重量、尺寸以及運輸通道的尺寸和載重量。

該工程建筑內(nèi)部所用電梯井參數(shù)(由建筑專業(yè)提供)如表2所示。選用的SCBⅡ變壓器參數(shù)如表3所示。

表2 電梯井參數(shù)

表3 SCBⅡ變壓器參數(shù)

圖2 酒店部分應(yīng)急電源系統(tǒng)

4.2 運輸方式

目前,各超高層的變壓器運輸一般利用樓內(nèi)貨梯或消防電梯、建筑外墻、電梯井道。

根據(jù)該工程不同的用戶業(yè)態(tài)及用戶負荷特征,分變電所采用的變壓器最大容量為800 kVA。結(jié)合變壓器和井道參數(shù),該工程設(shè)備運輸采用樓內(nèi)貨梯或消防電梯,即主要利用樓內(nèi)消防梯運輸。另外,變壓器運輸時須拆卸外罩,待搬運到位時再組裝。

5 結(jié) 語

超高層建筑的變電所及供配電系統(tǒng)不同于居民小區(qū)、政府辦公樓等,除考慮安全性、可靠性等性能外,更需要結(jié)合工程的實際用途和甲方的需求,設(shè)置變電所和柴油發(fā)電機的位置,選擇變壓器和柴油發(fā)電機的容量,考慮設(shè)備更換和維護更為方便的運輸通道。

[1] JGJ 16-2008 民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范[S].

[2] GB 50053-2013 20 kV及以下變電所設(shè)計規(guī)范[S].

[3] 14D801 超高層建筑電氣設(shè)計與安裝[G].

[4] 劉倩.超（限）高層建筑供配電系統(tǒng)設(shè)計研討[J].建筑電氣，2010（2）：47-49.

[5] 王金元.《超限高層建筑中柴油發(fā)電機組電壓等級的選擇》技術(shù)研討會總結(jié)[J].智能建筑電氣技術(shù)，2011（4）：12-14.

DeSign of TranSformation and DiStribution SyStem in SuPer H igh-riSe Building

FANG jianmei
(Zhejiang Donghe Engineering Design Co.,Ltd.,Ningbo 315040,China)

Combing by an engineering example of super high_rise building,this paper introduced the design of transformation and distribution in super high_rise building in aspects of the substation location,transformation and distribution system selection,diesel generators selection,equipment transport passageway.It is pointed out that the design of transformation and distribution system for super high_rise buildings not only considers the security and reliability,but alsomeets the requirements of engineering practical use and owner.

SuPer high-riSe building；tranSform ation and diStribu tion SyStem；tranSPort PaSSage；dieSel generator

TU 852

B

1674-8417(2015)12-0001-05

2015- 05- 27