王 堅(jiān), 付明民

[同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院(集團(tuán))有限公司, 上海 200092]

0 引 言

隨著科技的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步,商業(yè)綜合體建筑數(shù)量日益增多,其面積大、功能業(yè)態(tài)多,如商業(yè)、辦公、酒店、住宅、車庫等,對供配電設(shè)計(jì)的合理性、可靠性、安全性提出了較高的要求[1-3]。本文介紹了某商業(yè)綜合體建筑供配電設(shè)計(jì),可為電氣設(shè)計(jì)人員提供參考。

1 項(xiàng)目概況

江蘇省某項(xiàng)目總建筑面積約為27.2萬m2,其中地上建筑面積為17.2萬m2,包括1棟33層超高層塔樓,建筑高度為148 m,主要功能為辦公、商住式公寓;3棟30層住宅,建筑高度為99.8 m;裙房為商業(yè),建筑高度自24.9 m至45 m由西向東階梯式上升。該項(xiàng)目商業(yè)面積約為75 515 m2,為大型商店建筑;地下建筑面積10萬m2,共4層,主要功能為地下停車以及相關(guān)設(shè)備用房,為大型Ⅰ類車庫。

2 負(fù)荷等級(jí)

總體布局示意圖如圖1所示。

圖1 總體布局示意圖

該項(xiàng)目屬一類高層建筑,按一級(jí)負(fù)荷供電[4-7]。

(1) 一級(jí)負(fù)荷。消防用電設(shè)備(消防控制室內(nèi)的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制器及聯(lián)動(dòng)控制臺(tái)、消防水泵、防排煙設(shè)備、自動(dòng)滅火系統(tǒng)、消防電梯、電動(dòng)防火卷簾、消防應(yīng)急照明、疏散指示標(biāo)志等)、走道照明、值班照明、警衛(wèi)照明、障礙照明、弱電監(jiān)控系統(tǒng)、收銀系統(tǒng)、防盜報(bào)警系統(tǒng)、客梯、排水泵、生活水泵、收銀臺(tái)、營業(yè)廳備用照明、商業(yè)的經(jīng)營管理用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)用電、信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、電子信息設(shè)備機(jī)房用電、安防系統(tǒng)用電、車庫照明用電、機(jī)械式停車設(shè)備。商業(yè)的經(jīng)營管理用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)用電、信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、電子信息設(shè)備機(jī)房用電為一級(jí)負(fù)荷中特別重要負(fù)荷。

(2) 二級(jí)負(fù)荷。自動(dòng)扶梯、貨梯、經(jīng)營用冷凍及冷藏系統(tǒng)、營業(yè)廳照明、空調(diào)和鍋爐房用電等。

(3) 三級(jí)負(fù)荷。其他照明及電力負(fù)荷。

3 供配電系統(tǒng)

3.1 供電容量的確定

在報(bào)電力規(guī)劃階段,該項(xiàng)目有住宅建筑和商業(yè)、辦公建筑,根據(jù)當(dāng)?shù)毓╇娨?guī)定,住宅建筑變電所(公變)和商業(yè)、辦公建筑變電所(專變)需分開設(shè)置。在計(jì)算所需供電總?cè)萘繒r(shí),配電變壓器容量配置系數(shù)Kp根據(jù)當(dāng)?shù)赜秒姌?biāo)準(zhǔn)規(guī)定選取,其中住戶負(fù)荷:50戶及以下,Kp為0.7;50戶以上,200戶以下,Kp為0.6;200戶及以上,Kp為0.5。電動(dòng)汽車充電樁:當(dāng)車位總數(shù)小于200時(shí),Kp取0.4,當(dāng)車位總數(shù)為200及以上時(shí),Kp取0.3;低壓供電的公共服務(wù)設(shè)施,Kp取0.8。

(1) 接入公變負(fù)荷。住宅部分:120 m2及以下703戶,每戶配置8 kW,合計(jì)5624 kW;120～150 m248戶,每戶配置12 kW,合計(jì)576 kW;200～300 m24戶,每戶配置25 kW,合計(jì)100 kW。公建部分:一、二類負(fù)荷,電梯、公共區(qū)域照明、污水泵、生活泵房等合計(jì)350 kW;三類負(fù)荷,社區(qū)服務(wù)面積為595 m2,合計(jì)35.7 kW;充電樁76個(gè),合計(jì)532 kW;地下車庫面積為28 550 m2,按40 W/m2測算,合計(jì)1 142 kW。因此,總計(jì)容量為4 612.56 kW。

(2) 超高層塔樓接入專變負(fù)荷(寫字樓、商住式公寓)。商住式公寓:120 m2及以下480戶,每戶配置8 kW,合計(jì)3 840 kW。公建部分:一、二類負(fù)荷,電梯、公共區(qū)域照明,生活泵房等合計(jì)250 kW;三類負(fù)荷,社區(qū)服務(wù)面積為1 080 m2,合計(jì)64.8 kW;頂部三層辦公面積為2 822 m2,按100 W/m2計(jì)算,合計(jì)282.2 kW。因此,總計(jì)容量為2 447.6 kW。

(3) 商業(yè)區(qū)及車庫接入專變的負(fù)荷。商業(yè)部分:商業(yè)面積為92 605 m2,按150 W/m2計(jì)算,合計(jì)13 890.75 kW;充電樁100個(gè),合計(jì)700 kW;地下車庫面積為56 458 m2,按40 W/m2測算,合計(jì)2 258.32 kW。因此,總計(jì)容量為13 199 kW。

(4) 受電工程方案。計(jì)算所需負(fù)荷總?cè)萘繛?0 259 kW。根據(jù)當(dāng)?shù)夭煌燃?jí)電業(yè)供電容量范圍標(biāo)準(zhǔn),采用4路10 kV供電,其中住宅設(shè)置2處變電所,供電容量為4 800 kVA;辦公塔樓設(shè)置1處變電所,供電容量為3 200 kVA;商業(yè)設(shè)置5處變電所,供電容量為16 000 kVA。在-1F新建10 kV用戶開關(guān)站1座。變電所分配示意圖如圖2所示。

3.2 配電系統(tǒng)

該項(xiàng)目采用4路10 kV同時(shí)供電的方式,其中每兩路10 kV為一組,互相獨(dú)立,10 kV采用單母線分段方案,兩路電源同時(shí)工作,互為備用,當(dāng)其中一路中斷供電時(shí),其余線路應(yīng)能滿足全部一級(jí)負(fù)荷及二級(jí)負(fù)荷的供電要求。

10 kV開關(guān)站內(nèi)設(shè)置金屬鎧裝中置式開關(guān)柜,防護(hù)等級(jí)IP3X,10 kV斷路器分段能力為25 kA。10 kV主接線采取單母線分段,并設(shè)置母聯(lián)開關(guān),兩路電源同時(shí)供電,當(dāng)一路電源或一側(cè)線路發(fā)生故障時(shí),另一路電源和另一側(cè)線路應(yīng)不致同時(shí)受到損壞。

繼電保護(hù)方式:10 kV進(jìn)線主開關(guān)采用過流、速斷;10 kV出線分開關(guān)采用過流、速斷、單相接地故障;10/0.4 kV變壓器均設(shè)置溫度保護(hù)(變壓器保護(hù));各繼電保護(hù)單元均采用綜保裝置,并帶有通信接口。

10 kV操作電源采用直流操作方式,10 kV開關(guān)站設(shè)置110 V/80 Ah全封閉鉛酸免維護(hù)電池直流屏。

10/0.4 kV變電所內(nèi)變壓器低壓主接線采取單母線分段,兩段母線之間設(shè)置母聯(lián)開關(guān),采用手動(dòng)聯(lián)絡(luò)方式,電氣加機(jī)械聯(lián)鎖。當(dāng)上級(jí)任一路10 kV電源斷電時(shí),另一側(cè)可帶全部一、二級(jí)負(fù)荷的供電。變電所10 kV中壓側(cè)設(shè)變壓器溫度保護(hù)(過溫發(fā)信,超溫跳閘);2 000 kVA變壓器低壓側(cè)低壓斷路器分?jǐn)嗄芰σ筮_(dá)到50 kA以上,800 kVA變壓器低壓側(cè)低壓斷路器分?jǐn)嗄芰σ筮_(dá)到35 kA以上。變壓器低壓側(cè)主開關(guān)擬采用長延時(shí)、短路短延時(shí)保護(hù)。

變壓器選用環(huán)氧樹脂澆注低噪聲干式變壓器,絕緣水平H級(jí),外殼防護(hù)等級(jí)IP3X,帶溫控裝置和強(qiáng)冷風(fēng)扇。變壓器0.4 kV低壓側(cè)設(shè)置成套靜電電容器自動(dòng)補(bǔ)償裝置,以集中補(bǔ)償形式使高壓側(cè)的功率因數(shù)提高到0.9以上,其中單相補(bǔ)償容量占40%,三相補(bǔ)償容量占60%。補(bǔ)償柜采用了帶有消除諧波的電抗器,電抗率為7%。10/0.4 kV變電所內(nèi)低壓開關(guān)柜擬選用抽屜式低壓開關(guān)柜,防護(hù)等級(jí)IP3X。

變壓器低壓側(cè)主斷路器回路設(shè)置具有測量有功電能、無功電能、功率因數(shù)、三相電壓、三相電流、通信接口、2次～21次諧波分量的電表;10/0.4 kV低壓開關(guān)柜各饋線側(cè)設(shè)置具有測量有功電能、三相電壓、三相電流、通信接口功能的電表。

4 變電所

該項(xiàng)目10 kV開關(guān)站設(shè)置在-1F靠外墻部位,便于市政10 kV電源的接入。-1F大部分區(qū)域?yàn)樯虡I(yè)區(qū),除超高層塔樓10/0.4 kV變電所外,其余各10/0.4 kV變電所分散布置在-2F、-3F,不設(shè)置在最底層-4F,并在暖通冷凍機(jī)房附近單獨(dú)設(shè)置一座10/0.4 kV變電所,有利于節(jié)省0.4 kV電纜、母線槽長度,用于冷凍機(jī)房設(shè)備的配電。10 kV開關(guān)站及10/0.4 kV變電所位置、面積、凈高滿足相關(guān)規(guī)范及當(dāng)?shù)仉姌I(yè)設(shè)計(jì)要求。位于地下室的10 kV開關(guān)站及10/0.4 kV變電所內(nèi)變配電設(shè)備,通過機(jī)動(dòng)車車道運(yùn)輸。分散布置各10 kV變電所有利于深入負(fù)荷中心,減少0.4 kV低壓電纜長度及電纜壓降,并可使0.4 kV低壓電纜橋架分散布置,避免由于低壓電纜橋架集中布置,互相疊加導(dǎo)致的樓層凈高過低。盡量采用容量較大的變壓器,有利于節(jié)省變電所面積,降低用電負(fù)荷同時(shí)系數(shù)。

超高層辦公塔樓建筑高度為148 m,考慮到配電干線壓降不超過2%,用于超高層辦公塔樓配電的10/0.4 kV變電所需靠近塔樓核心筒強(qiáng)電井設(shè)置,以減少0.4 kV低壓電纜的供電長度。該項(xiàng)目用于辦公塔樓的10/0.4 kV變電所設(shè)置在5F靠近核心筒強(qiáng)電井位置。

對于超高層上樓變壓器的運(yùn)輸,可以采用以下幾種方式。

(1) 采用電梯井道運(yùn)輸。將電梯轎廂降至地下層,在電梯井道頂采用電葫蘆將變壓器從首層吊至相應(yīng)層,800 kVA變壓器尺寸約2 000 mm(寬)×1 400 mm(深)×1 000 mm(高)。該項(xiàng)目塔樓辦公區(qū)域最大電梯井道尺寸為2 600 mm(長)×2 600 mm(寬)。

(2) 采用電梯轎廂運(yùn)輸。1 000 kVA變壓器約為3 260 kg,800 kVA變壓器約為2 940 kg。該項(xiàng)目辦公樓塔樓區(qū)域最大載重電梯為1.6 t,5層變電所內(nèi)設(shè)置2臺(tái)800 kVA變壓器,因此若采用電梯轎廂運(yùn)行方式,需提升電梯載重量(設(shè)置載重量大的貨梯等)。若采用將變壓器進(jìn)行拆裝后運(yùn)輸?shù)奖茈y層變電所,再進(jìn)行組裝的方式,需要進(jìn)行變壓器的損耗實(shí)驗(yàn)。

(3) 采用室外運(yùn)輸。在大樓外墻尚未安裝幕墻之前,通過大型吊車或在相應(yīng)樓板上安裝吊具/滑輪等工具,從室外將變壓器吊上來。

經(jīng)過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)綜合比較考慮后,該項(xiàng)目上樓變壓器的運(yùn)輸采用第3種方式。

5 設(shè)計(jì)中一些建議

商業(yè)綜合樓中不同業(yè)態(tài)類型租戶的用電負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)不一樣,相同業(yè)態(tài)不同招商落位租戶提的用電量也不一樣。該項(xiàng)目根據(jù)商管單位提資,不同業(yè)態(tài)電氣指標(biāo)如表1所示,-1F電量留余量20%,1F電量留余量15%,其余層電量留余量10%。

表1 不同業(yè)態(tài)電氣指標(biāo)

為了使配電系統(tǒng)具有一定的靈活性,便于在租戶業(yè)態(tài)或用電負(fù)荷根據(jù)招商落位調(diào)整的情況下,盡量減少變電所低壓開關(guān)柜出線開關(guān)、電纜的修改,建議用于租戶的配電干線采用母線槽供電,通過插接箱接入不同樓層強(qiáng)電井配電柜。由于母線槽供電容量大,所帶負(fù)荷多,各設(shè)備的同時(shí)系數(shù)較低,在租戶用電負(fù)荷在招商變動(dòng)不是很大的情況下,直接更換或增加樓層強(qiáng)電井插接箱即可。

中庭活動(dòng)用電、室外活動(dòng)用電、LED大屏用電、室外販?zhǔn)埸c(diǎn)電源、立面夜景照明、室外景觀照明用電等均需業(yè)主商管運(yùn)營部門盡早介入,有利于供配電系統(tǒng)的整體規(guī)劃設(shè)計(jì)及滿足后期運(yùn)營使用的需要。租戶業(yè)態(tài)的變化尤其是地下室區(qū)域的餐飲租戶耗電量較大,根據(jù)公消[2016]113號(hào)文“關(guān)于加強(qiáng)超大城市綜合體消防安全工作的指導(dǎo)意見”,總建筑面積大于10萬m2的商業(yè)綜合體,餐飲場所嚴(yán)禁使用液化石油氣,設(shè)置在地下的餐飲場所嚴(yán)禁使用燃?xì)?。因此在地下室的餐飲廚房只能采用用電設(shè)備,需預(yù)留較多電量才能滿足地下餐飲租戶使用需求。

各商業(yè)綜合樓租戶的配電箱柜,建議安裝在租戶的后場區(qū)。除主力店(如超市,兒童活動(dòng)區(qū)等面積大的租戶)外,租戶內(nèi)的空調(diào)室內(nèi)機(jī)、風(fēng)機(jī)盤管等用電設(shè)備,可由租戶配電箱直接供電,租戶的排風(fēng)風(fēng)機(jī)、排油煙機(jī)、送風(fēng)風(fēng)機(jī)等設(shè)備若安裝在屋頂,可由租戶的配電箱配出回路,沿著相應(yīng)土建風(fēng)井內(nèi)壁(可盡量選用補(bǔ)風(fēng)井,因?yàn)榕庞蜔煿艿罍囟容^高),敷設(shè)到相應(yīng)風(fēng)機(jī),便于租戶預(yù)付費(fèi)電表電費(fèi)的計(jì)量。對于主力店租戶,可單獨(dú)設(shè)置動(dòng)力設(shè)備配電箱用于空調(diào)機(jī)組、風(fēng)機(jī)配電。

商業(yè)區(qū)域步行街強(qiáng)電井通常設(shè)置在后場或前后場交界區(qū)域,考慮到電壓降及節(jié)省0.4 kV電纜長度,建議強(qiáng)電井間距可按80 m左右設(shè)置。因商業(yè)租戶用電量較大,尤其是1F及-1F各種中庭及商業(yè)活動(dòng)用電較多,商業(yè)區(qū)域強(qiáng)電井面積建議按不少于6 m2設(shè)置。對于住宅樓強(qiáng)電井,需根據(jù)當(dāng)?shù)仉姌I(yè)規(guī)定要求及住戶電表箱尺寸設(shè)置。

6 結(jié) 語

商業(yè)綜合體自身的功能多樣性、特殊性、復(fù)雜性,相應(yīng)的供配電設(shè)計(jì)具有系統(tǒng)復(fù)雜、用電負(fù)荷大、供電距離長等特點(diǎn),商業(yè)綜合體供配電設(shè)計(jì)是否合理、節(jié)能、安全可靠,對于建筑內(nèi)各電力設(shè)備及用電設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行使用、維護(hù)有重要意義。