大型高層民用建筑電源引入方式探討

馬占敖，張永全

MA Zhan-ao1，ZHANG Yong-quan2

（1.吉林建筑工程學(xué)院 電氣與電子信息工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130021；2.吉林省建筑設(shè)計(jì)院 二所，長(zhǎng)春 130024）

0 引言

眾所周知，大型高層民用建筑用電負(fù)荷容量大，供電可靠性要求高，其電源線的引入方式和其負(fù)荷性質(zhì)及容量有關(guān)，當(dāng)負(fù)荷性質(zhì)、容量確定后引入線的方式也隨之確定。就高層民用建筑而言，一般都需要兩路高壓電源，但是，當(dāng)高層建筑的負(fù)荷超過一定數(shù)量時(shí)，因受電網(wǎng)及電纜供電能力的限制，一般而言，需要用增強(qiáng)電源引入線數(shù)量或提高電壓等級(jí)來提高供電能力的方法加以解決。結(jié)合“新世紀(jì)廣場(chǎng)”項(xiàng)目方案，對(duì)大型高層民用建筑的電源引入方式及相關(guān)問題進(jìn)行初步探討。

1 “新世紀(jì)廣場(chǎng)”項(xiàng)目電源引入方式

“新世紀(jì)廣場(chǎng)”項(xiàng)目是由香港發(fā)盛公司投資興建的一座集購(gòu)物、餐飲娛樂、辦公、商住等為一體的超高層現(xiàn)代化大廈。建筑面積17萬(wàn)m2，計(jì)劃設(shè)1600kVA變壓器10臺(tái)。下面分三個(gè)方案進(jìn)行討論。

方案 I 電源采用兩路10kV300mm2交聯(lián)電纜引入同時(shí)供電，并組成單母線分段系統(tǒng)供電（如圖1所示）。

300mm2電纜載流量為598A（土壤平均溫度t=25oC，土壤熱阻系數(shù)p=80）,平均每路引入線帶5臺(tái)變壓器，計(jì)8000kVA，其額定電流為462A。設(shè)每臺(tái)變壓器均在75%負(fù)荷下運(yùn)行，則每路引入線的計(jì)算電流為：

I1=0.75Ie=0.75×462=347A

當(dāng)一路引入線故障或電源故障時(shí)，另一路引入線的負(fù)荷為：

I2=2I1=2×347=694A

且694A＞598A（3000mm2電纜載流量），可見，另一路引入線不能承擔(dān)全部負(fù)荷，只能限電運(yùn)行。

方案Ⅱ 仍然采用兩路10kV電源引入，但每路引入線都采用兩條電纜并聯(lián)使用（如圖2所示）

圖2 兩路電纜并聯(lián)供電系統(tǒng)圖

此方案在任何一個(gè)電源發(fā)生故障時(shí)，另一路電源可帶100% 負(fù)荷。

方案Ⅲ 采用三路電源引入方式，兩用一備（如圖3所示）進(jìn)線采用185 mm2電纜，此方案在任何一路電源發(fā)生故障時(shí)，另外兩路電源可帶100%負(fù)荷 。當(dāng)不能從電網(wǎng)取得三路電源時(shí)，其中任意兩路電源均可接自同一上級(jí)變電所的同一母線段。

圖3 三條電纜并聯(lián)供電系統(tǒng)圖

以上我們只討論了三種電源引入方式和其構(gòu)成的三種不同的方案，比較而言，方案Ⅲ具有更高的供電可靠性，而且，檢修、運(yùn)行也較為靈活方便。

2 電源引入線數(shù)量確定方法的探討

通過上述對(duì)“新世紀(jì)廣場(chǎng)”項(xiàng)目方案的討論，可以看出，當(dāng)某些大型高層建筑的負(fù)荷容量很大時(shí)，兩路10kV電源引入方式，因受電網(wǎng)和電纜供電能力的限制，也顯得有些力不從心。而無(wú)限量增大供電電纜截面的方法也是不明智的。但提高供電電壓等級(jí)又受到城市供電網(wǎng)絡(luò)的限制而難以實(shí)現(xiàn)。所以，當(dāng)出現(xiàn)上述情況時(shí)，只有用增加引入線數(shù)量的方法解決。引入線數(shù)量增加后組成的多種方案，我們暫不去探討。這里只按目前我國(guó)10kV交聯(lián)電纜的規(guī)格和其載流量，求出幾種電纜所能輸送的最大容量，同時(shí)，以其最大輸送能力為極限，探討當(dāng)計(jì)算容量為多大時(shí)，應(yīng)采用兩路以上電源引入方式。

設(shè)：功率因數(shù)；允許電壓偏移△U=±7%

已知：P=Scos?；△U%=△u%PL；L=△U%/△u%P

式中P一線路通過的有功功率（kW）；S一線路通過的視在功率（kVA）；△u%一線路每mW.km電壓偏移百分?jǐn)?shù)（△u%=0.14）

則：P= Scos?=10 000×0.9=9 000kW

即當(dāng)計(jì)算負(fù)荷為10 000kVA、功率因數(shù)為0.9、允許電壓偏差為±7%時(shí)，300 mm2電纜的最大供電半徑為5.6km,這一半徑一般均在城市二次變電所的供電范圍之內(nèi)。所以，我們可以得出這樣的結(jié)論：當(dāng)大型高層建筑計(jì)算容量超過10 000kVA時(shí)，就應(yīng)考慮兩路以上10kV電源引入方式。在日本，電力公司規(guī)定，當(dāng)合同電力在10 000kW以下時(shí)，可采用10kV或20kV電壓等級(jí)入戶，而在10 000kW以上時(shí)，就應(yīng)采用60kV電壓入戶?？梢姡m然兩者的分界方法不同，但其分界功率是相近的。

上述方法是在目前城市電網(wǎng)電壓不能改變的情況下，以增加電源引入線數(shù)量來提高輸電能力的一種方法，顯然欠科學(xué)性的和經(jīng)濟(jì)性。下面把日本一些大型高層建筑的實(shí)際受電電壓和電源引入方式介紹給大家，以便探討和借鑒。

據(jù)資料介紹，在發(fā)達(dá)國(guó)家從40年代至60年代起，已相繼發(fā)展和采用20kV做為配電電壓。不僅如此，日本電力公司還規(guī)定，一般50kW以上要采用高壓（6kV）供電，2000kW以上采用特高壓（10，20kV）供電，10 000kW以上采用60kV供電

日本高層建筑的供電電壓，最低是我國(guó)城市電網(wǎng)的2倍，為20kV。電源的引入方式也靈活可靠，并以點(diǎn)狀和環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)為多。特別是點(diǎn)狀網(wǎng)絡(luò)供電方式，用在城市負(fù)荷密度大的地區(qū)，能更好地提高供電的可靠性。

表1 日本超高層建筑受電電壓和方式

綜上所述，在我國(guó)，隨著城市用電負(fù)荷的大幅度增加，傳統(tǒng)的10kV電網(wǎng)將越來越顯得力不從心。根據(jù)我國(guó)用電情況和使用要求，有關(guān)供電部門和發(fā)電廠應(yīng)盡快提高供電質(zhì)量和電網(wǎng)電壓，以適應(yīng)我國(guó)電氣行業(yè)發(fā)展的需要，滿足使用要求，改變我國(guó)電網(wǎng)電壓一成不變的狀況。如果能把10kV改為20kV以上，不但可以提高供電質(zhì)量，而且，可以節(jié)約大量的有色金屬，減少功率損耗，同時(shí)，又可以提高供電能力，增大供電半徑，這樣，不但會(huì)收到良好的經(jīng)濟(jì)效益，而且，技術(shù)上也是可行的。

3 結(jié)論

一座大型超高層建筑，相當(dāng)于一個(gè)中小水平的城鎮(zhèn)，是一個(gè)城中之城。不但其供電的可靠性不容質(zhì)疑，而且，不應(yīng)使其供電能力和供電質(zhì)量在一路電源引入線故障時(shí)受到限制。顯然，限電運(yùn)動(dòng)的方式是不可取的，最低在設(shè)計(jì)上應(yīng)是這樣，因?yàn)橄到y(tǒng)設(shè)計(jì)具有超前能力，以便能在城市電網(wǎng)供電水平改善后，而不致缺憾。

當(dāng)建筑物總計(jì)算容量超過10 000kVA時(shí)，在經(jīng)濟(jì)技術(shù)允許的條件下，應(yīng)考慮兩路以上電源引入，第三路引入電源可以來自第一或第二電源的同一變電所的同一母線段。

在用電量密集的大中城市和地區(qū)，應(yīng)當(dāng)考慮20kV的電壓進(jìn)入用戶。有關(guān)規(guī)程的制定應(yīng)從宏觀的角度出發(fā)，借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)，先行制定出相應(yīng)的法規(guī)，改變目前我國(guó)10kV一統(tǒng)天下的局面。這些法規(guī)，也可以在新興城市和開發(fā)區(qū)等開始執(zhí)行，其他區(qū)新建工程中的高壓配電設(shè)備，應(yīng)選用高一個(gè)電壓等級(jí)的設(shè)備，一旦條件成熟則進(jìn)行升壓改制。

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