超高層建筑變配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

方健美

（浙江東禾工程設(shè)計(jì)有限公司，浙江寧波 315040）

超高層建筑變配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

方健美

（浙江東禾工程設(shè)計(jì)有限公司，浙江寧波 315040）

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

超高層建筑；變配電系統(tǒng)；運(yùn)輸通道；柴油發(fā)電機(jī)

0 引 言

目前,超高層建筑項(xiàng)目不再是一個(gè)單純的標(biāo)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(duì)建筑面積需求的一種解決方案。隨著經(jīng)濟(jì)增長和城市化進(jìn)程的推進(jìn),浙江省臺(tái)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(tái)州地區(qū)供電電網(wǎng)的實(shí)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(xiàng)目概況

某超高層變配電設(shè)計(jì)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(dú)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(xiàng)目在進(jìn)行變配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),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(shí)包括商業(yè)、甲級(jí)辦公、五星級(jí)酒店、高檔餐廳等,使得整個(gè)建筑的用電設(shè)備復(fù)雜,負(fù)荷密度變化比較大。不同容量的變壓器,其遠(yuǎn)距離帶負(fù)荷能力不同,且供電距離與負(fù)荷密度大小成反比。設(shè)計(jì)的關(guān)鍵就是變壓器的位置盡可能靠近用電負(fù)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(jī)設(shè)置與選擇。該超高層建筑應(yīng)設(shè)柴油發(fā)電機(jī)作為應(yīng)急電源或備用電源。柴油發(fā)電機(jī)的額定輸出電壓應(yīng)根據(jù)負(fù)荷大小、單臺(tái)電動(dòng)機(jī)最大起動(dòng)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(shí)際情況合理選擇切換方式。

(3)分變電所設(shè)備運(yùn)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(shí)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(yùn)輸和安裝存在一定的難度,需要在設(shè)計(jì)階段適當(dāng)考慮合理的運(yùn)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(fù)荷計(jì)算以及容量的確定

該工程在計(jì)算負(fù)荷時(shí),采用需要系數(shù)法進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算,作為電氣設(shè)備選擇和無功補(bǔ)償?shù)幕A(chǔ)依據(jù),同時(shí)也運(yùn)用功率密度和同時(shí)系數(shù)等方式作為核算對(duì)比。

根據(jù)各專業(yè)提供的用電條件要求以及規(guī)范對(duì)負(fù)荷的分級(jí)規(guī)定,選擇雙10 kV電源作為該工程的供電電源,同時(shí)為保證供電可靠性,另配置2臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)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(jī)。

負(fù)荷計(jì)算原則如下：

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

(2)正常運(yùn)行的一、二級(jí)負(fù)荷需要進(jìn)行負(fù)荷校驗(yàn),是根據(jù)變壓器運(yùn)行方式以及標(biāo)準(zhǔn)GB 50053－2013《20 kV及以下變電所設(shè)計(jì)規(guī)范》第3.3.2條,即裝有2臺(tái)及以上變壓器的變電所,當(dāng)任意一臺(tái)變壓器斷開時(shí),其余變壓器的容量應(yīng)能滿足全部一級(jí)負(fù)荷及二級(jí)負(fù)荷的用電。

根據(jù)以上原則,該工程負(fù)荷計(jì)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(jī)組的單臺(tái)容量較大,經(jīng)與當(dāng)?shù)毓╇姴块T溝通,采用2臺(tái)1 600 kVA變壓器供冷水機(jī)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(jī)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(jī)分別相對(duì)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(jī)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(jí)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(tái)州地區(qū)的電網(wǎng)管理實(shí)際要求,采用二級(jí)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(jī)設(shè)置與選擇

3.1 負(fù)荷計(jì)算

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

在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)這三類負(fù)荷分別計(jì)算,選擇其中最大容量的,以確定柴油發(fā)電機(jī)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(jī)。

3.2 設(shè)置位置和電壓等級(jí)

柴油發(fā)電機(jī)作為應(yīng)急電源,無論使用高壓柴油發(fā)電機(jī)還是低壓柴油發(fā)電機(jī),都需要考慮防火、防煙、通風(fēng)以及消音減震等問題。設(shè)計(jì)時(shí)將柴油發(fā)電機(jī)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(jí)作綜合考量。

超高層建筑中柴油發(fā)電機(jī)電壓等級(jí)的選擇,參照國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集14D801《超高層建筑電氣設(shè)計(jì)與安裝》中柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)方案的選擇,并與甲方以及當(dāng)?shù)毓╇娋譁贤āＴ摴こ痰蛪焊删€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(jī)選用0.4 kV低壓柴油發(fā)電機(jī)組,并設(shè)置在主樓_1F。

3.3 切換方式與起動(dòng)信號(hào)

酒店配套區(qū)與辦公區(qū)各自單獨(dú)設(shè)置柴油發(fā)電機(jī),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(dú)立性和可靠性,將消防負(fù)荷和保安(平常特別重要負(fù)荷及部分重要)負(fù)荷各自相對(duì)獨(dú)立。

酒店部分應(yīng)急電源系統(tǒng)如圖2所示。

柴油發(fā)電機(jī)的起動(dòng)信號(hào)取自于低壓主進(jìn)線處,當(dāng)電壓低于額定電壓50%時(shí),即認(rèn)為失壓,起動(dòng)信號(hào)具有適當(dāng)?shù)难訒r(shí)功能,避開了兩路市電之間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換時(shí)間。

4 分變電所設(shè)備運(yùn)輸和安裝

4.1 變壓器參數(shù)及井道資料

設(shè)備運(yùn)輸主要考慮最大設(shè)備的重量、尺寸以及運(yùn)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(yùn)輸方式

目前,各超高層的變壓器運(yùn)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(fù)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(yùn)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(yùn)輸。另外,變壓器運(yùn)輸時(shí)須拆卸外罩,待搬運(yùn)到位時(shí)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(shí)際用途和甲方的需求,設(shè)置變電所和柴油發(fā)電機(jī)的位置,選擇變壓器和柴油發(fā)電機(jī)的容量,考慮設(shè)備更換和維護(hù)更為方便的運(yùn)輸通道。

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

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

[3] 14D801 超高層建筑電氣設(shè)計(jì)與安裝[G].

[4] 劉倩.超（限）高層建筑供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jī)組電壓等級(jí)的選擇》技術(shù)研討會(huì)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