關(guān)于超高層建筑變電所設(shè)置的探討

劉軍

（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院）

關(guān)于超高層建筑變電所設(shè)置的探討

劉軍

（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，越來(lái)越多的城市開始建設(shè)超高層建筑，超高層建筑如雨后春筍般大規(guī)模增加，其建筑功能也由以前相對(duì)單一功能變成了現(xiàn)在多功能組合。這就導(dǎo)致了建筑物內(nèi)變配電系統(tǒng)與過(guò)去相比都發(fā)生了翻天覆地的變化。本文借助案例分析，對(duì)超高層建筑中變電所的設(shè)立問(wèn)題進(jìn)行探討，以求為以后的工作提供一些借鑒。

超高層建筑；變電所；設(shè)置

引言

隨著高層、超高層、群體建筑的日益增多，大型建筑物一般都采用了10kV以上的變電所。變電所通常設(shè)置在地下室的1～2層，面積相對(duì)有限，所以給電氣的施工帶來(lái)一定難度，這就要求設(shè)計(jì)人員能夠同時(shí)設(shè)計(jì)多種變電所電纜進(jìn)出敷設(shè)方式的方案，適應(yīng)不同的施工環(huán)境。

1　變電站設(shè)置原則

該建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)采用的是35kV變電所，所以在建設(shè)過(guò)程中執(zhí)行的是《35～110kV變電所設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB5005992）中的相關(guān)規(guī)范要求。變電站設(shè)置的基本原則是∶位置盡量靠近負(fù)荷中心，這樣可以有效提高供電電壓的質(zhì)量、減少在輸電過(guò)程中的電能損耗輸電線路的投資費(fèi)用；另外還可以節(jié)約用地、減少對(duì)高效益經(jīng)濟(jì)區(qū)域的占用；盡量選擇交通運(yùn)輸方便的區(qū)域，這樣可以方便運(yùn)輸變電所設(shè)備，更加方便對(duì)變電站的管理；變電站應(yīng)當(dāng)盡最大可能不影響周圍環(huán)境，不影響附近設(shè)施的正常運(yùn)行，將變電站及35kV線路產(chǎn)生的無(wú)線電干擾、電磁感應(yīng)、噪音干擾等影響降至最低。

2　變電所設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

超高層建筑物對(duì)供電質(zhì)量都有著很高的要求，不僅需要高負(fù)荷供電，而且供電等級(jí)也相應(yīng)提高，所以超高層建筑的供電方式一般都要采用雙電網(wǎng)供電的雙電源和應(yīng)急發(fā)電電源的方式。另外，電氣設(shè)計(jì)工作者現(xiàn)在面臨的一個(gè)新課題就是變電所的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，這要求設(shè)計(jì)工作者在項(xiàng)目具體設(shè)計(jì)過(guò)程中∶①必須滿足供電設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)范，然后再考慮其他可能的影響因素；③需要考慮工作人員的安全和操作；③預(yù)留發(fā)展余地并確定最終設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的方式。筆者在實(shí)踐過(guò)程中所接觸到的大型建筑物中設(shè)置的變電所，發(fā)現(xiàn)存在很多發(fā)展余地的預(yù)留不足、檢修通道欠佳和時(shí)間考慮欠妥當(dāng)?shù)那闆r。值得特別注意的是，對(duì)于配電所的值班室，應(yīng)該根據(jù)電氣設(shè)備和供電負(fù)荷等方面的因素來(lái)確定采用在大空間內(nèi)加護(hù)欄桿作安全分隔的方式，還是采用獨(dú)立房間分隔的方式，這需要理論與技術(shù)實(shí)踐相結(jié)合的方式加以確定（如圖1）。

3　電纜型號(hào)及其載流量的選用

高層建筑不同于一般的工業(yè)廠房，各種管線路需要合理的集中布置在很緊湊的空間內(nèi)，施工相對(duì)困難。而且超高層建筑對(duì)消防及供電的可靠性都具有很高的要求，變電所引出的電纜線路多，既要考慮敷設(shè)問(wèn)題，還要考慮載流量的問(wèn)題，所以要特別注意電纜選型和所用電纜載流量。

圖1　超高層建筑的變電所智能監(jiān)控系統(tǒng)圖

4　變電所電纜進(jìn)出線的敷設(shè)方式

4.1規(guī)模較大的變電所

當(dāng)變電所內(nèi)有多條電纜匯聚在高低壓開關(guān)柜的電纜溝時(shí)，應(yīng)在合適的位置設(shè)電纜豎井夾層。其中根據(jù)國(guó)標(biāo)《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50217-94）第5.5.1條中的規(guī)定，電纜夾層的凈高應(yīng)在2000mm以上。在超高層建筑設(shè)計(jì)中，有時(shí)可能無(wú)法滿足2000mm的凈高，因此可以采用靈活的措施加以解決，如將電纜溝加設(shè)活動(dòng)蓋板，根據(jù)電纜數(shù)量和允許彎曲半徑最大值等因素確定其深度。

4.2規(guī)模較小的變電所

當(dāng)只有數(shù)量很少的變壓器時(shí)，如果因?yàn)閰^(qū)域太小而沒(méi)有設(shè)置電纜夾層，可對(duì)高低壓開關(guān)柜的進(jìn)出線電纜可采用上進(jìn)線、上出線的方案，但此方案需要注意∶①確定方案前充分了解選用的開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)和性能，必須合適的開關(guān)柜才能采用這種方式；③要提前與甲方及生產(chǎn)廠家一起做出研究，在充分了解當(dāng)?shù)毓╇姴块T的有關(guān)規(guī)定的前提下，才能考慮是否采用此種方式。

5　變壓器的布置問(wèn)題

在變壓器的選擇上，超高層及群體建筑的變電所大都采用干式變壓器，這種變壓器一般有兩種布置方式∶①將變壓器與低壓開關(guān)連成一排的方式；③采用把兩者分開的方式。在分開布置的方式中，變壓器與低壓開關(guān)柜之間可以分有隔墻和無(wú)隔墻之分，安全隔離可以采用鋼網(wǎng)欄桿。具體采用的方式，需要根據(jù)供電局的有關(guān)規(guī)定、與甲方簽訂的合同、施工人員的工作經(jīng)驗(yàn)及變壓器空間的大小來(lái)確定。另外變壓器的日后維護(hù)以及環(huán)境溫度、通風(fēng)條件也要納入考慮的范圍之內(nèi)。

6　相關(guān)方案設(shè)計(jì)

6.1方案一：供配電系統(tǒng)采用主、副兩座變電站

具體方案為∶在地下一層設(shè)置主變電站，為30層及以下的樓層提供電力，副變電站為30層以上的樓層供電，設(shè)置在40層的位置上。此方案采用分區(qū)域供電的方式，能夠最大程度的保證供電的質(zhì)量及供電的可靠性，同時(shí)還能起到節(jié)能的作用，并且該方案經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。具體設(shè)計(jì)如下∶將一座35kV高壓配電所設(shè)置在地下一層，由高壓配電所提供6路35kV送電線路，將其中4送電線路通往附近的35kV主變電站，把35kV的高電壓直降至220/ 380V的配電電壓，為該項(xiàng)目地下各層及地上低區(qū)各層提供低壓電源，變壓器的裝機(jī)容量為4×1600kVA；將剩余2線路通往該高區(qū)的40層的35kV副變電站，再將35kV電壓直降至220/380V配電電壓，為31～50層提供電力支持，變壓器裝機(jī)容量為2× 1600kVA=9600kVA，總?cè)萘繛?600kVA。

方案一是目前國(guó)內(nèi)比較常見(jiàn)的設(shè)計(jì)方案，其優(yōu)勢(shì)是能夠有效解決供電半徑問(wèn)題，將所有用電設(shè)備的供電半徑控制在了200m以內(nèi)的范圍，無(wú)需采取其他電壓降壓措施便能滿足相關(guān)規(guī)范要求。其采用將35kV高壓電纜直接將電力輸送到40層變電分配的方式，不但在很大程度上節(jié)省了電纜費(fèi)用的支出，也能夠很好的減少供電損失，與380V低壓送電的方式相比，每年可以節(jié)約15萬(wàn)～20萬(wàn)元。

但是方案一仍然存在缺陷∶①35kV變電站會(huì)產(chǎn)生較大的電磁輻射，周圍會(huì)有較強(qiáng)的電場(chǎng)，上下幾層都會(huì)產(chǎn)生干擾，采取的屏蔽措施只能降低部分而并不能完全杜絕此類干擾。③像變壓器這種大型設(shè)備均設(shè)置在高區(qū)40層，一旦設(shè)備出現(xiàn)故障，目前只能采用消防電梯豎井來(lái)運(yùn)輸?shù)姆绞竭M(jìn)行更換、維修，運(yùn)送過(guò)程會(huì)產(chǎn)生很大的困難，而且高樓林立的現(xiàn)代城市，此種運(yùn)輸方式受周圍建筑的影響很大。

6.2方案二：只在地下一層設(shè)置高壓配電及變壓器

具體方案為∶地下一層設(shè)置高壓配電及變壓器，高區(qū)40層位置設(shè)置低壓配電室，向高層區(qū)域提供低壓電源。在建筑地下一層設(shè)置35kV高壓配電所，高壓配電所提供6路35kV送電線路，送往附近的變電站，將電壓降至220/380V低壓配電電壓，作為本項(xiàng)目的供電電源。另外，將6臺(tái)1600kVA變壓器設(shè)置在地下一層的高壓配電室中，其中4臺(tái)為地下各層及地上30層供電；剩余2臺(tái)直供30層以上的設(shè)在高區(qū)40層的低壓配電室。供電方式為采用密閉式低壓母線槽作為進(jìn)線電源，40層的低壓配電室為高區(qū)所在的所有用電設(shè)備提供電力。

方案二能夠在一定程度上很好的解決方案一中存在的不足，不在高區(qū)另外設(shè)置變電站，就不需要向高區(qū)運(yùn)輸變壓器這種大型設(shè)備。采用低壓向高區(qū)送電的方式，不需要在高區(qū)敷設(shè)高壓電纜；而且采用這種方式，低壓電源不會(huì)對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生不利影響，不會(huì)影響人員的正常生活工作，辦公設(shè)備也能在正常條件下工作而不受干擾。。

然而方案二的缺點(diǎn)是∶①由于輸電距離較遠(yuǎn)，采用密集封閉母線或并聯(lián)電纜的方式向高區(qū)配電室輸送電能時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的壓降，因此必須采取相應(yīng)措施來(lái)確保電源的輸送質(zhì)量。③相比方案一，無(wú)論采取何種形式，資金投入都很巨大。③系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)損耗巨大的電能。

7　結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)上述方案對(duì)比可以看出，如果只考慮經(jīng)濟(jì)因素，方案一是最佳選擇，而且這是目前最為普遍的設(shè)計(jì)方式。但是，高區(qū)變壓器等設(shè)備的更換、維護(hù)也是需要著重考慮的因素，以及高電壓設(shè)備對(duì)附近造成電磁輻射干擾也是重要因素，如果采用屏蔽的措施又會(huì)增加投入，而且電磁輻射造成的損失有時(shí)候無(wú)法用數(shù)字來(lái)衡量。因此筆者做出以下結(jié)論∶

（1）如果可以通過(guò)屏蔽的方式達(dá)到相應(yīng)規(guī)范要求，推薦使用方案一，此方案能夠很好地降低工程造價(jià)，又可以完美解決電源的供電半徑問(wèn)題，無(wú)需采取降壓措施即可滿足生產(chǎn)要求。

（2）如果對(duì)辦公環(huán)境有很高的要求，受到尤其是電磁干擾產(chǎn)生的影響巨大，則需要考慮采用方案二。此方案非常便于日后的設(shè)備維護(hù)，如果在工程造價(jià)可以接受的情況下，方案二是合理的選擇。

[1]岳猛.論超高層建筑設(shè)立分變電站的優(yōu)缺點(diǎn)[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2012（17）∶12～13.

[2]彭代軍.大型建筑中變電所設(shè)計(jì)的幾個(gè)問(wèn)題[J].電工技術(shù)，1999.

[3]中國(guó)航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院組編.工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)（第三版）.中國(guó)電力出版社，2005.

TU976.1

A

1673-0038（2015）11-0030-02

∶2015-2-10

∶劉軍（1987-），男，助理工程師，本科，主要從事建筑電氣設(shè)計(jì)工作。