某倉儲建筑變配電設(shè)計探討

【摘要】以上海虹橋商務(wù)區(qū)某倉儲建筑為例，分析了倉儲建筑的負荷級別，并在負荷估算、供電電源、變配電站選址、變壓器容量、無功補償以及諧波治理等方面給出了解決方案，探討倉儲建筑的變配電設(shè)計。

【關(guān)鍵詞】倉儲建筑；負荷分級；負荷估算；變電站設(shè)置；供電方案；無功補償；諧波治理

1、項目概況

本項目位于虹橋正核心的虹橋商務(wù)區(qū)，處于緊靠虹橋交通樞紐、虹橋新地中心、國家會展中心的最佳位置。由10棟高層倉儲（11#～20#樓）和4棟多層配套（21-1#、21-2#、22-1#、22-2#樓）建筑共14棟建筑組成。其中6層的倉儲建筑有7棟，7層的倉儲建筑有3棟，均為倉儲（丙類二項的物品）用房。多層配套建筑為2層，包含食堂、培訓(xùn)廳兼籃球場等功能。2#地下車庫共2層，包含停車裝卸區(qū)、機動車停車庫、泳池及其配套用房、廚房和設(shè)備用房?？偨ㄖ娣e約為171068㎡。地上計容建筑面積為89881㎡，地下建筑面積為80260.10㎡，容積率為1.8。11#、12#、14#～17#和20#樓均為6層建筑，13#、18#和19#樓均為7層建筑，建筑高度均為43m（室外地面至女兒墻）。21-1#、21-2#、22-1#和22-2#樓均為2層建筑，建筑高度分別為18.5m、15.5m、14.0m、17.0m。項目總平面圖如圖1所示。

2、設(shè)計目標

立足虹橋商務(wù)區(qū)，輻射長三角經(jīng)濟圈，打造面向上海未來西部中心，連接蘇杭寧，形成多向輻射的集商務(wù)、貨運配送、電商分撥、信息服務(wù)、物流金融和配套服務(wù)功能于一體的現(xiàn)代綜合物流港。為上海及其周邊城市、園區(qū)客戶、合作伙伴等提供一體功能、延伸、連續(xù)的臨空立體商務(wù)物流空間。

3、負荷級別

用電負荷應(yīng)根據(jù)供電可靠性及中斷供電所造成的損失或影響程度，分為一級負荷、二級負荷以及三級負荷。在一級負荷中，當(dāng)中斷供電將發(fā)生中毒、爆炸和火災(zāi)等情況的負荷，以及特別重要場所的不允許中斷供電的負荷，應(yīng)為特別重要的負荷[1]。本項目物流配送以小型工藝品、電子產(chǎn)品、輕工產(chǎn)品等包裹類物品為主，無易燃、易爆危險品。地下車庫為I類車庫。其消防用電設(shè)備、應(yīng)急照明等用電屬一級負荷，走道照明、值班照明、無障礙照明用電、主要業(yè)務(wù)和計算機系統(tǒng)用電、安防系統(tǒng)用電、電子信息設(shè)備機房用電、客梯用電、排水泵、生活水泵、雨水回用提升泵用電亦按一級負荷考慮；其余為三級負荷。

4、負荷估算

負荷估算的目的是獲得供配電系統(tǒng)設(shè)計所需的各項負荷數(shù)據(jù)，用以選擇和校驗導(dǎo)體、電器、設(shè)備、保護裝置和補償裝置，計算電壓降、電壓偏差、電壓波動等[2]。本項目主要為倉儲建筑，后期特殊的動力設(shè)備較多且功能復(fù)雜，負荷估算應(yīng)考慮如下因素：

1.滿足現(xiàn)階段整個園區(qū)的各個時段的用電需求。

2.預(yù)留出一定的容量以滿足后期改造或擴容，并考慮工程造價的因素，容量不宜過大或過小。

本項目負荷計算采用分類統(tǒng)計的方法，對于園區(qū)內(nèi)不同功能的單體建筑，根據(jù)其自身的使用特性及用電需求，選擇合適的用電指標。如對高層倉儲建筑，主要負荷為照明及搬運、傳送及相關(guān)的通風(fēng)保暖等工藝設(shè)備，照明用電根據(jù)《建筑照明設(shè)計標準》GB50034-2013的相關(guān)要求，取目標值按單位面積法計算。工藝設(shè)備參考《工業(yè)與民用供配電設(shè)計手冊》（第四版）的相關(guān)表格及負荷指標來取值，同時根據(jù)業(yè)主提供的工藝設(shè)備的資料，對負荷指標進行了修正。對多層配套建筑，主要負荷為照明和空調(diào)，單位面積負荷指標參考《工業(yè)與民用供配電設(shè)計手冊》（第四版）的相關(guān)表格來取值。地下車庫的主要負荷為照明、水泵、通風(fēng)設(shè)備及叉車充電樁、電動汽車充電樁等，用電負荷采用綜合單位指標法計算。本項目變壓器的配置容量詳表1。

根據(jù)建設(shè)方提資及負荷計算的結(jié)果，本項目需變壓器的裝機容量為16646KVA，變壓器的實際裝機容量為17900KVA。

5、供電電源

本項目電力的最高負荷等級為一級，無一級負荷中特別重要負荷。經(jīng)與業(yè)主設(shè)計部及當(dāng)?shù)毓╇姽镜臏贤?，確認本項目由市政提供兩路獨立的10KV電源，不設(shè)置柴油發(fā)電機組。

6、變配電站選址及變壓器容量

變配電站的設(shè)置原則為：1.應(yīng)深入或接近負荷中心；2.進出線方便；3.設(shè)備吊裝、運輸方便；4.不應(yīng)設(shè)在有劇烈震動或有爆炸危險介質(zhì)的場所；5.變配電站可設(shè)置在建筑物的地下層，但不宜設(shè)置在最底層等。根據(jù)對本項目建筑的分布特點及對各建筑的用電情況分析，確定10KV開關(guān)站，變配電站的布置位置如下：1.10KV開關(guān)站設(shè)置在16#樓一層。2.10KV變配電站共3個，均設(shè)在地下一層，位置如圖2所示。01#變電站內(nèi)設(shè)2臺1600KVA及2臺1250KVA變壓器，供11#樓，12#樓，16#樓及就近的地下車庫。02#變電站內(nèi)設(shè)4臺1250KVA變壓器，供13#樓，17#樓，18#樓，21-1#樓，21-2#樓及就近的地下車庫。03#變電站內(nèi)設(shè)2臺1600KVA及2臺2000KVA變壓器，供14#樓，15#樓，19#樓，20#樓，22-1#樓，22-2#樓及就近的地下車庫。

7、供電方案

本項目在16#樓一層設(shè)2進10出10KV開關(guān)站一座，開關(guān)站的2路10KV電源為獨立電源，可滿足一級負荷的供電要求。各變電站均采用二路10kV電源供電，電源由開關(guān)站引來，10KV側(cè)兩路電源同時供電，互為備用。高壓柜采用中置式金屬鎧裝開關(guān)柜，低壓柜采用抽屜式配電柜、模塊化結(jié)構(gòu)。通過高低壓柜的三遙系統(tǒng)和變壓器檢測系統(tǒng)及直流屏的通訊接口構(gòu)成一套完整的變電室計算機能量管理系統(tǒng)。0.4KV低壓主接線采用單母線分段，每兩臺分別由兩個電源供電的變壓器低壓側(cè)設(shè)母聯(lián)開關(guān)，采用手動聯(lián)絡(luò)方式。在正常情況下，變壓器均同時供電，每兩臺變壓器組成一組0.4kV/0.23kV供電電源，中間設(shè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)。故障時，部分非重要負荷自動失壓跳閘，經(jīng)手動合上低壓母聯(lián)開關(guān)以保證重要負荷的供電；待故障消除后，斷開母聯(lián)開關(guān)，恢復(fù)兩路電源同時供電方式。具體如圖3所示。

8、無功功率補償

10（6）KV及以下無功補償宜在配電變壓器低壓側(cè)集中補償，且功率因素不宜低于0.9[1]。供電公司對本項目方案批復(fù)的要求為電網(wǎng)高峰負荷時用電設(shè)備功率因素應(yīng)不小于0.95。因此本項目采用低壓集中補償?shù)姆桨?，在低壓?cè)設(shè)功率因素自動補償裝置，該裝置可按無功需要自動投切，確保補償后的功率因素不小于0.95。各變壓器具體的無功補償容量詳表2。

9、諧波治理

交流電網(wǎng)中，由于許多非線性電氣設(shè)備的投入運行，其電壓、電流波形實際上不是完全的正弦波形，而是不同程度畸變的非正弦波。對周期性交流量進行傅里葉級數(shù)分解，得到的頻率與工頻相同的分量稱為基波，得到的頻率為基波頻率大于1整數(shù)倍的分量稱為諧波[2]。當(dāng)系統(tǒng)中的諧波過大時，會造成危險的過電壓或過電流，還會對電機、變壓器、電容、輸配電線及用電設(shè)備等產(chǎn)生不利的影響。供電公司對該項目的批復(fù)要求為，當(dāng)客戶有非線性負荷設(shè)備接入電網(wǎng)時，電能質(zhì)量須達到要求。本項目包含電梯，變頻風(fēng)機、水泵，UPS，電動汽車充電樁以及搬運、傳送等工藝設(shè)備，必須采用合理的諧波治理方案。針對本項目非線性設(shè)備電氣設(shè)備的運行特點，采用如下方式治理諧波：1.采用在變電站低壓柜總線處設(shè)置合適規(guī)格的有源濾波柜APF。2.在含諧波源設(shè)備的末端配電柜/箱安裝有源濾波裝置APF。3.在各二級配電間內(nèi)預(yù)留有源濾波裝置APF安裝位置，以便業(yè)主在招商后根據(jù)設(shè)備的運行情況按需設(shè)置APF。

結(jié)語：

以上是筆者在上海虹橋商務(wù)區(qū)某倉儲項目變配電設(shè)計上的一些體會。該項目建筑體量大，功能多，且需要預(yù)留工藝設(shè)備的安裝容量。建設(shè)方對同類項目的操作經(jīng)驗非常豐富，對建筑的層高等有著較為詳細的設(shè)計要求。因此本項目對于變電站的選址、設(shè)備布置以及線路敷設(shè)等都帶來了極大的挑戰(zhàn)。希望本案例能拋磚引玉，為廣大同行提供設(shè)計思路，考慮欠妥之處還望同行批評指正。

參考文獻：

[1]中國建筑東北設(shè)計研究院.JGJ16-2008民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[2] 中國航空規(guī)劃設(shè)計研究總院有限公司.工業(yè)與民用供配電設(shè)計手冊（第四版）[M].北京：中國電力出版社，2016.

[3]中機中電設(shè)計研究院有限公司.GB50053-201320KV及以下變電所設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2014.

[4]中國聯(lián)合工程公司.GB50052-2009供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2010.

作者簡介：

張杰，上海瀚聯(lián)建筑設(shè)計咨詢有限公司，上海。