某商業(yè)綜合體的電氣方案設(shè)計(jì)探討

萬(wàn)小亮

(廈門(mén)合立道工程設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司 福建廈門(mén) 361000)

1 工程概況

該工程為商業(yè)綜合體，總建筑面積約17萬(wàn)m2。地上有6棟建筑，其中1#樓為購(gòu)物中心，屬一類高層商業(yè)、餐飲、娛樂(lè)組合公共建筑(大商業(yè))，2#、5#樓為多層商業(yè)步行街(金街)，3#樓(含6,7#塔樓)為一類高層商業(yè)、辦公、Ⅰ類停車庫(kù)組合公共建筑(3#樓外圍為商鋪，中間為停車樓，6#樓為公寓，7#樓辦公樓)，地下有一層，為Ⅰ類車庫(kù)、超市、設(shè)備用房等。

2 用電負(fù)荷等級(jí)及中壓供電方案

根據(jù)《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]JGJ16-2008附錄A及《建筑防火設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]GB50016-2014(2018年版)第十章的相關(guān)要求，該工程消防用電設(shè)備、弱電機(jī)房、變頻生活給水泵、地下室潛水泵、商場(chǎng)營(yíng)業(yè)廳的備用照明、走道照明、客梯等用電等按一級(jí)負(fù)荷供電，自動(dòng)扶梯、空調(diào)用電等按二級(jí)負(fù)荷供電，其余按三級(jí)負(fù)荷供電。

根據(jù)業(yè)主前期征詢當(dāng)?shù)毓╇娋郑摴こ?.5km附近有2座110kV變電站， 供電電壓等級(jí)為10kV，每回路的供電容量為8000～10 000kVA,故該工程中壓供電等級(jí)選用10kV，且可考慮以下2種供電方案：

中壓供電方案一：從不同的上級(jí)區(qū)域變電站引來(lái)兩路10kV電源，每路各帶50%的用電容量，兩路電源互為熱備用。當(dāng)一路電源斷電時(shí)，另一路電源負(fù)擔(dān)起所有的一、二級(jí)負(fù)荷用電[3]。

中壓供電方案二：從不同的上級(jí)區(qū)域變電站引來(lái)兩路10kV電源，其中一路電源負(fù)載100%用電容量，另一路僅作為冷備用，平時(shí)不使用，當(dāng)主用電源故障時(shí)，備用電源需負(fù)擔(dān)所有的一、二級(jí)負(fù)荷用電。

經(jīng)計(jì)算改項(xiàng)目的變壓器裝機(jī)容量為19 490kVA,且所有的一、二級(jí)負(fù)荷的用電容量不超過(guò)裝機(jī)容量的50%。當(dāng)采用方案一時(shí)，需從上級(jí)區(qū)域變電站引來(lái)兩路10kV電源，每路電源負(fù)擔(dān)9745kVA用電容量，當(dāng)其中一路故障時(shí)，另外一路電源能負(fù)擔(dān)起所有的一、二級(jí)負(fù)荷的用電容量；當(dāng)采用方案二時(shí)，由于供電局要求每回路供電容量不大于10 000kVA，故需從上級(jí)區(qū)域變電站引來(lái)3路10kV電源，即采用兩用一備的供電方式，其中兩路電源平時(shí)均負(fù)擔(dān)9745kVA用電容量，分列運(yùn)行，當(dāng)任一路電源故障時(shí)，由第三路備用電源自動(dòng)投入負(fù)擔(dān)該故障回路的全部用電容量，當(dāng)兩路工作電源均故障時(shí)，第三路備用電源亦可滿足所有一、二級(jí)負(fù)荷的要求。

方案二相對(duì)于方案一供電可靠性更高，但是需要增加一條10kV高壓電纜敷及相應(yīng)高壓配電設(shè)施，造價(jià)更高。經(jīng)過(guò)業(yè)主與供電局溝通確認(rèn)后，采用方案一。為滿足福建省《10kV及以下電力用戶業(yè)擴(kuò)工程技術(shù)規(guī)范》DB35/T 1036-2016中“一級(jí)負(fù)荷的供電除由雙重電源供電外，應(yīng)增設(shè)用戶自備應(yīng)急電源，并采取措施確保一級(jí)負(fù)荷供電[4]”的要求，故在3#停車樓一層設(shè)置設(shè)一臺(tái)1000kW自啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組，機(jī)組在市電斷電后15s內(nèi)自動(dòng)投入供電，但相序應(yīng)與市電相序一致。

3 變電所設(shè)置與變壓器容量確定

鑒于工程業(yè)態(tài)較多且不同業(yè)態(tài)后期運(yùn)營(yíng)的公司不同，共設(shè)置6處變電所。

(1)考慮到購(gòu)物中心后期由業(yè)主專門(mén)的商管公司運(yùn)營(yíng)，且該購(gòu)物中心的面積較大，設(shè)置1#、2#大商業(yè)變電所。兩個(gè)大商業(yè)變電所深入負(fù)荷中心且分布在購(gòu)物中心兩側(cè)方便進(jìn)出線及設(shè)備運(yùn)輸處。

(2)為了配合業(yè)主后期招商引入知名超市品牌，設(shè)置3#超市變電所，采用高供高計(jì)量，方便超市用電的維護(hù)和管理。

(3)考慮到金街及辦公部分業(yè)主會(huì)另外委托一家物業(yè)公司進(jìn)行管理，為了方便管理及計(jì)費(fèi)，設(shè)置4#金街變電所及5#辦公變電所。

(4)該建筑空調(diào)系統(tǒng)采用冷凍機(jī)組、末端風(fēng)機(jī)盤(pán)管模式， 加獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)?？照{(diào)負(fù)荷為季節(jié)性負(fù)荷，容量較大，故單獨(dú)為其設(shè)置專用變壓器。一方面在不使用空調(diào)的季節(jié)可以向供電部門(mén)報(bào)停相關(guān)變壓器，以減少相應(yīng)費(fèi)用和電能損耗。另一方面空調(diào)負(fù)荷容量較大，啟動(dòng)時(shí)會(huì)造成一定程度的電壓波動(dòng)，單獨(dú)設(shè)置變壓器可以避免對(duì)其他負(fù)荷造成影響。再者，設(shè)置專用變壓器使運(yùn)營(yíng)管理界面清晰。故,在五層屋面層設(shè)置6#制冷機(jī)房變電所專供購(gòu)物中心制冷設(shè)備供電，且在地下室設(shè)置一間高壓配電間用于3臺(tái)10kV高壓冷水機(jī)組配電。

(5)由于該工程裝機(jī)容量過(guò)大，設(shè)置一間開(kāi)閉所用于高壓計(jì)量及配電。

(6)各變電所均采用下出線方式，變電所內(nèi)均預(yù)留800mm厚的覆土，覆土完成面距梁底的凈高要求3.6m左右。另，為防止變電所水淹，變電所室內(nèi)地坪應(yīng)高于室外200mm左右，在變電所前期選址配合過(guò)程中，最好的方案是要求變電所區(qū)域能夠降板600mm，這樣回填800mm覆土后，室內(nèi)地坪剛好高于室外地坪200mm。

(7)確定變電所的面積時(shí)，除了考慮當(dāng)前變壓器及配電柜布置需要的面積，還要考慮后期容量及用電量擴(kuò)展所需要的面積，故，推薦單臺(tái)變壓器的變電所所需面積為100m2～150m2；兩臺(tái)變壓器所需面積為150m2～200m2；4臺(tái)變壓器所需面積為300m2～350m2。

該工程均選用SCB-10型干式變壓器，干式變壓器具有抗短路能力強(qiáng)、維護(hù)工作量小、運(yùn)行效率高、體積小、噪音低等優(yōu)點(diǎn), 常用于防火、防爆等性能要求高的場(chǎng)所。

綜合變壓器初期投資及變壓器損耗，變壓器負(fù)載率宜控制在70%～85%之間。由于該項(xiàng)目一、二級(jí)負(fù)荷較多，各變電所的變壓器應(yīng)成組設(shè)置，即設(shè)置2臺(tái)或4臺(tái)，低壓側(cè)設(shè)置母聯(lián)開(kāi)關(guān)。根據(jù)《全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施》2009版(電氣專業(yè))表2.7.6[5]各類建筑物的單位建筑面積用電指標(biāo)及業(yè)主其他商業(yè)地產(chǎn)項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)，該工程各變電所裝機(jī)容量計(jì)算如表1所示。

表1 方案設(shè)計(jì)階段電氣負(fù)荷估算表

4 變電所的選址

變電所的選址需滿足《20kV及以下變電所設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50053-2013)第2.0.1條規(guī)定，即變電所宜設(shè)置靠近負(fù)荷中心，方便進(jìn)出線，方便設(shè)備運(yùn)輸?shù)奈恢玫萚6]。故，在項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)過(guò)程中共提出了4種方案，各方案變電所設(shè)置的位置及優(yōu)缺點(diǎn)如下：

方案一：各變電所均設(shè)置在地下一層靠近各業(yè)態(tài)建筑附近。此方案的優(yōu)點(diǎn)是不占用地上的商鋪等商業(yè)價(jià)值更高的空間。由于地下室僅有地下一層，有被水淹的風(fēng)險(xiǎn)，且不滿足福建省閩政辦〔2016〕29號(hào)文中“新建住宅室外±0.00標(biāo)高低于城市防澇用地高程或當(dāng)?shù)貧v史最高水位的,其變配電站房、備用發(fā)電機(jī)用房、消控中心、開(kāi)關(guān)站、環(huán)網(wǎng)室等10千伏公共網(wǎng)絡(luò)干線節(jié)點(diǎn)設(shè)備應(yīng)設(shè)置在地面一層及一層以上，并高于當(dāng)?shù)胤罎秤玫馗叱獭?此條同樣適用于非住宅等民用建筑)的規(guī)定，故該方案被排除。

方案二：各變電所均設(shè)置在3#樓中間停車樓的一層。此方案的優(yōu)點(diǎn)是滿足防澇的相關(guān)要求，且不占用其他樓棟的商鋪面積。缺點(diǎn)是商業(yè)和超市變電所遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，低壓配電柜各出線回路至末端負(fù)荷的供電平均距離在150m左右，大大增加了電纜安裝的初期投資，且后期電纜的功率損耗很大，不能滿足經(jīng)濟(jì)與節(jié)能的要求；另外，所有變電所均集中設(shè)置在此區(qū)域，會(huì)導(dǎo)致后期該區(qū)域橋架管線過(guò)多，影響周邊的凈高。

方案三：1#，2#商業(yè)變電所設(shè)置在1#樓購(gòu)物中心二層兩側(cè)靠外墻處，其他變電所設(shè)置在3#中間停車樓的一層。此方案的優(yōu)點(diǎn)是滿足防澇的相關(guān)要求，只占用二層商業(yè)價(jià)值較低的空間，深入負(fù)荷中心。缺點(diǎn)是兩個(gè)商業(yè)變電所在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的噪音及后期維護(hù)時(shí)會(huì)影響該層其他商鋪的運(yùn)營(yíng)效果，超市變電所至地下一層超市(規(guī)劃在地下一層北側(cè))的距離仍然過(guò)遠(yuǎn)。

方案四：1#商業(yè)變電所、3#超市變電所、6#制冷機(jī)房變電所設(shè)置在1#樓購(gòu)物中心的五層西北側(cè)屋面，2#商業(yè)變電所設(shè)置在1#樓四層?xùn)|南側(cè)的屋面；開(kāi)閉所、4#金街變電所、5#辦公變電所、柴油發(fā)電機(jī)房設(shè)置在3#樓中間停車樓的一層。此方案的優(yōu)點(diǎn)是滿足防澇的相關(guān)要求，不占用商鋪面積，不影響購(gòu)物中心的運(yùn)營(yíng)環(huán)境，深入負(fù)荷中心。缺點(diǎn)是設(shè)置在1#樓屋面的4個(gè)變電所初期安裝及后期變壓器擴(kuò)容時(shí)設(shè)備的運(yùn)輸存在一定的難度，需在設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中考慮吊裝平臺(tái)及運(yùn)輸通道。

經(jīng)過(guò)業(yè)主和設(shè)計(jì)院的多輪討論，權(quán)衡利弊，最終選擇方案四，具體位置如圖1所示。

圖1 變電所位置示意圖

5 變壓器實(shí)際運(yùn)行情況分析

該項(xiàng)目已于2017年12月底開(kāi)業(yè)，筆者從業(yè)主商管運(yùn)營(yíng)處獲得2018年上半年的變壓器實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷率，具體詳表2。

表2 變壓器實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷率

根據(jù)表2可知，1TM1，1TM3，1TM4，6TM變壓器歷史峰值在42%～52%之間，與設(shè)計(jì)值有一定的偏差，1TM2，2TM1，2TM2變壓器歷史峰值均在28%～31%之間，與設(shè)計(jì)值偏差很大，分析主要原因如下：

(1)商場(chǎng)運(yùn)營(yíng)初期，商鋪開(kāi)鋪率較低，未達(dá)到全部營(yíng)業(yè)狀態(tài)。

(2)各臺(tái)變壓器除供商鋪用電外，其它負(fù)荷類型各不相同，導(dǎo)致變壓器初期的負(fù)載率各不相同。1TM1變壓器其它用電負(fù)荷為普通電梯、消防電梯、消防控制室、安防控制室、末端組合式空調(diào)機(jī)等用電，1TM3變壓器其它用電負(fù)荷為扶梯、影院放映設(shè)備、弱電機(jī)房等用電，1TM4變壓器其它用電負(fù)荷為影院照明、影院末端組合式空調(diào)機(jī)、商場(chǎng)LED屏幕、商場(chǎng)泛光照明等用電，此3臺(tái)變壓器的其他負(fù)荷屬于公共性質(zhì)用電，初期負(fù)載率受開(kāi)鋪率低影響較?。?TM2、2TM1變壓器其他用電負(fù)荷為屋面電動(dòng)葫蘆、室外廣場(chǎng)舉辦大型活動(dòng)、地下室照明、風(fēng)機(jī)等用電。由于物業(yè)出于省電考慮，地下室風(fēng)機(jī)開(kāi)啟率較低。故在實(shí)際設(shè)計(jì)中，此類負(fù)荷歸算到變電所低壓母線側(cè)的需要系數(shù)可進(jìn)一步降低；2TM2變壓器的其它用電負(fù)荷為地下室照明與風(fēng)機(jī)、預(yù)留充電樁等用電，除地下室風(fēng)機(jī)開(kāi)啟率低外，預(yù)留的充電樁暫未投入使用也是該臺(tái)變壓器初期負(fù)載率低的原因。另一個(gè)重要原因是餐飲商鋪面積占此臺(tái)變壓器供電商鋪總面積的55%，且部分商家提供的餐飲用電量偏大，該臺(tái)變壓器負(fù)載率與餐飲商鋪的營(yíng)業(yè)情況相關(guān)性較高。

(3)6#制冷變電所的負(fù)載率與設(shè)計(jì)值差距較小，隨著開(kāi)鋪率的進(jìn)一步提高，負(fù)載率應(yīng)該會(huì)上升。

隨著該商業(yè)綜合體項(xiàng)目旁邊住宅地塊的交付和入住，人氣的提升將帶來(lái)商場(chǎng)用電需求的提高，該工程的變壓器裝機(jī)容量能滿足近期正常運(yùn)行及未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)的用電需求。

6 結(jié)語(yǔ)

上述是筆者做商業(yè)綜合體項(xiàng)目的一些體會(huì)與心得，在商業(yè)綜合體初步設(shè)計(jì)階段的供電方案、變電所設(shè)置與選址、用電負(fù)荷估算、變壓器實(shí)際負(fù)載率分析等方面做一些技術(shù)探討，認(rèn)為電氣方案設(shè)計(jì)應(yīng)綜合分析經(jīng)濟(jì)性、業(yè)態(tài)需求、物管要求及相關(guān)政策法規(guī)、規(guī)程規(guī)范后擇優(yōu)確定。