本論文是對(duì)已完成的工程項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)以及對(duì)目前正在設(shè)計(jì)中的超高層項(xiàng)目在方案選擇時(shí)設(shè)計(jì)思路的分享，希望能為同行在做類(lèi)似超高層項(xiàng)目時(shí)提供有效借鑒?

01負(fù)荷分級(jí)

1.1

供配電系統(tǒng)特點(diǎn)

通常超高層建筑的供配電系統(tǒng)有以下特點(diǎn):

1. 建筑體量大?用電量大?供電半徑長(zhǎng)；

2. 至少需要2路市政獨(dú)立電源，甚至多路市政電源；

3. 建筑功能多樣，供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)需考慮滿(mǎn)足多個(gè)物業(yè)運(yùn)營(yíng)管理模式的需要；

4. 會(huì)設(shè)置多個(gè)變電所，以及出現(xiàn)變電所上樓的情況；

5. 需考慮備用電源和應(yīng)急電源的設(shè)置。

1.2

用電負(fù)荷分級(jí)

超高層建筑的供電負(fù)荷等級(jí)應(yīng)為一級(jí)，對(duì)于建筑內(nèi)的消防、安防用電負(fù)荷?計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、保障建筑正常運(yùn)營(yíng)的重要設(shè)備、重要場(chǎng)所中不允許中斷供電的負(fù)荷等應(yīng)作為一級(jí)負(fù)荷中的特別重要負(fù)荷。表1列舉了超高層建筑主要用電負(fù)荷分級(jí)。

對(duì)于超高層建筑一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷，電氣設(shè)計(jì)師應(yīng)該考慮設(shè)置應(yīng)急電源，當(dāng)超高層建筑為四級(jí)及以上酒店或者大型商業(yè)時(shí)，會(huì)有一部分負(fù)荷在酒店管理公司或者商業(yè)顧問(wèn)提供的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中被列為保障性負(fù)荷，對(duì)于這部分負(fù)荷，也應(yīng)該考慮設(shè)置備用電源。

因此，在進(jìn)行超高層建筑供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，除雙重市政電源外，需要選擇獨(dú)立于正常電源的柴油發(fā)電機(jī)組作為是備用電源及應(yīng)急電源。

02變壓器容量指標(biāo)

超高層變壓器容量指標(biāo)與建筑功能?建筑面積?建筑高度和附屬功能等因素有關(guān)。表2歸納總結(jié)了筆者所在單位已經(jīng)完成設(shè)計(jì)和正在設(shè)計(jì)中的若干超高層建筑的變壓器容量指標(biāo)。

03變電所的設(shè)置

3.1

變電所設(shè)置基本原則

在進(jìn)行超高層建筑變電所位置和數(shù)量的選擇時(shí)，筆者認(rèn)為，應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)基本原則。

1. 根據(jù)負(fù)荷容量和分布，使變電所及變壓器靠近建筑物用電負(fù)荷中心。

2. 應(yīng)該考慮低壓供電半徑的限制。

3. 根據(jù)功能分區(qū)的要求設(shè)置變配電所，可考慮按照地下室?裙房商業(yè)?辦公層?酒店層?住宅(公寓)層設(shè)置。

4. 根據(jù)物業(yè)業(yè)態(tài)設(shè)置變配電所，比如出租/出售情況?不同業(yè)態(tài)的計(jì)費(fèi)方式及后期物業(yè)管理分區(qū)等幾個(gè)方面的情況考慮變配電所的數(shù)量。

5. 根據(jù)負(fù)荷性質(zhì)設(shè)置變配電所，比如制冷機(jī)房設(shè)置專(zhuān)用變壓器或者變電室等。

3.2

避難層設(shè)置變電所

由于超限高層建筑的供電半徑長(zhǎng)，為降低電壓降和電能損耗?減少電氣豎井面積，變配電所設(shè)置需深入負(fù)荷中心，會(huì)出現(xiàn)塔樓高區(qū)設(shè)置分變配電所的情況，而且分變電所通常設(shè)置在避難層。

在避難層設(shè)置變電所應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題：

1. 應(yīng)考慮設(shè)備對(duì)樓板荷載的影響；

2. 應(yīng)考慮預(yù)留變壓器的水平運(yùn)輸通道和垂直運(yùn)輸通道；

3. 可采用大載重量的貨梯運(yùn)輸或者電梯井道運(yùn)輸；

4. 采用電梯作為設(shè)備運(yùn)輸方式時(shí)，電梯的載重應(yīng)大于變壓器的重量；

5. 單臺(tái)變壓器的容量不宜超過(guò)1250kVA。

表3為某品牌變壓器SCB11系列變壓器的相關(guān)參數(shù)，從表中數(shù)據(jù)中可以看出，1250kVA變壓器帶外殼的重量約為3.3t，普通1.6t或者2.0t的客梯不能滿(mǎn)足設(shè)備運(yùn)輸需要，如果采用電梯進(jìn)行設(shè)備運(yùn)輸，需考慮設(shè)置至少3.5t的貨梯進(jìn)行運(yùn)輸，且超過(guò)1250kVA的變壓器會(huì)給設(shè)備運(yùn)輸帶來(lái)更大困難。

3.3

工程實(shí)例

該項(xiàng)目為大型商業(yè)綜合體，總建筑面積為356557，其中地上建筑面積230489，地下建筑面積126068。建筑主要功能為大型商業(yè)?辦公?公寓及五星酒店，地上47層?地下2層，建筑高度200m(屋頂機(jī)房女兒墻高度)，一類(lèi)高層建筑，建筑耐火等級(jí)為一級(jí)。

對(duì)于200m的超高層建筑，在進(jìn)行變電所設(shè)計(jì)時(shí)通常會(huì)糾結(jié)是否要在避難層設(shè)置分變電所，對(duì)于本項(xiàng)目，筆者所在單位進(jìn)行了兩個(gè)方案的對(duì)比。

1）方案1

根據(jù)物業(yè)管理的需要酒店和辦公分設(shè)變電所，該方案酒店變電所和辦公變電所均設(shè)于地下二層，在避難層不設(shè)置分變電所(圖3)。裝機(jī)容量分別為：酒店變電所2×2000kVA+2×1600kVA，辦公變電所2×1000kVA。酒店用柴發(fā)機(jī)房設(shè)置在地下二層。

2）方案2

根據(jù)物業(yè)管理的需要酒店和辦公分設(shè)變電所，該方案酒店總變電所和辦公變電所均設(shè)于地下二層，在19層避難層設(shè)置酒店分變電所(圖4)。裝機(jī)容量分別為：酒店總變電所2×2000kVA+2×1600kVA，酒店分變電所4×800kVA，辦公變電所2×1000kVA。酒店用柴發(fā)機(jī)房設(shè)置在地下二層。

對(duì)于兩個(gè)方案，筆者分別從技術(shù)?經(jīng)濟(jì)角度進(jìn)行了比對(duì)。

在經(jīng)濟(jì)性方面，由表5可知：

方案1的高壓電纜造價(jià)較低?低壓電纜或母線槽造價(jià)較高，能耗主要來(lái)自低壓電纜?母線槽及變壓器等設(shè)備，線路能耗較高；

方案2的高壓電纜造價(jià)較高?低壓電纜或母線槽造價(jià)較低，能耗主要來(lái)自于高壓電纜?變壓器等設(shè)備，線路能耗較低。

因此，可以明顯看出，方案2的經(jīng)濟(jì)性?xún)?yōu)于方案1，即使僅對(duì)比一次性投資，方案2也較方案1節(jié)省投資造價(jià)258萬(wàn)元。

在技術(shù)性方面，筆者從技術(shù)角度和日常運(yùn)維?故障搶修等要點(diǎn)展開(kāi)了比對(duì)，具體參見(jiàn)表6。

從表6來(lái)看，方案一需要進(jìn)行電壓降校驗(yàn)，校驗(yàn)后會(huì)存在部分電纜增加截面的可能性，也會(huì)進(jìn)一步帶來(lái)投資造價(jià)和運(yùn)維成本的增加；但是，在運(yùn)維方面，方案一比方案二的便捷性更好，搶修及設(shè)備更換難度也比較低。

綜合考慮兩個(gè)方案的技術(shù)性及經(jīng)濟(jì)性，筆者所在單位在這個(gè)項(xiàng)目中采用了方案二作為實(shí)施方案。通過(guò)工程實(shí)例二，對(duì)超高層建筑樓上是否設(shè)置變電所可以得出一個(gè)經(jīng)驗(yàn)性結(jié)論，如表7所示。

04供配電系統(tǒng)方案的基本原則

在確定超高層建筑供配電系統(tǒng)方案時(shí)，通常要注意以下幾點(diǎn)基本原則：

1. 超高層建筑的高壓供配電系統(tǒng)宜采用主變電所—分變電所結(jié)構(gòu)；

2. 主變電所采用單母線分段的主接線形式，放射方式引至分變電所；

3. 高壓系統(tǒng)的配電級(jí)數(shù)不宜多于兩級(jí)；

4. 充分了解當(dāng)?shù)厥姓娫辞闆r及供電部門(mén)的規(guī)定，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行項(xiàng)目的供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

05豎向配電干線系統(tǒng)

對(duì)于超高層建筑的豎向配電干線系統(tǒng)，根據(jù)筆者過(guò)往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，本文總結(jié)了以下幾點(diǎn)需要注意的要點(diǎn)。

1. 在避難層設(shè)置分變電所時(shí)，高壓線路宜設(shè)置獨(dú)立的豎井。

2. 普通線纜和應(yīng)急線纜應(yīng)分線槽敷設(shè)，有條件時(shí)，將普通線槽和應(yīng)急線槽分豎井敷設(shè)。

3. 雙電源供電的兩根電纜宜分設(shè)在兩個(gè)線槽內(nèi)。

4. 各避難層的交直流電源，應(yīng)按避難層分別供給，并在末端互投。

5. 配電干線應(yīng)按避難層劃分供電區(qū)域，同一干線不應(yīng)跨避難層，帶兩個(gè)區(qū)域單元的用電負(fù)荷。

6. 豎向配電干線采用母線槽時(shí)，要注意超高層建筑物在搖擺時(shí)可能會(huì)對(duì)銅母線槽接駁組件位置產(chǎn)生拉扯壓力，此時(shí)可考慮采用電纜連接銅母線槽配電的方式，以減少故障發(fā)生?增加干線系統(tǒng)供電可靠性。

7. 超高層建筑處于地震烈度較高的地區(qū)時(shí)，豎向配電干線宜考慮采用電纜供電，電纜在抗震方面的安全性高于密集型母線槽。

8. 為了提高供電可靠性，超高層建筑中可考慮采用雙母線奇偶層供電方式，并在備用母線上預(yù)留插接口。

9. 建筑中的電纜豎井宜按避難層上下錯(cuò)位設(shè)置，有條件時(shí)豎井之間的水平距離至少相隔一個(gè)防火分區(qū)。

10. 在超高層建筑的線纜選型時(shí)，普通設(shè)備的配電干線應(yīng)為阻燃低煙無(wú)鹵交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜，消防設(shè)備的配電干線應(yīng)采用礦物絕緣電纜。

06結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合工程實(shí)例從負(fù)荷分級(jí)?變壓器容量指標(biāo)?變電所設(shè)置?供配電系統(tǒng)方案選擇?豎向配電干線等方面對(duì)超高層建筑的供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了闡述，文中的結(jié)論和觀點(diǎn)僅供同行參考。