丑凤麟：某超高层建筑供配电系统设计探讨

某超高层公共建筑位于大连市东港商务区，总建筑面积157 616 m ² ，地上总建筑面积为117 920 m ² ，地下总建筑面积为39 696 m ² ，主要包括办公、商业、餐饮、银行等业态。建筑高度245.8 m，地上共55层，1 ~ 4层为办公大堂、商业、银行、餐饮，5 ~ 11层为租赁办公，13 ~ 22层及24 ~ 33层为出售办公，35 ~ 44层为租赁办公，46 ~ 54层为业主自持办公，12F、23F、34F、45F为避难层，地下共3层，为机动车停车库及设备用房。该超高层公共建筑属于一类高层，耐火等级一级。

> > > >    负荷分级

依据相关国家规范要求，本工程负荷分级如下。

一级负荷中的特别重要负荷：消防水泵、消防电梯、消防风机、消防控制中心、火灾自动报警系统、电动防火卷帘、消防应急照明及疏散指示系统等消防设备用电；大型银行营业厅备用照明、主要业务和计算机系统、安防系统、电子信息设备机房、航空障碍照明、银行数据机房用电、金库用电。

一级负荷：走道照明、客梯、排污泵、生活水泵用电、重要办公室、确保一级负荷中的特别重要负荷正常运行的空调用电；银行营业厅门厅照明、安全照明用电、事故风机、机械停车用电、擦窗机、24 h冷却水相关设备等。

二级负荷：汽车库备用照明、换热机房。

三级负荷：除一、二级负荷以外的其它负荷。

> > > >    供电电源

市政电源供电电压等级为10 kV，采用10 kV电缆埋地引入本工程。

经与当地电力部门沟通确定供电方案，本工程分别从66 kV春华变电站和66 kV东海变电站各引入一路电源，作为本工程的双重电源（两路相互独立的10 kV电源）至地下一层的高压中心配电室。两路10 kV电源同时工作，互为备用，当一路发生故障时，另一路供电容量不低于工程总容量的50 %，能承担本工程全部的一、二级负荷。

> > > >   自备电源

结合过往工程案例经验和本工程计算，建筑高度小于250 m时，可选用0.4 kV柴油发电机，本工程选用2台0.4 kV柴油发电机组（常载），单台功率为800 kW，并机运行，作为自备电源。预留1台专用0.4 kV柴油发电机组（常载），功率为400 kW，作为银行数据中心的自备电源。

> > > >    变配电所及变压器配置

依据业主提供的机电设计指引标准以及相关国家规范要求，本工程总建筑面积157 616 m ² ，负荷估算总容量10 565 kVA，变压器装机容量12 900 kVA，变压器负荷指标81.4 VA / m ² 。

本工程变配电所的选址以深入或接近负荷中心为原则，结合工程功能划分，从接近电源侧，方便出线及设备垂直运输的角度出发，分别设置10 kV高压中心配电室、地下及低区变配电所、制冷机房变配电所以及高区变配电所各一处。其中10 kV高压中心配电室与地下及低区变配电所贴临设置在地下一层，地下及低区变配电所内设4台1 600 kVA干式变压器，为地下室、商业、银行、23F及以下出租办公负荷供电；制冷机房变配电所同样设置在地下一层，内设2台1 250 kVA干式变压器，为制冷机房供电。各变配电所内变压器的高压电源均由10 kV高压中心配电室的高压配电柜放射式配电引出。

为寻求高区变配电所的最优设置方案，本文将对高区变配电所的变压器设置以及所在楼层的选择进行多方面的综合分析比较，进而得出结论。

> > > >   高区变配电所设置方案

> >   方案一

高区变配电所设置在34F，内设4台1 000 kVA变压器，低压供电范围向上至停机坪，向下至24F，消防负荷及重要负荷由其中两台1 000 kVA变压器分别集中供电，柴油发电机备用电源分别引自柴油发电机房的重要负荷回路及消防负荷回路，地下及低区变配电所供电范围向上至23F,具体供电范围示意详见图1。

> >   方案二

将高区变配电所拆分为中区及高区变配电所，分别设置在34F、45F，各变配电所内分别设2台800 kVA变压器，中区变配电所低压供电范围向上至44F，高区变配电所低压供电范围向上至停机坪，低区变配电所的低压供电范围向上延伸，消防负荷及重要负荷按各变配电所供电范围分别供电，柴油发电机备用电源分别引自柴油发电机房的重要负荷回路及消防负荷回路，各需两条回路。因中、高区变配电所的供电范围均向上供电，所以地下及低区变配电所变压器容量及供电范围增加，内设2台1 600 kVA变压器、2台2 000 kVA变压器，向上供电至33F，具体供电范围示意详见图2。

> >   方案三

将高区变配电所拆分为中区及高区变配电所，分别设置在34F、45F，中区变配电所内设2台1 250 kVA变压器，高区变配电所内设2台800 kVA变压器，中区变配电所低压供电范围向上至44F，向下至24F,高区变配电所低压供电范围向上至停机坪，消防负荷及重要负荷按各变配电所供电范围分别供电，柴油发电机备用电源分别引自柴油发电机房的重要负荷回路及消防负荷回路，各需两条回路。地下及低区变配电所变压器容量及供电范围与方案一相同，本项目总装容量增加，共需13 000 kVA，具体供电范围示意详见图3。

> > > >    高区变配电所设置方案对比

> >   高压馈线、低压馈线及柴油发电机母线的比较

方案一：高压馈线由地下二层经核心筒内高压电缆井敷设至34F，供电距离约200 m；低压馈线由34F敷设至末端，最远供电距离约为120 m，低压馈线范围为24F ~ 屋顶；柴油发电机母线由地下一层经核心筒内高压电缆井敷设至34F，供电最远距离约200 m。

方案二：高压馈线由地下二层经核心筒内高压电缆井分别敷设至34F及45F，供电距离约250 m，低压馈线分别由34F、45F敷设至末端，最远供电距离约为70 m，低压馈线范围为34F ~ 屋顶，柴油发电机母线由地下一层经核心筒内高压电缆井分别敷设至34F及45F，供电最远距离约250 m。

方案三：与方案二差别不大，但低压馈线范围为24F ~ 屋顶。

结论：高压馈线、柴油发电机母线使用长度方面，方案一 ＜ 方案二 ＜ 方案三；低压馈线使用长度方面，方案二 ＜ 方案三 ＜ 方案一。

> >   机房管井占用建筑面积的比较

方案一：高区变配电所建筑面积300 m ² ，地上（共55层）电气竖井建筑面积955 m ² ，总需求建筑面积1 255 m ² 。

方案二：高区变配电所分两处设置，每处各需200 m ² ，总建筑面积400 m ² ，地上（共55层）电气竖井建筑面积983 m ² ，总需求建筑面积1 383 m ² 。

方案三：与方案二基本一致。

结论：当高区变配电所内变压器相对集中放置时，可以节约在设备层使用的建筑面积，并能给其他专业带来相对更为合理的机房布置方案，总需求建筑面积方面，方案一 ＜ 方案二 ≈ 方案三。

> >   投资成本及维护管理的比较

主要投资成本比较如表1所示。

结论：投资成本方面，方案二 ＜ 方案一 ＜ 方案三；维护管理方面，方案一比方案二、方案三，高区变配电所的设置相对集中，便于日后的维护管理，缺点在于该方案的配电系统需反向供电，最大供电半径约50 m。

> >   综合比较

从以上分析可以看出，以千万级为单位进行统计时，方案一较方案二、方案三的期初投资差别不大，然而在后期维护管理方面，方案一最为便捷。此外，方案一电气竖向管井及高区变配电所的建筑面积都最为经济，能够最大限度地提升建筑物的使用效率。而且高压馈线及母线的使用上也最为经济，能够极大地降低电能损耗。虽然方案一的低压馈线长度较方案二、方案三有所增加，但供电半径及电压降经过计算也都在规范允许的范围内，综上，方案一最为合理。

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