湘能高级工程师高凤国揭秘：某大型商场供配电系统设计及应用

1 商场概况

　　该工程为大型商场，由湘能楚天电力集团总包建设该商场的供配电系统，为保护客户隐私，本文中将该商场名称隐去。

　　该商场有A1、A2两个地块组成，每个地块-1F使用功能为地下停车场、水暖设备用房、柴油发电机及配电间，2F～4F使用功能为电影院、餐饮用房、商业用房及零售用房。A1地块建筑面积为110000m2，包括售楼中心、-1F停车场、奥特莱斯商业及餐饮、游乐场、酒店等。A2地块建筑面积约为100000m2，包括-1F停车场、地上S1部分和S2部分，包括餐饮、零售、商业和电影院等使用功能。S2部分由多个独立的四层以下单体，上面加一个屋面，构成一个完整的建筑物。

　　2 供电电源的确定

　　该工程属于大型商场，根据JGJ 16-2008《民用建筑电气设计规范》，大型商场及超市的经营管理用计算机系统用电属于一级负荷重特别重要负荷，大型商场及超市营业厅的备用照明用电属于一级负荷，大型商场及超市的自动扶梯、空调用电属于二级负荷。该工程建设单位只能提供一路10kV市政电源，需设柴油发电机作为一、二级负荷备用电源。

　　根据JGJ 16-2008《民用建筑电气设计规范》第6.1.2条第2款，在方案及初步设计阶段，柴油发电机容量可按配电变压器总容量的10%～20%进行估算。在施工图设计阶段，可根据一级负荷、消防负荷以及某些重要二级负荷的容量，按下列方法计算的最大容量确定。

　　1)按稳定负荷计算发电机容量。

　　2)按最大的单台电动机或成组电动机起动的需要，计算发电机容量。

　　3)按起动发动机时，发电机母线允许电压降计算发电机容量。

　　根据以上计算，一般来讲，柴油发电机容量应按第(1)款，按照该工程消防负荷与临时停电时，满足重要负荷和餐饮及商铺照明用电负荷大者选取总负荷容量进行计算。

　　3 柴油发电机电源与市电供电的配合

　　考虑到该工程的餐饮及商铺照明负荷属于三极负荷，临时停电会有应急照明和疏散指示照明启动，并不会造成重大影响。因此选用两路电源保障，一回路线路供电方案。供电方案如图1，该系统方案由一路10kV高压电源同时供电，单母线分段运行，两台变压器互为备用，柴油发电机作为第二电源。具体运行方式如下：

　　1)正常情况下，QS1、QF1、QS2、QF2、QF7、QF8、QF9、QF10、QF11皆处于合闸;

　　2)QF3、QF4、QF5分闸;

　　3)当市电变压器TM1和TM2一路故障或检修停电时，可合QF4，此时由单一变压器暂时供电，但一般负荷应停止供电，以免变压器过分超载;

　　4)当市电失电后，两台变压器电源皆失电后，应急柴油发电机组在15～30S内向应急母线段供电，此时在确认QF1、QF2断开后，QF5投入工作，QF6亦可合闸，两个重要负荷母线段，分别向重要负荷供电，保证了两个线路直供至负荷末端;

　　5)市电恢复后，QF4分闸，QF3先断开，然后QF1、QF2投入工作;

　　6)QS1、QS2、QS3三组隔离开关，仅供QF1、QF2、QF5检修时起到隔离作用。

图1

　　4 供电电源位置的设置

　　4.1 开闭所和中心变电所配电系统

　　开闭所建在城市主要道路的路口附近、负荷中心区和两座高压变电站之间，汇集若干条变电站10kV出线作为电源，以相同电压等级向用户供电的开关设备的集合，并且具有出线保护，主要起转输左右。在大型商场只需供电部门提供一路10kV进线，且经两台10kV/0.4kV变压器降压到商场使用。为保证进线电源的有效供电，在开闭所内部，高压配电柜采用SF6绝缘紧凑开关柜，进线开关采用真空开关，10kV进线柜和出线柜上配湘能楚天电力集团旗下湖南楚天电气工业股份有限公司的进线保护装置，具有三段式过流保护、两段零序过流保护、过负荷保护。

　　中心配变电所深入负荷中心，所内有起开闭和分配电能作用的高压配电装置，将若干条10kV出线电压分别送至其他变电所，且母线上可设置变压器，为临近建筑物提供电压供电电源。本商场项目中心配电所进线10kV配出，通过变压器编程交流0.4/0.23kV低压配出，在高压侧有计量。在10kV变压器出线柜上配变压器保护装置，具有变压器高温报警、变压器超温跳闸、电流速断保护、定时限过流保护、零序过流保护。

表1 开闭所和中心配电所二次设备

开关柜类型	产品名称	具备功能
进线柜/出线柜	线路保护装置	电流速断保护、两段定时限过流保护、两段零序定时限保护
变压器出线柜	变压器保护装置	电流速断保护、定时限过流保护、变压器高温报警、超温跳闸、零序过流保护
高压柜	开关柜综合测控装置	一次模拟图动态显示、温湿度测量与控制、高压带电指示、语音报警

　　4.2 供电半径

　　供电半径就是从电源点开始到其供电的最远负荷点之间的线路的距离，指供电线路物理距离，而不是空间距离。低压供电半径指从配电变压器到最远负荷点的线路的距离。供电半径取决于以下两个因素的影响：1)电压等级(电压等级越高，供电半径相对越大);2)用户终端密集度(即电力负载越多，供电半径越小)。

　　根据《全国民用建筑工程设计技术措施——电气》2009年版规定，低压线路的供电半径应根据具体供电条件，干线一般不超过250m，当供电容量超过500kW，供电距离超过250m时，应考虑增设变电所。由于本项目为自维用电，根据国家标准图04DX101-1《建筑电气常用数据》表3.6电力线路合理输送功率和距离，供电半径按照250m设计。

　　4.3 中心变配电所的位置

　　根据JGJ 16-2008《民用建筑电气设计规范》第4.2.2条，配变电所可设置在建筑物的地下层，但不宜设置在最底层。配变电所设置在建筑物地下层时，应根据环境要求加设机械通风、去湿设备等。从中心变电所引至本地块其他分变电所可采取以下几种方式。

　　1)屋面上线槽敷设。

　　2)屋面下线槽敷设。

　　3)10kV电缆引至中心变电所，再沿电气竖井引至室外，从室外再通过分变电所下面的电气竖井引至各分变电所。

　　5 低压配电方案

　　5.1 柴油发电机的合理配电

　　根据建设单位提出的要求，本商场项目工程的餐饮和商铺的照明在市电检修或失电的情况下要求能保证正常经验，所以柴油发电机除作为消防负荷的供电之外，也负责为临时停电时餐饮和商铺照明提供供电。供电方案如图2给出。本方案考虑消防负荷与应急负荷或备用负荷分别采用不同低压母线段供电，非消防供电母线不会对消防供电母线干扰，消防负荷与保障负荷总断路器不同时合闸。

图2

　　5.2 消防负荷与非消防负荷的低压配电

　　由于本工程性质为商场，为人员密集场所。根据近年来许多建筑物在发生火灾时，虽然城市电网有电，但是供配电系统的主断路器合不上闸，导致消防设备不能启动灭火。在发生火灾时，由于切除非消防电源不准确或低压配出回路的断路器上、下级保护配合不好，许多普通配电线路因消防水四溢，导致配电线路短路或过载，引起配电系统越级跳闸。消防负荷因此失去工作电源而不能启动，延误了最佳灭火时间。大多是消防负荷与普通负荷共用同一进线断路器或同一低压母线段。