某倉(cāng)儲(chǔ)建筑變配電設(shè)計(jì)探討

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

【關(guān)鍵詞】倉(cāng)儲(chǔ)建筑；負(fù)荷分級(jí)；負(fù)荷估算；變電站設(shè)置；供電方案；無(wú)功補(bǔ)償；諧波治理

1、項(xiàng)目概況

本項(xiàng)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(guó)家會(huì)展中心的最佳位置。由10棟高層倉(cāng)儲(chǔ)（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(cāng)儲(chǔ)建筑有7棟，7層的倉(cāng)儲(chǔ)建筑有3棟，均為倉(cāng)儲(chǔ)（丙類二項(xiàng)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(chǎng)等功能。2#地下車(chē)庫(kù)共2層，包含停車(chē)裝卸區(qū)、機(jī)動(dòng)車(chē)停車(chē)庫(kù)、泳池及其配套用房、廚房和設(shè)備用房。總建筑面積約為171068㎡。地上計(jì)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(xiàng)目總平面圖如圖1所示。

2、設(shè)計(jì)目標(biāo)

立足虹橋商務(wù)區(qū)，輻射長(zhǎng)三角經(jīng)濟(jì)圈，打造面向上海未來(lái)西部中心，連接蘇杭寧，形成多向輻射的集商務(wù)、貨運(yùn)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(fù)荷級(jí)別

用電負(fù)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(jí)負(fù)荷、二級(jí)負(fù)荷以及三級(jí)負(fù)荷。在一級(jí)負(fù)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(fù)荷，以及特別重要場(chǎng)所的不允許中斷供電的負(fù)荷，應(yīng)為特別重要的負(fù)荷[1]。本項(xiàng)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(wú)易燃、易爆危險(xiǎn)品。地下車(chē)庫(kù)為I類車(chē)庫(kù)。其消防用電設(shè)備、應(yīng)急照明等用電屬一級(jí)負(fù)荷，走道照明、值班照明、無(wú)障礙照明用電、主要業(yè)務(wù)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)用電、安防系統(tǒng)用電、電子信息設(shè)備機(jī)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(jí)負(fù)荷考慮；其余為三級(jí)負(fù)荷。

4、負(fù)荷估算

負(fù)荷估算的目的是獲得供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需的各項(xiàng)負(fù)荷數(shù)據(jù)，用以選擇和校驗(yàn)導(dǎo)體、電器、設(shè)備、保護(hù)裝置和補(bǔ)償裝置，計(jì)算電壓降、電壓偏差、電壓波動(dòng)等[2]。本項(xiàng)目主要為倉(cāng)儲(chǔ)建筑，后期特殊的動(dòng)力設(shè)備較多且功能復(fù)雜，負(fù)荷估算應(yīng)考慮如下因素：

1.滿足現(xiàn)階段整個(gè)園區(qū)的各個(gè)時(shí)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(kuò)容，并考慮工程造價(jià)的因素，容量不宜過(guò)大或過(guò)小。

本項(xiàng)目負(fù)荷計(jì)算采用分類統(tǒng)計(jì)的方法，對(duì)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(biāo)。如對(duì)高層倉(cāng)儲(chǔ)建筑，主要負(fù)荷為照明及搬運(yùn)、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(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50034-2013的相關(guān)要求，取目標(biāo)值按單位面積法計(jì)算。工藝設(shè)備參考《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第四版）的相關(guān)表格及負(fù)荷指標(biāo)來(lái)取值，同時(shí)根據(jù)業(yè)主提供的工藝設(shè)備的資料，對(duì)負(fù)荷指標(biāo)進(jìn)行了修正。對(duì)多層配套建筑，主要負(fù)荷為照明和空調(diào)，單位面積負(fù)荷指標(biāo)參考《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第四版）的相關(guān)表格來(lái)取值。地下車(chē)庫(kù)的主要負(fù)荷為照明、水泵、通風(fēng)設(shè)備及叉車(chē)充電樁、電動(dòng)汽車(chē)充電樁等，用電負(fù)荷采用綜合單位指標(biāo)法計(jì)算。本項(xiàng)目變壓器的配置容量詳表1。

根據(jù)建設(shè)方提資及負(fù)荷計(jì)算的結(jié)果，本項(xiàng)目需變壓器的裝機(jī)容量為16646KVA，變壓器的實(shí)際裝機(jī)容量為17900KVA。

5、供電電源

本項(xiàng)目電力的最高負(fù)荷等級(jí)為一級(jí)，無(wú)一級(jí)負(fù)荷中特別重要負(fù)荷。經(jīng)與業(yè)主設(shè)計(jì)部及當(dāng)?shù)毓╇姽镜臏贤ǎ_認(rèn)本項(xiàng)目由市政提供兩路獨(dú)立的10KV電源，不設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)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(fù)荷中心；2.進(jìn)出線方便；3.設(shè)備吊裝、運(yùn)輸方便；4.不應(yīng)設(shè)在有劇烈震動(dòng)或有爆炸危險(xiǎn)介質(zhì)的場(chǎng)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(duì)本項(xiàng)目建筑的分布特點(diǎn)及對(duì)各建筑的用電情況分析，確定10KV開(kāi)關(guān)站，變配電站的布置位置如下：1.10KV開(kāi)關(guān)站設(shè)置在16#樓一層。2.10KV變配電站共3個(gè)，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(tái)1600KVA及2臺(tái)1250KVA變壓器，供11#樓，12#樓，16#樓及就近的地下車(chē)庫(kù)。02#變電站內(nèi)設(shè)4臺(tái)1250KVA變壓器，供13#樓，17#樓，18#樓，21-1#樓，21-2#樓及就近的地下車(chē)庫(kù)。03#變電站內(nèi)設(shè)2臺(tái)1600KVA及2臺(tái)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(chē)庫(kù)。

7、供電方案

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

8、無(wú)功功率補(bǔ)償

10（6）KV及以下無(wú)功補(bǔ)償宜在配電變壓器低壓側(cè)集中補(bǔ)償，且功率因素不宜低于0.9[1]。供電公司對(duì)本項(xiàng)目方案批復(fù)的要求為電網(wǎng)高峰負(fù)荷時(shí)用電設(shè)備功率因素應(yīng)不小于0.95。因此本項(xiàng)目采用低壓集中補(bǔ)償?shù)姆桨福诘蛪簜?cè)設(shè)功率因素自動(dòng)補(bǔ)償裝置，該裝置可按無(wú)功需要自動(dòng)投切，確保補(bǔ)償后的功率因素不小于0.95。各變壓器具體的無(wú)功補(bǔ)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(yùn)行，其電壓、電流波形實(shí)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(duì)周期性交流量進(jìn)行傅里葉級(jí)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(guò)大時(shí)，會(huì)造成危險(xiǎn)的過(guò)電壓或過(guò)電流，還會(huì)對(duì)電機(jī)、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(duì)該項(xiàng)目的批復(fù)要求為，當(dāng)客戶有非線性負(fù)荷設(shè)備接入電網(wǎng)時(shí)，電能質(zhì)量須達(dá)到要求。本項(xiàng)目包含電梯，變頻風(fēng)機(jī)、水泵，UPS，電動(dòng)汽車(chē)充電樁以及搬運(yùn)、傳送等工藝設(shè)備，必須采用合理的諧波治理方案。針對(duì)本項(xiàng)目非線性設(shè)備電氣設(shè)備的運(yùn)行特點(diǎn)，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(jí)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(yùn)行情況按需設(shè)置APF。

結(jié)語(yǔ)：

以上是筆者在上海虹橋商務(wù)區(qū)某倉(cāng)儲(chǔ)項(xiàng)目變配電設(shè)計(jì)上的一些體會(huì)。該項(xiàng)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(duì)同類項(xiàng)目的操作經(jīng)驗(yàn)非常豐富，對(duì)建筑的層高等有著較為詳細(xì)的設(shè)計(jì)要求。因此本項(xiàng)目對(duì)于變電站的選址、設(shè)備布置以及線路敷設(shè)等都帶來(lái)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(jì)思路，考慮欠妥之處還望同行批評(píng)指正。

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作者簡(jiǎn)介：

張杰，上海瀚聯(lián)建筑設(shè)計(jì)咨詢有限公司，上海。