超高層住宅建筑配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

寇 佩

(中國(guó)中建設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，北京 100037)

0 概況

如今國(guó)內(nèi)超高層項(xiàng)目越來(lái)越多，對(duì)電氣設(shè)計(jì)也提出了更高的要求。本文以筆者參與的某超高層項(xiàng)目為例，探討了超高層建筑配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括供電方案比選、負(fù)荷計(jì)算、柴油發(fā)電機(jī)容量的確定，以及配變電所位置的選取等內(nèi)容，以供同行設(shè)計(jì)師參考。

案例選取深圳某超高層住宅項(xiàng)目進(jìn)行分析。以某一個(gè)地塊為例，共計(jì)6棟樓，建筑高度150m，層數(shù)51層。標(biāo)準(zhǔn)層戶(hù)數(shù)有8戶(hù)、10戶(hù)、12戶(hù)。一層為架空層，十七和三十四層為避難層，地下室為地下七層，項(xiàng)目總用地面積35 749m2，總建筑面積378 426.88m2。

1 供配電系統(tǒng)

1.1 負(fù)荷等級(jí)

一般來(lái)說(shuō)，在超高層住宅中，負(fù)荷等級(jí)的劃分可參照表1。

1.2 電源情況

根據(jù)深圳電網(wǎng)用戶(hù)接入要求，采用三供一備(10kV目標(biāo)網(wǎng)架)方案(圖1)，四回配電線路通過(guò)主干線路末端的環(huán)網(wǎng)(聯(lián)絡(luò))開(kāi)關(guān)聯(lián)絡(luò)，其中三回線路按額定負(fù)荷正常運(yùn)行，另有一回作為備用的空載線路。當(dāng)其中一回運(yùn)行線路檢修或故障時(shí)，其負(fù)荷可全部或部分轉(zhuǎn)由備用線路供電的接線方式。

負(fù)荷等級(jí)表 表1

圖1 配電回路圖

變電站每條10kV出線規(guī)劃容量最大值為：(1)300mm2電纜或185mm2架空線：工業(yè)用戶(hù) 10 000kVA，辦公12 000 kVA，居民15 000kVA。(2)400mm2電纜或240mm2架空線：工業(yè)用戶(hù) 13 000kVA，辦公15 000 kVA，居民18 000kVA。同一條線路不同性質(zhì)用戶(hù)按相應(yīng)比例計(jì)算。

居住區(qū)配變電所由上級(jí)公用房引來(lái)10kV電源，分為公用配變電所和專(zhuān)用配變電所。前者指由電力經(jīng)營(yíng)企業(yè)運(yùn)行維護(hù)，為居民小區(qū)用電和非住宅用戶(hù)用電設(shè)備總?cè)萘啃∮?00kW(參考深圳供電局業(yè)擴(kuò)工作管理規(guī)定)的配變電所；后者為住宅配套公建供電的配變電所。公用房包含開(kāi)關(guān)設(shè)備，但是沒(méi)有電力變壓器的變電站，產(chǎn)權(quán)歸供電局。

圖2 高壓供電圖

根據(jù)上述供電部門(mén)提供的供電方案及其發(fā)展規(guī)劃，確定本工程的外部電源為10kV外網(wǎng)，三用一備形式，提供給本項(xiàng)目的僅為1路市政10kV環(huán)網(wǎng)電源。由于本工程為超高層住宅一級(jí)負(fù)荷用戶(hù)，總用電量為16 460kVA，需要2路10kV電源，市政條件不能滿(mǎn)足一級(jí)負(fù)荷用戶(hù)和設(shè)備(應(yīng)由兩個(gè)電源供電，并要求當(dāng)兩個(gè)電源中一個(gè)電源故障或檢修時(shí)，另一個(gè)電源不致同時(shí)受到損壞或檢修)的供電電源和供電系統(tǒng)，確定本工程需設(shè)置自備電源。

根據(jù)當(dāng)?shù)毓╇姺桨?，需設(shè)置公用房(供電局產(chǎn)權(quán))，高壓電力電纜穿管埋地引入本工程公用房?jī)?nèi)，公用房高壓出線沿橋架在車(chē)庫(kù)內(nèi)敷設(shè)至專(zhuān)用變電所。

1.3 高壓供電框圖

2回路市政10kV電源引至公用房，公用房高壓供電方案采用環(huán)網(wǎng)供電形式，一個(gè)環(huán)網(wǎng)拆分節(jié)點(diǎn)供電負(fù)荷宜少于4 000kVA，公用房至總配變電所，總配電所放射配出至分配變電所。充電樁變壓器應(yīng)從公用房單獨(dú)配電，可以為后期增容做好準(zhǔn)備。高壓供電圖如圖2所示。

1.4 負(fù)荷計(jì)算

(1)裝機(jī)指標(biāo)：根據(jù)本項(xiàng)目情況，裝機(jī)指標(biāo)(參考全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施及當(dāng)?shù)匾?如表2所示。

各建筑裝機(jī)指標(biāo) 表2

(2)場(chǎng)所單位用電指標(biāo)：如表3所示，僅為照明、插座的用電指標(biāo)表，其中空調(diào)設(shè)備、水泵、風(fēng)機(jī)、電梯、弱電機(jī)房、設(shè)備用房等按其設(shè)備安裝容量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

場(chǎng)所單位用電指標(biāo)表 表3

負(fù)荷計(jì)算表 表5

(3)住宅負(fù)荷配置標(biāo)準(zhǔn)：住宅負(fù)荷配置標(biāo)準(zhǔn)如表4所示。

住宅負(fù)荷配置標(biāo)準(zhǔn) 表4

(4)負(fù)荷計(jì)算：配變電所設(shè)置于負(fù)荷中心區(qū)域，供電半徑不宜大于250m,同時(shí)需滿(mǎn)足壓降要求。本項(xiàng)目負(fù)荷計(jì)算表參見(jiàn)表5。

2 柴油發(fā)電機(jī)容量

在方案及初設(shè)階段，柴油發(fā)電機(jī)的容量根據(jù)全工程變壓器容量的10%～20%進(jìn)行計(jì)算；在施工圖設(shè)計(jì)階段，應(yīng)根據(jù)一級(jí)負(fù)荷、消防負(fù)荷及重要的二級(jí)負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算，并應(yīng)滿(mǎn)足功率最大一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)條件。

本項(xiàng)目中，由于塔樓數(shù)量較多，不應(yīng)按照所有消防負(fù)荷之和來(lái)確定消防負(fù)荷的電量，但可以從中高層發(fā)生火災(zāi)或者地下車(chē)庫(kù)發(fā)生火災(zāi)兩種情況上進(jìn)行考慮。

(1)中高層發(fā)生火災(zāi)：選取兩個(gè)塔樓相連時(shí)的情況。

中高層著火時(shí)，地下車(chē)庫(kù)消防負(fù)荷的設(shè)置參見(jiàn)表6，樓座(2個(gè)單元樓)消防負(fù)荷的設(shè)置參見(jiàn)表7。

地下車(chē)庫(kù)消防負(fù)荷設(shè)置 表6

樓座(2個(gè)單元樓)消防負(fù)荷設(shè)置 表7

(2)地下車(chē)庫(kù)發(fā)生火災(zāi)：地下車(chē)庫(kù)所取容量為相鄰防火分區(qū)及上下層對(duì)應(yīng)防火分區(qū)的應(yīng)急照明及消防風(fēng)機(jī)電量。

地下車(chē)庫(kù)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，地下車(chē)庫(kù)消防負(fù)荷的設(shè)置參見(jiàn)表8，樓座(2個(gè)單元樓)消防負(fù)荷的設(shè)置參見(jiàn)表9。

圖3 應(yīng)急備用方案示意圖

地下車(chē)庫(kù)消防負(fù)荷的設(shè)置 表8

樓座(2個(gè)單元樓)消防負(fù)荷設(shè)置 表9

考慮到最不利的情況，本項(xiàng)目將柴油發(fā)電機(jī)容量設(shè)為1 200kW。選用柴油發(fā)電價(jià)燃油消耗/常用(L/H)不超過(guò)320(L/H)即3h不超過(guò)1m3，以滿(mǎn)足消防要求。

應(yīng)急備用方案示意圖如圖3所示。

3 供電方案比選

本項(xiàng)目主要從經(jīng)濟(jì)性角度比選供電方案，根據(jù)當(dāng)?shù)毓╇娋忠?，住宅公共區(qū)部分用電可由公用變電所供電，也可由專(zhuān)用變電所供電，對(duì)此，筆者綜合變壓器、高壓柜、低壓柜、電纜、橋架、母線等方面進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性比選。設(shè)定方案一表示住宅公共區(qū)部分由公用變電所供電會(huì)產(chǎn)生的電氣價(jià)格，為16 799 250 元；方案二表示住宅公共區(qū)部分由專(zhuān)用變電所供電會(huì)產(chǎn)生的電氣價(jià)格，為20 306 050元。需要指出的是，這里電氣價(jià)格主要包括變電所至樓座配電間的電纜總價(jià)格、柴發(fā)機(jī)房至變電所母線的總價(jià)格、變電所設(shè)備的總價(jià)格之和。

通過(guò)比選可以得到，就經(jīng)濟(jì)型而言，采用方案一節(jié)省造價(jià)；就物業(yè)管理而言，采用方案二合理；筆者建議采用方案一，該項(xiàng)目可通過(guò)樓座配電間進(jìn)行物業(yè)管理。

4 低壓配電系統(tǒng)

(1)低壓配電系統(tǒng)型式：低壓配電系統(tǒng)型式參見(jiàn)表10。

低壓配電系統(tǒng)型式 表10

(2)自備電源及其他電源保障措施

1)柴油發(fā)電機(jī)組作為消防負(fù)荷及一級(jí)負(fù)荷的備用電源，機(jī)組應(yīng)處于常備啟動(dòng)狀態(tài)，設(shè)有自動(dòng)啟動(dòng)裝置。當(dāng)市電中斷時(shí)，機(jī)組應(yīng)立即啟動(dòng)，并在15s內(nèi)能投入正常帶負(fù)荷運(yùn)行；當(dāng)市電恢復(fù)供電后，自動(dòng)切換并延時(shí)停機(jī)。機(jī)組應(yīng)能保證連續(xù)運(yùn)行至少180min。在消聲器后安裝黑煙凈化器，對(duì)排放物進(jìn)行過(guò)濾、再生、觸媒等。

2)用于備用照明及疏散照明的燈具，采用集中式蓄電池及分散式蓄電池相結(jié)合的形式，地下車(chē)庫(kù)設(shè)集中應(yīng)急電源裝置EPS供電，樓座部分采用燈具自帶蓄電池(樓座電井空間有限，所以采用燈具自帶蓄電池的形式)。EPS初裝容量應(yīng)保證備用時(shí)間≥90min，蓄電池的切換時(shí)間≤5s。

3)設(shè)置不間斷電源供電裝置(UPS)為消防控制室、安全防范系統(tǒng)、主要業(yè)務(wù)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)用電、電子信息設(shè)備機(jī)房用電等不允許中斷電源的用電設(shè)備提供備用電源。

(3)電線、電纜的選擇：電線、電纜的選擇可參見(jiàn)表11。

(4)超高層住宅建筑配電系統(tǒng)

考慮供電影響時(shí)，固定敷設(shè)的線路與所有重要的設(shè)備、供配電裝置之間的連接采用柔性連接。避難區(qū)域使用的用電設(shè)備，應(yīng)從變電所采用放射式專(zhuān)用線路配電。

在住宅樓項(xiàng)目中，住戶(hù)電表每層集中設(shè)置一處電表箱(參見(jiàn)表12)，位于強(qiáng)電井內(nèi)(包括一梯7戶(hù)，一梯10戶(hù)及一梯14戶(hù)，其中一梯14戶(hù)采用兩個(gè)7戶(hù)電能表)，電表采用數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳表。

住宅樓電表設(shè)置情況 表12

5 結(jié)束語(yǔ)