某商業綜合體的電氣方案設計探討

萬小亮

(廈門合立道工程設計集團股份有限公司 福建廈門 361000)

1 工程概況

該工程為商業綜合體，總建筑面積約17萬m2。地上有6棟建筑，其中1#樓為購物中心，屬一類高層商業、餐飲、娛樂組合公共建筑(大商業)，2#、5#樓為多層商業步行街(金街)，3#樓(含6,7#塔樓)為一類高層商業、辦公、Ⅰ類停車庫組合公共建筑(3#樓外圍為商鋪，中間為停車樓，6#樓為公寓，7#樓辦公樓)，地下有一層，為Ⅰ類車庫、超市、設備用房等。

2 用電負荷等級及中壓供電方案

根據《民用建筑電氣設計規范》[1]JGJ16-2008附錄A及《建筑防火設計規范》[2]GB50016-2014(2018年版)第十章的相關要求，該工程消防用電設備、弱電機房、變頻生活給水泵、地下室潛水泵、商場營業廳的備用照明、走道照明、客梯等用電等按一級負荷供電，自動扶梯、空調用電等按二級負荷供電，其余按三級負荷供電。

根據業主前期征詢當地供電局，該工程3.5km附近有2座110kV變電站， 供電電壓等級為10kV，每回路的供電容量為8000～10 000kVA,故該工程中壓供電等級選用10kV，且可考慮以下2種供電方案：

中壓供電方案一：從不同的上級區域變電站引來兩路10kV電源，每路各帶50%的用電容量，兩路電源互為熱備用。當一路電源斷電時，另一路電源負擔起所有的一、二級負荷用電[3]。

中壓供電方案二：從不同的上級區域變電站引來兩路10kV電源，其中一路電源負載100%用電容量，另一路僅作為冷備用，平時不使用，當主用電源故障時，備用電源需負擔所有的一、二級負荷用電。

經計算改項目的變壓器裝機容量為19 490kVA,且所有的一、二級負荷的用電容量不超過裝機容量的50%。當采用方案一時，需從上級區域變電站引來兩路10kV電源，每路電源負擔9745kVA用電容量，當其中一路故障時，另外一路電源能負擔起所有的一、二級負荷的用電容量；當采用方案二時，由于供電局要求每回路供電容量不大于10 000kVA，故需從上級區域變電站引來3路10kV電源，即采用兩用一備的供電方式，其中兩路電源平時均負擔9745kVA用電容量，分列運行，當任一路電源故障時，由第三路備用電源自動投入負擔該故障回路的全部用電容量，當兩路工作電源均故障時，第三路備用電源亦可滿足所有一、二級負荷的要求。

方案二相對于方案一供電可靠性更高，但是需要增加一條10kV高壓電纜敷及相應高壓配電設施，造價更高。經過業主與供電局溝通確認后，采用方案一。為滿足福建省《10kV及以下電力用戶業擴工程技術規范》DB35/T 1036-2016中“一級負荷的供電除由雙重電源供電外，應增設用戶自備應急電源，并采取措施確保一級負荷供電[4]”的要求，故在3#停車樓一層設置設一臺1000kW自啟動柴油發電機組，機組在市電斷電后15s內自動投入供電，但相序應與市電相序一致。

3 變電所設置與變壓器容量確定

鑒于工程業態較多且不同業態后期運營的公司不同，共設置6處變電所。

(1)考慮到購物中心后期由業主專門的商管公司運營，且該購物中心的面積較大，設置1#、2#大商業變電所。兩個大商業變電所深入負荷中心且分布在購物中心兩側方便進出線及設備運輸處。

(2)為了配合業主后期招商引入知名超市品牌，設置3#超市變電所，采用高供高計量，方便超市用電的維護和管理。

(3)考慮到金街及辦公部分業主會另外委托一家物業公司進行管理，為了方便管理及計費，設置4#金街變電所及5#辦公變電所。

(4)該建筑空調系統采用冷凍機組、末端風機盤管模式， 加獨立新風系統。空調負荷為季節性負荷，容量較大，故單獨為其設置專用變壓器。一方面在不使用空調的季節可以向供電部門報停相關變壓器，以減少相應費用和電能損耗。另一方面空調負荷容量較大，啟動時會造成一定程度的電壓波動，單獨設置變壓器可以避免對其他負荷造成影響。再者，設置專用變壓器使運營管理界面清晰。故,在五層屋面層設置6#制冷機房變電所專供購物中心制冷設備供電，且在地下室設置一間高壓配電間用于3臺10kV高壓冷水機組配電。

(5)由于該工程裝機容量過大，設置一間開閉所用于高壓計量及配電。

(6)各變電所均采用下出線方式，變電所內均預留800mm厚的覆土，覆土完成面距梁底的凈高要求3.6m左右。另，為防止變電所水淹，變電所室內地坪應高于室外200mm左右，在變電所前期選址配合過程中，最好的方案是要求變電所區域能夠降板600mm，這樣回填800mm覆土后，室內地坪剛好高于室外地坪200mm。

(7)確定變電所的面積時，除了考慮當前變壓器及配電柜布置需要的面積，還要考慮后期容量及用電量擴展所需要的面積，故，推薦單臺變壓器的變電所所需面積為100m2～150m2；兩臺變壓器所需面積為150m2～200m2；4臺變壓器所需面積為300m2～350m2。

該工程均選用SCB-10型干式變壓器，干式變壓器具有抗短路能力強、維護工作量小、運行效率高、體積小、噪音低等優點, 常用于防火、防爆等性能要求高的場所。

綜合變壓器初期投資及變壓器損耗，變壓器負載率宜控制在70%～85%之間。由于該項目一、二級負荷較多，各變電所的變壓器應成組設置，即設置2臺或4臺，低壓側設置母聯開關。根據《全國民用建筑工程設計技術措施》2009版(電氣專業)表2.7.6[5]各類建筑物的單位建筑面積用電指標及業主其他商業地產項目的經驗指標，該工程各變電所裝機容量計算如表1所示。

表1 方案設計階段電氣負荷估算表

4 變電所的選址

變電所的選址需滿足《20kV及以下變電所設計規范》(GB50053-2013)第2.0.1條規定，即變電所宜設置靠近負荷中心，方便進出線，方便設備運輸的位置等[6]。故，在項目方案設計過程中共提出了4種方案，各方案變電所設置的位置及優缺點如下：

方案一：各變電所均設置在地下一層靠近各業態建筑附近。此方案的優點是不占用地上的商鋪等商業價值更高的空間。由于地下室僅有地下一層，有被水淹的風險，且不滿足福建省閩政辦〔2016〕29號文中“新建住宅室外±0.00標高低于城市防澇用地高程或當地歷史最高水位的,其變配電站房、備用發電機用房、消控中心、開關站、環網室等10千伏公共網絡干線節點設備應設置在地面一層及一層以上，并高于當地防澇用地高程”(此條同樣適用于非住宅等民用建筑)的規定，故該方案被排除。

方案二：各變電所均設置在3#樓中間停車樓的一層。此方案的優點是滿足防澇的相關要求，且不占用其他樓棟的商鋪面積。缺點是商業和超市變電所遠離負荷中心，低壓配電柜各出線回路至末端負荷的供電平均距離在150m左右，大大增加了電纜安裝的初期投資，且后期電纜的功率損耗很大，不能滿足經濟與節能的要求；另外，所有變電所均集中設置在此區域，會導致后期該區域橋架管線過多，影響周邊的凈高。

方案三：1#，2#商業變電所設置在1#樓購物中心二層兩側靠外墻處，其他變電所設置在3#中間停車樓的一層。此方案的優點是滿足防澇的相關要求，只占用二層商業價值較低的空間，深入負荷中心。缺點是兩個商業變電所在運行過程中產生的噪音及后期維護時會影響該層其他商鋪的運營效果，超市變電所至地下一層超市(規劃在地下一層北側)的距離仍然過遠。

方案四：1#商業變電所、3#超市變電所、6#制冷機房變電所設置在1#樓購物中心的五層西北側屋面，2#商業變電所設置在1#樓四層東南側的屋面；開閉所、4#金街變電所、5#辦公變電所、柴油發電機房設置在3#樓中間停車樓的一層。此方案的優點是滿足防澇的相關要求，不占用商鋪面積，不影響購物中心的運營環境，深入負荷中心。缺點是設置在1#樓屋面的4個變電所初期安裝及后期變壓器擴容時設備的運輸存在一定的難度，需在設計和施工過程中考慮吊裝平臺及運輸通道。

經過業主和設計院的多輪討論，權衡利弊，最終選擇方案四，具體位置如圖1所示。

圖1 變電所位置示意圖

5 變壓器實際運行情況分析

該項目已于2017年12月底開業，筆者從業主商管運營處獲得2018年上半年的變壓器實際運行負荷率，具體詳表2。

表2 變壓器實際運行負荷率

根據表2可知，1TM1，1TM3，1TM4，6TM變壓器歷史峰值在42%～52%之間，與設計值有一定的偏差，1TM2，2TM1，2TM2變壓器歷史峰值均在28%～31%之間，與設計值偏差很大，分析主要原因如下：

(1)商場運營初期，商鋪開鋪率較低，未達到全部營業狀態。

(2)各臺變壓器除供商鋪用電外，其它負荷類型各不相同，導致變壓器初期的負載率各不相同。1TM1變壓器其它用電負荷為普通電梯、消防電梯、消防控制室、安防控制室、末端組合式空調機等用電，1TM3變壓器其它用電負荷為扶梯、影院放映設備、弱電機房等用電，1TM4變壓器其它用電負荷為影院照明、影院末端組合式空調機、商場LED屏幕、商場泛光照明等用電，此3臺變壓器的其他負荷屬于公共性質用電，初期負載率受開鋪率低影響較??；1TM2、2TM1變壓器其他用電負荷為屋面電動葫蘆、室外廣場舉辦大型活動、地下室照明、風機等用電。由于物業出于省電考慮，地下室風機開啟率較低。故在實際設計中，此類負荷歸算到變電所低壓母線側的需要系數可進一步降低；2TM2變壓器的其它用電負荷為地下室照明與風機、預留充電樁等用電，除地下室風機開啟率低外，預留的充電樁暫未投入使用也是該臺變壓器初期負載率低的原因。另一個重要原因是餐飲商鋪面積占此臺變壓器供電商鋪總面積的55%，且部分商家提供的餐飲用電量偏大，該臺變壓器負載率與餐飲商鋪的營業情況相關性較高。

(3)6#制冷變電所的負載率與設計值差距較小，隨著開鋪率的進一步提高，負載率應該會上升。

隨著該商業綜合體項目旁邊住宅地塊的交付和入住，人氣的提升將帶來商場用電需求的提高，該工程的變壓器裝機容量能滿足近期正常運行及未來很長一段時間內的用電需求。

6 結語

上述是筆者做商業綜合體項目的一些體會與心得，在商業綜合體初步設計階段的供電方案、變電所設置與選址、用電負荷估算、變壓器實際負載率分析等方面做一些技術探討，認為電氣方案設計應綜合分析經濟性、業態需求、物管要求及相關政策法規、規程規范后擇優確定。