關于商業綜合體配電系統設計探析

陳勁松

摘 要：從電力負荷等級、供配電系統設計、配變電所的設置、智能化變配電系統和節能措施等方面進行論述，并通過具體的工程實例，闡述配電系統的設計思想，總結該類型項目的供配電設計和節能設計的要求，保證靈活可靠配電的同時，實現節能、節材的綠色設計，給該類項目的供配電設計提供一定參考。

關鍵詞：商業綜合體；智能；配電系統

中圖分類號：TU85 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2096-6903（2023）02-0004-03

0 引言

商業綜合體是將商業、辦公、居住、旅店、展覽、餐飲、會議、文娛等城市生活中三項以上功能進行組合，并建立一種相互依存、相互裨益的能動關系，從而形成一個多功能、高效率、復雜統一的綜合體。其建筑面積大、用電負荷集中、負荷等級高，與普通的民用或工業項目相比，其供電、配電的設計也具有特殊性[1]。

1城市綜合體概述

合肥吾悅廣場（商業綜合體）建筑面積為180 998.35 m2，其中地上建筑面積108 490 m2，地下建筑面積72 508.35 m2。本項目具有室內商業、室外商業街、餐飲、娛樂、影院、辦公等功能，各個功能區域間的電力系統存在著一種既互為依賴又相對獨立的關系，使整個建筑項目電力系統具有多功能、完整性和高效性。在供電體統方案的設計中，根據項目自身的特性，進行有針對性地設計，以滿足商業用電要求[2]。吾悅廣場鳥瞰圖如圖1所示。

2 電氣設計特點及遵循的設計原則

在建筑內部，多采用通道樹式系統，疏散通道、人流通道等相互連通，提供服務的系統與系統的通道之間存在著錯綜復雜的關系。系統、管道等既要為各自的功能單元提供服務，也要與其他功能單元進行連接。從電氣設計上看，主要是系統前端的通訊聯系、電纜通路的相互穿越、借用等。此外，餐飲、娛樂、商業商鋪、停車場等屬于不同的業主，并將其劃分給不同的物業公司。因此，在商業綜合體的電氣設計中，要考慮到機電、管徑的綜合規劃，不僅要明確產權歸屬，還要兼顧樓層限制、標高限制、管道進出限制及規范要求的其他限制條件。這就要求電力系統要綜合各機房的功能、各配電系統的功能，并從總體上考慮它們之間的聯系[3]。

3 供配電系統方案

3.1 供電電源

在變電配電系統設計上，要充分考慮到該商業綜合體占地面積大、用電場所密集、供電負荷大、系統復雜的特點。從城市綜合能源供應與分配系統的環節出發，項目的電源點情況直接關系到整個項目的供電可靠性。因此在開始著手相關工作之前，要與當地供電部門進行溝通對接，并通過現場實地勘察初步確定了該項目10 kV電源點。

本項目配電總容量為18 780 kVA，其中備用容量5 000 kVA，電源采用2主1備，主用1電源引自110 kV店埠變I段母線07開關線路（6 980 kVA），主用2電源引自110 kV孫灘變II段B母線30開關線路（6 800 kVA），備用電源從文一名門河畔備公用開閉所#07間隔接入（5 000 kVA）。2路主用電源分別引自城市不同的區域變電所，并采用專用線路的方式直接供本項目用電，同時還從項目附近小區變電總所引來一路10 kV備用電源，確保任何一路主用電源故障或檢修時，仍然能保證本項目一二級負荷雙電源供電，從電源端為本項目的安全用電提供了可靠保障。

3.2 負荷等級及負荷計算

3.2.1 負荷等級

本項目一級負荷包括消防用電設備（消防控制室內的火災自動報警控制器及聯動控制臺、消防水泵、消防電梯、排煙風機、加壓送風機、應急照明、疏散照明等）、障礙照明、弱電監控系統、超市營業廳備用照明、各影廳備用照明、主要設備用房備用照明、經營管理用計算機系統電源、收銀系統、防盜報警系統、通訊機房、商場客梯及客貨兩用電梯、排水泵、生活給水泵、收銀臺等。

二級負荷包括扶梯、放映設備、超市經營用冷凍冷藏設備、商場及超市的營業廳照明、空調用電等。其余為三級負荷。

3.2.2 負荷計算

本工程設備總容量為18 286 kW，室內商業負荷11 200 kW，其中一二級負荷4 000 kW；中央空調負荷3 586 kW；超市負荷1 000 kW，其中一二級負荷500 kW；室外商業街負荷2 500 kW，其中一二級負荷500 kW。

3.3 高壓配電系統

根據本項目的用電需求及外部電源情況，擬采用開閉所加分配電房的配電形式（如圖2所示），本工程在負一層設1個開閉所和5個分配電房，超市配電房設2臺500 kVA變壓器，持有商業1#配電房設2臺2 000 kVA變壓器，持有商業2#配電房設2臺2 000 kVA變壓器加2臺1 600 kVA變壓器。金街配電房設2臺1 250 kVA變壓器加1臺500 kVA變壓器。中央空調機房配電房設供機房3臺660 kVA高壓制冷機組用電加1臺1 600 kVA變壓器。

開閉所高壓系統采用單母線分段不聯絡的方式，各分配電房高壓系統均采用單母線分段加聯絡的方式。本次設計在結合供電部門對地下配電房的通風、運輸和層高等要求的同時，盡量將各分配電房設置在相應的負荷中心，合理規劃電纜路徑，縮短供電半徑，以降低電壓及電能損失。

3.4 低壓配電系統

本次設計變壓器要求采用節能環保型干式變壓器 ，變壓器損耗小，噪聲低，噪聲不高于48 dB。為了滿足綠色建筑設計要求，變壓器能耗指標需滿足《三相配電變壓器能效限定值及節能評價值》 GB20052 ?2級節能評價值要求。低壓配電系統為單母線分段運行方式，兩段母線間設聯絡開關，對于一二級負荷供電采用末端低壓雙電源（ATS）自動轉換，兩路低壓電源引自相應配電房不同變壓器的低壓母線。

本次設計考慮到商業建筑用電特點，在低壓配電回路設計時充分預留了備用回路，便于以后部分商業綜合體可以及時調整配電回路。另外所有ACB（框架式），MCCB（塑殼）斷路器應預留報警接點及輔助接點各一副（上端子板）供能量管理系統使用。為保證各級配電的開關保護配合，低壓框架斷路器ACB和MCCB（塑殼）斷路器采用電子型脫扣器。保護整定值可根據運行狀況現場調整。

3.5 電能質量

本工程除進行正常的功率因數補償外，為避免無功倒送的情況，有選擇地在用電量大、功率因數接近1的負荷端裝設雙向無功電度表。在低壓電容器上串聯7%電抗器，抑制系統中的奇次諧波對電容的影響。根據負荷用電特點，采用了過零投切方式，并采用配有電容的自動循環，從而極大地確保了各電容器在使用時的均衡。而過零投切則是將過零輸入和過零電流的截斷，這樣既能保證電壓與電容電壓的一致性，又能保證電容器在進入系統時不會產生電流涌動，從而達到開關節點的無電弧分流的目的。

根據電力公司關于受電電能質量標準及其要求，用戶注入電網的諧波值，應符合《電能質量公用電網諧波》 GB/T 14549-1993 的規定。10kV系統電壓總諧波畸變率不得大于4%，奇次諧波電壓含有率不得大于3.2%，偶次諧波電壓含有率不得大于1.6%；2次諧波電流值不得大于26A， 3次諧波電流值不得大于20A，4次諧波電流值不得大于13A，5次諧波電流值不得大于20A。

本工程非線性用電負荷多，如整流設備、變頻風機水泵、變頻空調、節能燈具等，配電系統中諧波污染比較嚴重。諧波不僅會使系統的功率因數下降，而且會在設備及線路中產生熱效應，導致電能損失。因此本工程在設計中采取了必要諧波抑制措施，將有源電力濾波裝置以并聯方式接入電網，通過實時檢測負載的諧波和無功分量，讓變流器中產生一個和當前諧波分量和無功分量對應的反向分量，并實時注入電力系統，從而實現諧波處理和無功補償。

3.6 能耗管理平臺

根據《綠色建筑評價標準》GB/T50378-2019中二星級綠色建筑設計要求第6.2.6條 配電系統設置分類、分級自動遠傳計量系統，且設置能源管理系統實現對建筑能耗的監測、數據分析和管理。因此本項目采用能耗管理系統，通過該系統加強運行管理。結合用電數據分析能耗趨勢，制定節能與調節措施。

4 智能配電系統

智能配電系統是一種集微機、通信網絡、控制、顯示技術于一身的現代電力市場運行信息管理系統，它的主要功能是將電力系統的在線監測、離線、設備運行狀態、用戶用電、電網結構狀態等綜合管理，實現對配電狀態的監測和控制，并對異常狀態進行保護，從而達到對供、配電系統的智能化管理。

4.1 總體架構設計

本項目智能配電系統采用輻射星型結構，分為三層：主控層、通訊管理層和現場控制層。主要包括主站、通信系統、自動化監控終端三個模塊，三者形成一個功能完備的電力系統。智能配電系統主站設在商業綜合體一層監控中心，主站設備有服務器、音箱、打印機等。 在通訊管理層完成智能通信采集，控制器負責采集監控區域內的數據并存儲轉發，通過光纖上傳采集數據至監控中心電力監控系統。在現場控制層完成多功能測控儀表及其他監控設備，并以RS-485通訊方式接入智能通信采集控制器，智能通信采集控制器為第三方設備預留RS485接口，第三方設備須具備RS485/Modbus通信協議。 通訊管理層網絡用于實現主控層與現場控制層網絡的通信，可傳輸各種格式報文。現場控制層采用RS-485方式接入通訊管理層，用于將各電量數據根據要求的格式送至智能通信采集控制器。在主控層宕機的情況下，通訊管理層能獨立完成就地數據采集和存儲功能。

本項目接入智能配電系統的設備包括但不限于微機保護裝置、電能質量在線監測裝置、智能表計、電度表、開關柜無線測溫裝置、變壓器溫控儀、無功補償控制器、直流屏等。

4.2 智能控制技術

電力系統的持續監控與自動控制，實質上是將電力系統的監控與控制子系統與數據采集子系統有機地結合起來。從上述分析可以看出，今后的電力系統將包括各種智能傳感器、智能電子控制器和智能雙向通信網絡。數據采集子系統能夠實時地采集和顯示各種設備的狀態，如電壓、電流、有功、無功、設備的運行狀況以及其他與電力系統的狀態相關的數據。

5 結語

本文分析我國商業綜合體開發的模式和發展趨勢，指出商業綜合體對配電系統的需求，結合一個具體工程案例闡述了商業綜合體配電系統的特點以及智能配電技術在系統中的應用。統籌考慮建設成本及運維成本，實現經濟環保和綠色節能，是綜合體配電系統設計中重點關注的內容。針對不同商業綜合體需求，實現供配電系統可靠性、經濟性的平衡是現階段商業綜合體規劃設計及建設應用中面臨的重要課題。

參考文獻

[1] 王巖，王海新.某城市綜合體的配電設計[J].低溫建筑技術， 2020，42（11）：132-134.

[2] 王曉冰，楊金雙，李偉，等.面向大型城市綜合體的泛在電力物聯網建設思路[J].電氣技術，2020，21（2）：71-76.

[3] 王從科，李娜.城市綜合體供配電設計及變壓器運行效率分析[J].建筑電氣，2019，38（11）：50-57.