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超高层建筑中低压供配电系统设计
发布时间:2018-5-3 阅读:4021次  

项目概况


本项目为一大型综合体项目(如图1所示)。建筑面积约47万m2,包含一座商业裙楼、车库及3座塔楼。其中,1号塔楼建筑高度147 m,2号塔楼建筑高度208 m,3号塔楼建筑高度258 m。



本文以2号塔楼为例分析超高层建筑的供配电方案。该塔楼业态为办公,建筑面积8. 1万m2。地下共4层,核心筒外为地下车库范围。地上共44层,其中 1层为大堂,2 ~ 7层核心筒外为商业裙房范围,8 ~ 42层为办公区域(其中9、20、31层为避难层),43、44层仅有核心筒区域(为设备用房),标准层面积约2300 m2


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负荷等级划分


GB 50352 - 2005《民用建筑设计通则》第3. 1. 2条指出:建筑高度大于100 m的民用建筑为超高层建筑。《全国民用建筑工程设计技术措施(2009) 电气》第2. 7. 1条指出:超高层及特大型公共建筑的负荷等级为特别重要用户。


对于超高层建筑,可将其消防设备(考虑到超高层建筑火灾时疏散困难)和部分非消防重要设备(如计算机机房、安防系统、客梯、航空障碍照明等)作为一级负荷中特别重要的负荷。经负荷统计,不同等级负荷的容量详见表1。


表1  负荷分级及容量表


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中压配电方案


此项目有大量一级负荷及部分一级负荷中特别重要的负荷。


中压配电方案一:采用两路10 kV电源同时工作,互为备用。两路电源引自两个不同高压变电站。每个电源均提供50 % 的负荷用电。当一路电源断电时,另一路电源负担起所有一二级负荷。


中压配电方案二:采用两路10 kV供电,一用一备。平时一路电源工作,另一路为冷备用电源(高可靠电源)平时不使用。平时一路电源提供100 % 的负荷用电,当其故障断电时,由备用电源负担起全部一二级负荷。


从末端配电角度来看方案一节约报装容量。电力部门出于城市配电规划考虑,最终批复方案二的做法。此外,10 kV侧不允许自动合闸,须人工手动操作合闸。三级负荷与一二级负荷分别接到不同变压器低压母线处,切换为备用电源供电时,连锁切除所带三级负荷的变压器。


由于本项目容量较大,需建两座开闭站,均在裙楼地下一层靠外墙布置,以方便管线进出;中压只在开闭站处手动转换。各塔楼主变电所均设在裙楼地下二层,靠近塔楼处。



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低压配电方案

几种低压配电方案变电所容量及分布


变电所的所址应符合规范GB 50053 - 2013《20 kV及以下变电所设计规范》第2. 0. 1条要求。


结合本建筑主要考虑以下几点:


① 尽量接近负荷中心,缩短供电半径。

② 运营维护界面清晰,管理方便。

③ 尽量减少一次投资。


针对本建筑有如下几种低压配电方案,如表2所示。


表2  低压配电方案

几种低压配电方案的经济与技术指标


本建筑空调系统采用冷冻机组、末端风机盘管模式,加独立新风系统。空调负荷为季节性负荷,容量较大,故单独为其设置专用变压器。一方面,在不使用空调的季节里可以向供电部门报停相关变压器,以减少相应费用和电能损耗。另一方面,空调负荷容量较大,启动时会造成一定程度的电压波动,单独设置变压器可以避免对其他负荷造成影响。再者,设置专用变压器使得运营管理界面清晰。以上几种方案冷冻机房供电方式一致,均为专用变压器供电,故此部分不作对比。表3与表4为几种供电方案经济与技术指标对比结果。


表3  几种方案经济指标对比


表4  几种方案技术指标对比


线缆单价参照当年度线缆报价,变压器及开关柜价格采用市场上各厂家报价均值。变电所土建费预估为2000元 / m2。线缆、变压器损耗计算方法参见《工业与民用供配电设计手册》第4版(上册)第1. 9 ~ 1. 10节,年最大负荷利用小时数Tmax = 2 790 h,年最大负荷损耗小时τ取2 000 h。并计入高低压开关柜损耗。


几种低压配电方案分析与对比


 方案一


此方案的优点是:


① 变电所集中,总面积小。

② 由于变压器容量大,所带负荷较多同时系数亦较小,故单位容量的带负载能力比小容量变压器略高。

③ 由于变压器容量大,负荷分配比较灵活,设计的灵活度较大。


缺点是:


① 总容量最大,供电半径过长,电缆母线一次投资费用和年损耗过大。

② 线缆电压降较大需要校验,须增加部分电缆截面。

③ 电井面积较大。

④ 此方案变压器容量已达到民用建筑变压器最大值,给后期增容带来困难。此外,变压器低压侧短路电流很大,低压母线侧所有断路器都需要具备较高的分断能力,所以也增加了部分经济成本。


● 方案二与方案三


同样两台变压器(2 × 800 kVA),方案二设置在B2层,而方案三设置在近负荷中心侧(31层)。对比可知,无论是变电所一次投资费用还是年损耗,方案三都有很大程度的节约。可见,同一电源(变压器)设置在负荷中心比设置在远离负荷中心处具有更大优势。


● 方案三与方案四


方案四:第20层(约100 m处)的2台变压器(2 × 800 kVA)给20 ~ 30层设备供电;B2层2台变压器(2 × 800 kVA)给20层以下设备供电。方案三:将第20层的2台变压器归并到B2层,采用2台大容量变压器(2 × 1 600 kVA)。对比两种方案,区别在于是否在第20层设置分变电所。由上述计算结果可知两种方案一次投资费用和年损耗差距不大。


究其原因有以下几点:


① 方案四中电缆部分的一次投资和运营损耗费用都比方案三有所节约,是因为方案四电源更深入负荷中心。


②但方案四中变压器、开关柜部分的一次投资及其运营损耗费用比方案三有所增加。由于方案四在20层另设置一变电所,土建成本高,高低压柜的个数亦比方案三多,高低压柜亦有损耗;4台800 kVA变压器的总价及损耗也比2台1 600 kVA变压器要高。


由此可知,将电源合并设置(即用大容量变压器代替多台小容量变压器)亦有其优势;但大容量变压器距离负荷分中心不宜过远(超过150 m)且容量不宜过大(对比方案一),否则电缆费用及损耗将成为主要问题。


如果20 ~ 30层设备容量过大, 需配置2台较大容量变压器,不能与地下二层总变电所合并使用变压器时,则宜在20层(约100 m处)设置分变电所(可参考方案二与方案三对比)。




本文有删减,全文载于《建筑电气》2018年第3期,详文请见杂志。


版权归《建筑电气》所有。


更多精彩内容,还请关注《建筑电气》杂志2018年第3期。


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作者:吴凡,男,广州市住宅建筑设计院有限公司北京分公司,工程师。


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