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。

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

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****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，**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。

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

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****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****负荷利用小时数T_max = 2 790 h，年****负荷损耗小时τ取2 000 h。并计入高低压开关柜损耗。

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****，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****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。

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）。

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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。