大型高层民用建筑电源引入方式探讨

马占敖，张永全

MA Zhan-ao1，ZHANG Yong-quan2

（1.吉林建筑工程学院 电气与电子信息工程学院，长春 130021；2.吉林省建筑设计院 二所，长春 130024）

0 引言

众所周知，大型高层民用建筑用电负荷容量大，供电可靠性要求高，其电源线的引入方式和其负荷性质及容量有关，当负荷性质、容量确定后引入线的方式也随之确定。就高层民用建筑而言，一般都需要两路高压电源，但是，当高层建筑的负荷超过一定数量时，因受电网及电缆供电能力的限制，一般而言，需要用增强电源引入线数量或提高电压等级来提高供电能力的方法加以解决。结合“新世纪广场”项目方案，对大型高层民用建筑的电源引入方式及相关问题进行初步探讨。

1 “新世纪广场”项目电源引入方式

“新世纪广场”项目是由香港发盛公司投资兴建的一座集购物、餐饮娱乐、办公、商住等为一体的超高层现代化大厦。建筑面积17万m2，计划设1600kVA变压器10台。下面分三个方案进行讨论。

方案 I 电源采用两路10kV300mm2交联电缆引入同时供电，并组成单母线分段系统供电（如图1所示）。

300mm2电缆载流量为598A（土壤平均温度t=25ºC，土壤热阻系数p=80）,平均每路引入线带5台变压器，计8000kVA，其额定电流为462A。设每台变压器均在75%负荷下运行，则每路引入线的计算电流为：

I1=0.75Ie=0.75×462=347A

当一路引入线故障或电源故障时，另一路引入线的负荷为：

I2=2I1=2×347=694A

且694A＞598A（3000mm2电缆载流量），可见，另一路引入线不能承担全部负荷，只能限电运行。

方案Ⅱ 仍然采用两路10kV电源引入，但每路引入线都采用两条电缆并联使用（如图2所示）

图2 两路电缆并联供电系统图

此方案在任何一个电源发生故障时，另一路电源可带100% 负荷。

方案Ⅲ 采用三路电源引入方式，两用一备（如图3所示）进线采用185 mm2电缆，此方案在任何一路电源发生故障时，另外两路电源可带100%负荷 。当不能从电网取得三路电源时，其中任意两路电源均可接自同一上级变电所的同一母线段。

图3 三条电缆并联供电系统图

以上我们只讨论了三种电源引入方式和其构成的三种不同的方案，比较而言，方案Ⅲ具有更高的供电可靠性，而且，检修、运行也较为灵活方便。

2 电源引入线数量确定方法的探讨

通过上述对“新世纪广场”项目方案的讨论，可以看出，当某些大型高层建筑的负荷容量很大时，两路10kV电源引入方式，因受电网和电缆供电能力的限制，也显得有些力不从心。而无限量增大供电电缆截面的方法也是不明智的。但提高供电电压等级又受到城市供电网络的限制而难以实现。所以，当出现上述情况时，只有用增加引入线数量的方法解决。引入线数量增加后组成的多种方案，我们暂不去探讨。这里只按目前我国10kV交联电缆的规格和其载流量，求出几种电缆所能输送的最大容量，同时，以其最大输送能力为极限，探讨当计算容量为多大时，应采用两路以上电源引入方式。

设：功率因数；允许电压偏移△U=±7%

已知：P=Scosϕ；△U%=△u%PL；L=△U%/△u%P

式中P一线路通过的有功功率（kW）；S一线路通过的视在功率（kVA）；△u%一线路每mW.km电压偏移百分数（△u%=0.14）

则：P= Scosϕ=10 000×0.9=9 000kW

即当计算负荷为10 000kVA、功率因数为0.9、允许电压偏差为±7%时，300 mm2电缆的最大供电半径为5.6km,这一半径一般均在城市二次变电所的供电范围之内。所以，我们可以得出这样的结论：当大型高层建筑计算容量超过10 000kVA时，就应考虑两路以上10kV电源引入方式。在日本，电力公司规定，当合同电力在10 000kW以下时，可采用10kV或20kV电压等级入户，而在10 000kW以上时，就应采用60kV电压入户。可见，虽然两者的分界方法不同，但其分界功率是相近的。

上述方法是在目前城市电网电压不能改变的情况下，以增加电源引入线数量来提高输电能力的一种方法，显然欠科学性的和经济性。下面把日本一些大型高层建筑的实际受电电压和电源引入方式介绍给大家，以便探讨和借鉴。

据资料介绍，在发达国家从40年代至60年代起，已相继发展和采用20kV做为配电电压。不仅如此，日本电力公司还规定，一般50kW以上要采用高压（6kV）供电，2000kW以上采用特高压（10，20kV）供电，10 000kW以上采用60kV供电

日本高层建筑的供电电压，最低是我国城市电网的2倍，为20kV。电源的引入方式也灵活可靠，并以点状和环状网络为多。特别是点状网络供电方式，用在城市负荷密度大的地区，能更好地提高供电的可靠性。

表1 日本超高层建筑受电电压和方式

综上所述，在我国，随着城市用电负荷的大幅度增加，传统的10kV电网将越来越显得力不从心。根据我国用电情况和使用要求，有关供电部门和发电厂应尽快提高供电质量和电网电压，以适应我国电气行业发展的需要，满足使用要求，改变我国电网电压一成不变的状况。如果能把10kV改为20kV以上，不但可以提高供电质量，而且，可以节约大量的有色金属，减少功率损耗，同时，又可以提高供电能力，增大供电半径，这样，不但会收到良好的经济效益，而且，技术上也是可行的。

3 结论

一座大型超高层建筑，相当于一个中小水平的城镇，是一个城中之城。不但其供电的可靠性不容质疑，而且，不应使其供电能力和供电质量在一路电源引入线故障时受到限制。显然，限电运动的方式是不可取的，最低在设计上应是这样，因为系统设计具有超前能力，以便能在城市电网供电水平改善后，而不致缺憾。

当建筑物总计算容量超过10 000kVA时，在经济技术允许的条件下，应考虑两路以上电源引入，第三路引入电源可以来自第一或第二电源的同一变电所的同一母线段。

在用电量密集的大中城市和地区，应当考虑20kV的电压进入用户。有关规程的制定应从宏观的角度出发，借鉴发达国家的经验，先行制定出相应的法规，改变目前我国10kV一统天下的局面。这些法规，也可以在新兴城市和开发区等开始执行，其他区新建工程中的高压配电设备，应选用高一个电压等级的设备，一旦条件成熟则进行升压改制。

[1]村上宏.北见进.建设设备方案设计数据[M].北京：中国建筑工业出版社,1996,6.

[2]段建元.工厂配电线路及变电所设计[M].北京：北京机械工业出版社,2002,5.

[3]丁明柱,杨继东.高层建筑电气工程[M].北京：中国建筑工业出版社,2008,7.