武汉新城国际博览中心供配电系统设计及其可靠性分析

中信集团武汉市建筑设计院 祝雪如

1 工程概况

武汉新城国际博览中心展馆项目总建筑面积约46.6万m2，其中底层建筑面积约28.1万m2，二层展馆建筑面积约18.5万 m2。展馆层由12个140×72m矩形展馆和10个三角形连接体围合而成，其直径约726m，净展馆面积约13万m2，可提供7400个国际标准展位。二层室外展场平均宽度约80m，可提供约6万的室外展馆面积。底层为停车库、商业用房和设备用房。建筑物主体高度27.5m，除二层部分为钢结构外，其余为钢混结构。本建筑耐火等级一级，属一类防火建筑物。

2 负荷分级及供电电源

本工程属一类高层特大型建筑， 其保安监控系统，火灾自动报警及联动控制设备、自动灭火系统、消防控制室、消防水泵、消防电梯、防火卷帘、防烟排烟设施、加压风机、应急照明、疏散指示标志和电动的防火门、窗、卷帘、阀门等消防用电以及重要的计算机系统属一级负荷，其中保安监控系统、管理用电子计算机系统和消防用电设备为一级负荷中的特别重要的负荷(应急负荷)。展览用电及展示区的正常照明、排水泵等属二级负荷。普通照明及动力负荷则为三级负荷。

根据展馆的负荷特性，正常情况下要求双回路电源同时供电，各带约50%的负荷，互为备用，当一个电源故障停电时，另一个电源能承担全部负荷。当两个正常电源同时故障停电时，上述特别重要的负荷将由应急电源自启动柴油发电机等供电。

3 负荷计算

本工程设备总安装容量为41991kW，其中10kV设备安装容量为9307kW，220/380V设备安装容量为32684kW（其中消防设备安装容量为5182kW）。除消防负荷外，220/380V负荷经无功补偿（补偿容量9600kVAR）后，计算负荷为24499kVA，选取平时用变压器18台，变压器总容量为31400kVA，平均负荷率为78%。另选取消防专用变压器1台、容量为1000kVA。自启动柴油发电机5台，每台常用功率为800kW，备用功率为880kW。

4 变配电所的设置

根据变配电所深入负荷中心和减小低压配电半径的原则，整个工程设置六座10kV变配电所，见 图1。1#～4#变配电所分别向1#～3#、10#～12#、4#～6#、7#～9#展馆及相对应的底层部分供电，5#变配电所是消防泵房的专用变配电所，6#变配电所是冷冻站的专用变配电所。

图1 变配电所设置示意平面图

各变配电所变压器容量选择结果如下：1#、2#变配电所变压器容量为1600 kVA ×4=6400kVA；3#变配电所变压器容量为1600 kVA×3+2000 kVA×1=6800kVA；4#变配电所变压器容量为1600 kVA×3+2000 kVA ×1=6800kVA；在1#～4#变配电所内均设置4台变压器，其中3台分别供给3个展馆专用，另1台供给相对应的一层停车库、商业用房以及二层公共场所用电。在消防水泵房旁设置 5#变配电所，变压器容量为1000kVA；在冷冻站旁设置6#变配电所，负荷为14307kVA，其中10kV电机负荷为9307kW，另设变压器容量为2500 kVA ×2=5000kVA。另外在1#5#变配电所旁各设置一台自启动柴油发电机，每台常用功率为800kW，备用功率为880kW。

5 10kV供配电系统

由附近市政110kV变电站不同母线段分别向1#、2#、3#、4#、6#变配电所各提供两路10kV电源（其中5#变配电所10kV 电源由3#变配电所转供），除6#变配电所外任一路电源均能负担全部负荷。各变配电所10kV配电系统接线方式采用单母线分段、设母线联络开关。平时两路电源同时供电，分列运行，互为热备用。当一路电源故障时，通过手/自动(母联BZT)操作联络开关，由另一路电源负担全部负荷；6#变配电所当一路电源故障时，通过手动(母联BZT)操作联络开关，由另一路电源给事故段母线上需继续运行的机组供电，但总负荷不能超过设定值。两路进线柜与联络柜加电气联锁，只允许其中两个开关合闸。5#变配电所两路电源由 3#变配电所转供，一用一备，进线开关设电气及机械联锁，详见图2。

图2 1～4#变配电所供配电系统示意图

6 220／380V供配电系统

1#～4#变配电所低压配电系统是由不同10kV母线段供电的每两台变压器结成低压单母线分段系统组成的，两段母线均分成一般负荷母线段和应急负荷母线段。一般负荷母线段之间设母联断路器，一般负荷母线段和应急负荷母线段之间再与柴油发电机进线设互投开关，详见图2。在1号、2号变压器之间及3号、4号变压器之间组成单母线分段系统，平时低压为母线分列运行，当一台变压器故障时，联络断路器可根据需要手动或自动投入，由另一台变压器供给两段母线重要负荷用电。两台主进线断路器与联络断路器设电气联锁，任何情况下只能合其中的两个断路器。

当城市电网的两回电源停电后，柴油发电机作为应急电源接入应急母线段，确保应急负荷可靠供电。应急电源与正常电源采取双电源机械电气闭锁互投方式防止并联运行。

5#变配电所是消防水泵专用的变配电所，由两路10kV专用回路一用一备供电，并设置一台柴油发电机为第三电源作备供、与变压器低压侧出线采用机械电气联锁互投开关并接在低压母线上，直接给各类消防泵配电，详见图3。

6#变配电所是冷冻站专用的变配电所，高压冷冻机由10kV系统直接供电，两台变压器之间组成单母线分段系统，平时低压母线分列运行，当10kV进线一路故障或一台变压器故障时，低压联络断路器可根据需要手动或自动投入，由另一台变压器供给两段母线大部分负荷用电。两台主进线断路器与联络断路器设电气联锁，任何情况下只能合其中的两个断路器。详图4。

图3 5#变配电所供配电系统图

7 电力配电系统设计

低压配电系统接地形式采用TN-S系统。

对展览用电负荷采用放射式与树干式相结合配电，由变配电所采用预制分支电缆通过展厅主沟-次沟至每个展位箱供电。

消防控制室、消防电梯、防烟排烟风机、应急照明、计算机设备、电话机房、变配电所用电等消防负荷和特别重要负荷采用双回路专用线路供电，并在最末一级配电箱处设置双电源自动切换装置。

其他电力设备和照明配电箱采用放射式或树干式配电。冷冻机和水泵等大容量设备均采用放射式配电方式供电。

8 对供电可靠性的分析

以1#变配电所为例试分析一下其供电可靠性，从图2可见正常情况下两路10kV电源同时供电，两段10kV母线分列运行、各带约50%的负荷，互为备用。当一路电源故障停电时，其进线开关断开，这时母联开关可人工或自动闭合，由另一路电源承担全部负荷。

低压系统正常情况下也是母线分段分列运行，当一台变压器故障或检修时，可以将母联开关人工或自动闭合，由另一台变压器供给两段母线重要负荷用电。若有必要，还可以人工启动柴油发电机，通过机械电气互锁双投开关对重要负荷（展馆照明等）单独供电（此处按规范采取了防止并列运行的措施）。

图4 6#变配电所供配电系统图

当两路10kV电源同时故障停电时，特别重要的负荷(应急负荷)和重要负荷将由自备应急电源自启动柴油发电机供电。若此时又发生火灾，通过火灾报警系统联动模块动作将重要负荷的联络开关断开，以确保消防负荷得到可靠供电。

通过以上分析可以看出：本供配电系统以市电为第一、二电源，柴油发电机等为第三电源，在运行方式具备充分灵活性的前提下，无论遇到任何故障都能完全满足相关规范对各级负荷供电措施的要求，确保了展馆的供电可靠性。

[1] 中国航空工业规划设计研究院. 工业与民用配电设计手册第三版[M]. 北京：中国电力出版社，2005.

[2] 中国建筑标准设计研究所. 全国民用建筑工程设计技术措施[M].北京：中国计划出版社，2009.

[3] 中国建筑学会建筑电气分会. 民用建筑电气设计规范实施指南[M]. 北京：中国电力出版社.