超高层公共建筑10kV变配电所设置方案的比选分析

张雪丹

摘 要：近年来我国超高层公共建筑的数量逐渐增加，超高层建筑工程的建设质量及应用效果与电气系统的配置是否合理密不可分。该类项目的设计过程中，在充分了解超高层建筑各类负荷分布情况的基础上制定最佳的中、低压供配电系统，这样才能打造一个高效率、低能耗的建筑供电网络。文章以提高此类公共建筑电气系统的运行效益为出发点、绿色节能为应用目的，对超高层公共建筑10kV变配电所的选址问题进行比选分析。

关键词：超高层公共建筑；变配电所；集中设置；分散设置

在公共建筑工程设计中，电气设计人员在项目前期阶段会根据项目具体规模、分期开发使用情况、用电设备容量及负荷等级、甲方对不同业态用电配置标准及当地供电部门的供电导则要求等，分析并确定最为科学合理的供配电系统。

与普通大型公共建筑相比，超高层公共建筑考虑其单栋建筑体量较大、供电标准相对较高，在力争供配电系统简单、可靠的前提条件下，如何有效提高电气系统的运行效益，节省电气设备成本及后期投入，同时还应贯彻执行国家及地方对建筑绿色节能的设计要求，10kV变配电所（下文简称变电所）的设置方案就显得格外重要。

根据国家相关规范要求，变电所应尽可能接近和深入负荷中心[1]。在一些大型或超高层公共建筑项目中，由于用电设备和容量比较大，通常会设置多台变压器，有时也会设置多个变配电所以满足业主使用管理和电气技术的要求，例如：变电所的低压供电半径宜控制在200m范围内，无特殊要求时用电设备接线端子处的电压损失不大于5%[2]等。现举例分析安徽省合肥市一栋超高层公建项目的变电所设置方案，该建筑单体地上建筑高度约180m，地上共40层；1～4层为商业，5层～40层为办公塔楼（其中11F、27F为避难层，将该建筑分为低、中、高区三个区域空间），地下共两层、分别为设备用房区域和汽车库；地上、地下建筑面积共计8.0万m2。该超高层公共建筑在地下一层集中设置两个变电所，存在供电半径偏大时，是否采用变电所分散设置——在B1层和27层分别设置一个变电所？这两种设置方案在超高層建筑的电气设计中经常遇到，具体采用哪种方案更为经济更合理？通过以下设计条件的对比，为此类项目设计单位和业主的决策提供初步的技术分析。

1 比选方案说明

2 技术及经济性分析

2.1 电能质量-线路的电压损失

本次线路电压损失的对比分析，选取具有代表性的RF屋顶层空调室外机和泛光照明配电箱的供电线缆，分析计算过程见下表：

通过以上计算，可以看到变电所在分散设置的方案中，RF层用电设备供电线缆的电压损失大大优于变电所采用集中设置的方案，办公塔楼高区其他用电设备进线电缆的电压损失也有同样情况。特别需要注意的是，当变电所集中设置时有部分线缆的电压损失已超过国家相关规范的规定值（5%）[2]，为满足规范要求，这部分馈电回路需增加电缆截面以降低线路的电压损失，这样又会增加业主的项目投资预算。所以从线路的电压损失方面考虑，变电所宜采用分散设置。

2.2 电能损耗-线路的功率损耗

为简化计算，假定变压器的负载率为0.8，变电所分散设置时27F变电所中压进线采用4根95mm2交联聚乙烯绝缘电力电缆；变电所集中设置时B1F变电所低压出线侧计算电流取Ic=4600A，导体按采用4根1250A密集式母线（各母线计算电流平均值取Ic=850A）、12根70mm2交联聚乙烯绝缘电力电缆（各电缆计算电流平均值取Ic=100A）考虑。（见表3）

通过以上计算比较，变电所在分散设置的方案中，电缆的功率损失大大优于集中设置的方案，其中线路的有功损耗差值约为163kW。

如果按全年运行2000h计算，分散设置方案能够年节电33万度。

如果按全年运行3000h计算，分散设置方案能够年节电49万度。

上述“全年运行时间”仅用于设计分析参考。根据该项比较可以看到，变电所采用分散设置时可以有效提高电气系统的运行效益、该系统更为绿色节能。

2.3 设备投资分析

本项目对于中压开关柜、变压器和低压配电柜等设备投资而言，两种方案几乎没有差别，同时两种方案变电所机房的面积变化有限，故本次不再做以比较。对于项目的中、低压电缆及设备安装费等，简单分析如下（见表4）。

2.4 各层配电间的面积分析

当变电所在B1层集中设置时，由于超高层建筑高区所有用电设备的进线电缆（密集式母线）均从B1层变电所沿各层配电间竖向敷设至中、高区，导致低区、中区甚至高区各楼层配电间的面积均有所增加，和分散设置相比较，变电所在B1层集中设置时各楼层配电间面积约增加2.0m2。故从设备用房的使用面积情况考虑，变电所采用分散设置可以明显减小各楼层配电间的占用面积，这对于超高层公建项目具有一定的实用价值。

3 结束语

通过以上各方面的技术和经济性分析，可以看到对于本案的超高层公共建筑，当变电所采用分散布置的方案，从电能质量、绿色节能、楼层配电间面积的优化和设备投资等多个方面都是有利的。

对于超高层公共建筑，当变电所采用分散设置时，高区变电所在工程设计阶段需分别考虑变压器等变配电设备的竖向运输通道和日后设备更换、维护等特殊使用条件引起的相关问题，这些内容在项目的实施过程中都有相对成熟的解决措施，这里不再阐述。

综合上述的比选分析和其他同类项目的设计经验，在土建平面条件满足的情况下，建筑高度150m以上的超高层公共建筑宜优先采用变电所分散设置的方案。对于150m以下的超高层公共建筑，由于变电所采用分散设置时线路的电压损失、功率损耗及设备初投资等多方面的优势相对不明显，变电所可采用集中设置。同时在该类项目的设计阶段，由于受大容量用电设备的分布、变电所层高和选址等多种因素的限制，变电所实施的设置方案需结合具体的项目情况进行分析。

参考文献

[1]中机中电设计研究院有限公司.20kV及以下变电所设计规范GB50053-2013[S].北京：中国计划出版社，2013（2）：2.

[2]中国联合工程公司.GB50052-2009.供配电系统设计规范[S].北京：中国计划出版社，2010（5）：8.

[3]中国航空规划设计研究总院有限公司.工业与民用供配电设计手册：第四版上册[M].北京：中国电力出版社，2016（9）：865-880.