超高层住宅建筑配电系统设计分析

寇 佩

(中国中建设计集团有限公司，北京 100037)

0 概况

如今国内超高层项目越来越多，对电气设计也提出了更高的要求。本文以笔者参与的某超高层项目为例，探讨了超高层建筑配电系统设计，包括供电方案比选、负荷计算、柴油发电机容量的确定，以及配变电所位置的选取等内容，以供同行设计师参考。

案例选取深圳某超高层住宅项目进行分析。以某一个地块为例，共计6栋楼，建筑高度150m，层数51层。标准层户数有8户、10户、12户。一层为架空层，十七和三十四层为避难层，地下室为地下七层，项目总用地面积35 749m2，总建筑面积378 426.88m2。

1 供配电系统

1.1 负荷等级

一般来说，在超高层住宅中，负荷等级的划分可参照表1。

1.2 电源情况

根据深圳电网用户接入要求，采用三供一备(10kV目标网架)方案(图1)，四回配电线路通过主干线路末端的环网(联络)开关联络，其中三回线路按额定负荷正常运行，另有一回作为备用的空载线路。当其中一回运行线路检修或故障时，其负荷可全部或部分转由备用线路供电的接线方式。

负荷等级表 表1

图1 配电回路图

变电站每条10kV出线规划容量最大值为：(1)300mm2电缆或185mm2架空线：工业用户 10 000kVA，办公12 000 kVA，居民15 000kVA。(2)400mm2电缆或240mm2架空线：工业用户 13 000kVA，办公15 000 kVA，居民18 000kVA。同一条线路不同性质用户按相应比例计算。

居住区配变电所由上级公用房引来10kV电源，分为公用配变电所和专用配变电所。前者指由电力经营企业运行维护，为居民小区用电和非住宅用户用电设备总容量小于100kW(参考深圳供电局业扩工作管理规定)的配变电所；后者为住宅配套公建供电的配变电所。公用房包含开关设备，但是没有电力变压器的变电站，产权归供电局。

图2 高压供电图

根据上述供电部门提供的供电方案及其发展规划，确定本工程的外部电源为10kV外网，三用一备形式，提供给本项目的仅为1路市政10kV环网电源。由于本工程为超高层住宅一级负荷用户，总用电量为16 460kVA，需要2路10kV电源，市政条件不能满足一级负荷用户和设备(应由两个电源供电，并要求当两个电源中一个电源故障或检修时，另一个电源不致同时受到损坏或检修)的供电电源和供电系统，确定本工程需设置自备电源。

根据当地供电方案，需设置公用房(供电局产权)，高压电力电缆穿管埋地引入本工程公用房内，公用房高压出线沿桥架在车库内敷设至专用变电所。

1.3 高压供电框图

2回路市政10kV电源引至公用房，公用房高压供电方案采用环网供电形式，一个环网拆分节点供电负荷宜少于4 000kVA，公用房至总配变电所，总配电所放射配出至分配变电所。充电桩变压器应从公用房单独配电，可以为后期增容做好准备。高压供电图如图2所示。

1.4 负荷计算

(1)装机指标：根据本项目情况，装机指标(参考全国民用建筑工程设计技术措施及当地要求)如表2所示。

各建筑装机指标 表2

(2)场所单位用电指标：如表3所示，仅为照明、插座的用电指标表，其中空调设备、水泵、风机、电梯、弱电机房、设备用房等按其设备安装容量进行统计。

场所单位用电指标表 表3

负荷计算表 表5

(3)住宅负荷配置标准：住宅负荷配置标准如表4所示。

住宅负荷配置标准 表4

(4)负荷计算：配变电所设置于负荷中心区域，供电半径不宜大于250m,同时需满足压降要求。本项目负荷计算表参见表5。

2 柴油发电机容量

在方案及初设阶段，柴油发电机的容量根据全工程变压器容量的10%～20%进行计算；在施工图设计阶段，应根据一级负荷、消防负荷及重要的二级负荷进行计算，并应满足功率最大一台电动机的启动条件。

本项目中，由于塔楼数量较多，不应按照所有消防负荷之和来确定消防负荷的电量，但可以从中高层发生火灾或者地下车库发生火灾两种情况上进行考虑。

(1)中高层发生火灾：选取两个塔楼相连时的情况。

中高层着火时，地下车库消防负荷的设置参见表6，楼座(2个单元楼)消防负荷的设置参见表7。

地下车库消防负荷设置 表6

楼座(2个单元楼)消防负荷设置 表7

(2)地下车库发生火灾：地下车库所取容量为相邻防火分区及上下层对应防火分区的应急照明及消防风机电量。

地下车库发生火灾时，地下车库消防负荷的设置参见表8，楼座(2个单元楼)消防负荷的设置参见表9。

图3 应急备用方案示意图

地下车库消防负荷的设置 表8

楼座(2个单元楼)消防负荷设置 表9

考虑到最不利的情况，本项目将柴油发电机容量设为1 200kW。选用柴油发电价燃油消耗/常用(L/H)不超过320(L/H)即3h不超过1m3，以满足消防要求。

应急备用方案示意图如图3所示。

3 供电方案比选

本项目主要从经济性角度比选供电方案，根据当地供电局要求，住宅公共区部分用电可由公用变电所供电，也可由专用变电所供电，对此，笔者综合变压器、高压柜、低压柜、电缆、桥架、母线等方面进行了经济性比选。设定方案一表示住宅公共区部分由公用变电所供电会产生的电气价格，为16 799 250 元；方案二表示住宅公共区部分由专用变电所供电会产生的电气价格，为20 306 050元。需要指出的是，这里电气价格主要包括变电所至楼座配电间的电缆总价格、柴发机房至变电所母线的总价格、变电所设备的总价格之和。

通过比选可以得到，就经济型而言，采用方案一节省造价；就物业管理而言，采用方案二合理；笔者建议采用方案一，该项目可通过楼座配电间进行物业管理。

4 低压配电系统

(1)低压配电系统型式：低压配电系统型式参见表10。

低压配电系统型式 表10

(2)自备电源及其他电源保障措施

1)柴油发电机组作为消防负荷及一级负荷的备用电源，机组应处于常备启动状态，设有自动启动装置。当市电中断时，机组应立即启动，并在15s内能投入正常带负荷运行；当市电恢复供电后，自动切换并延时停机。机组应能保证连续运行至少180min。在消声器后安装黑烟净化器，对排放物进行过滤、再生、触媒等。

2)用于备用照明及疏散照明的灯具，采用集中式蓄电池及分散式蓄电池相结合的形式，地下车库设集中应急电源装置EPS供电，楼座部分采用灯具自带蓄电池(楼座电井空间有限，所以采用灯具自带蓄电池的形式)。EPS初装容量应保证备用时间≥90min，蓄电池的切换时间≤5s。

3)设置不间断电源供电装置(UPS)为消防控制室、安全防范系统、主要业务和计算机系统用电、电子信息设备机房用电等不允许中断电源的用电设备提供备用电源。

(3)电线、电缆的选择：电线、电缆的选择可参见表11。

(4)超高层住宅建筑配电系统

考虑供电影响时，固定敷设的线路与所有重要的设备、供配电装置之间的连接采用柔性连接。避难区域使用的用电设备，应从变电所采用放射式专用线路配电。

在住宅楼项目中，住户电表每层集中设置一处电表箱(参见表12)，位于强电井内(包括一梯7户，一梯10户及一梯14户，其中一梯14户采用两个7户电能表)，电表采用数据远传表。

住宅楼电表设置情况 表12

5 结束语