某商业综合体的电气方案设计探讨

万小亮

(厦门合立道工程设计集团股份有限公司 福建厦门 361000)

1 工程概况

该工程为商业综合体，总建筑面积约17万m2。地上有6栋建筑，其中1#楼为购物中心，属一类高层商业、餐饮、娱乐组合公共建筑(大商业)，2#、5#楼为多层商业步行街(金街)，3#楼(含6,7#塔楼)为一类高层商业、办公、Ⅰ类停车库组合公共建筑(3#楼外围为商铺，中间为停车楼，6#楼为公寓，7#楼办公楼)，地下有一层，为Ⅰ类车库、超市、设备用房等。

2 用电负荷等级及中压供电方案

根据《民用建筑电气设计规范》[1]JGJ16-2008附录A及《建筑防火设计规范》[2]GB50016-2014(2018年版)第十章的相关要求，该工程消防用电设备、弱电机房、变频生活给水泵、地下室潜水泵、商场营业厅的备用照明、走道照明、客梯等用电等按一级负荷供电，自动扶梯、空调用电等按二级负荷供电，其余按三级负荷供电。

根据业主前期征询当地供电局，该工程3.5km附近有2座110kV变电站， 供电电压等级为10kV，每回路的供电容量为8000～10 000kVA,故该工程中压供电等级选用10kV，且可考虑以下2种供电方案：

中压供电方案一：从不同的上级区域变电站引来两路10kV电源，每路各带50%的用电容量，两路电源互为热备用。当一路电源断电时，另一路电源负担起所有的一、二级负荷用电[3]。

中压供电方案二：从不同的上级区域变电站引来两路10kV电源，其中一路电源负载100%用电容量，另一路仅作为冷备用，平时不使用，当主用电源故障时，备用电源需负担所有的一、二级负荷用电。

经计算改项目的变压器装机容量为19 490kVA,且所有的一、二级负荷的用电容量不超过装机容量的50%。当采用方案一时，需从上级区域变电站引来两路10kV电源，每路电源负担9745kVA用电容量，当其中一路故障时，另外一路电源能负担起所有的一、二级负荷的用电容量；当采用方案二时，由于供电局要求每回路供电容量不大于10 000kVA，故需从上级区域变电站引来3路10kV电源，即采用两用一备的供电方式，其中两路电源平时均负担9745kVA用电容量，分列运行，当任一路电源故障时，由第三路备用电源自动投入负担该故障回路的全部用电容量，当两路工作电源均故障时，第三路备用电源亦可满足所有一、二级负荷的要求。

方案二相对于方案一供电可靠性更高，但是需要增加一条10kV高压电缆敷及相应高压配电设施，造价更高。经过业主与供电局沟通确认后，采用方案一。为满足福建省《10kV及以下电力用户业扩工程技术规范》DB35/T 1036-2016中“一级负荷的供电除由双重电源供电外，应增设用户自备应急电源，并采取措施确保一级负荷供电[4]”的要求，故在3#停车楼一层设置设一台1000kW自启动柴油发电机组，机组在市电断电后15s内自动投入供电，但相序应与市电相序一致。

3 变电所设置与变压器容量确定

鉴于工程业态较多且不同业态后期运营的公司不同，共设置6处变电所。

(1)考虑到购物中心后期由业主专门的商管公司运营，且该购物中心的面积较大，设置1#、2#大商业变电所。两个大商业变电所深入负荷中心且分布在购物中心两侧方便进出线及设备运输处。

(2)为了配合业主后期招商引入知名超市品牌，设置3#超市变电所，采用高供高计量，方便超市用电的维护和管理。

(3)考虑到金街及办公部分业主会另外委托一家物业公司进行管理，为了方便管理及计费，设置4#金街变电所及5#办公变电所。

(4)该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，设置专用变压器使运营管理界面清晰。故,在五层屋面层设置6#制冷机房变电所专供购物中心制冷设备供电，且在地下室设置一间高压配电间用于3台10kV高压冷水机组配电。

(5)由于该工程装机容量过大，设置一间开闭所用于高压计量及配电。

(6)各变电所均采用下出线方式，变电所内均预留800mm厚的覆土，覆土完成面距梁底的净高要求3.6m左右。另，为防止变电所水淹，变电所室内地坪应高于室外200mm左右，在变电所前期选址配合过程中，最好的方案是要求变电所区域能够降板600mm，这样回填800mm覆土后，室内地坪刚好高于室外地坪200mm。

(7)确定变电所的面积时，除了考虑当前变压器及配电柜布置需要的面积，还要考虑后期容量及用电量扩展所需要的面积，故，推荐单台变压器的变电所所需面积为100m2～150m2；两台变压器所需面积为150m2～200m2；4台变压器所需面积为300m2～350m2。

该工程均选用SCB-10型干式变压器，干式变压器具有抗短路能力强、维护工作量小、运行效率高、体积小、噪音低等优点, 常用于防火、防爆等性能要求高的场所。

综合变压器初期投资及变压器损耗，变压器负载率宜控制在70%～85%之间。由于该项目一、二级负荷较多，各变电所的变压器应成组设置，即设置2台或4台，低压侧设置母联开关。根据《全国民用建筑工程设计技术措施》2009版(电气专业)表2.7.6[5]各类建筑物的单位建筑面积用电指标及业主其他商业地产项目的经验指标，该工程各变电所装机容量计算如表1所示。

表1 方案设计阶段电气负荷估算表

4 变电所的选址

变电所的选址需满足《20kV及以下变电所设计规范》(GB50053-2013)第2.0.1条规定，即变电所宜设置靠近负荷中心，方便进出线，方便设备运输的位置等[6]。故，在项目方案设计过程中共提出了4种方案，各方案变电所设置的位置及优缺点如下：

方案一：各变电所均设置在地下一层靠近各业态建筑附近。此方案的优点是不占用地上的商铺等商业价值更高的空间。由于地下室仅有地下一层，有被水淹的风险，且不满足福建省闽政办〔2016〕29号文中“新建住宅室外±0.00标高低于城市防涝用地高程或当地历史最高水位的,其变配电站房、备用发电机用房、消控中心、开关站、环网室等10千伏公共网络干线节点设备应设置在地面一层及一层以上，并高于当地防涝用地高程”(此条同样适用于非住宅等民用建筑)的规定，故该方案被排除。

方案二：各变电所均设置在3#楼中间停车楼的一层。此方案的优点是满足防涝的相关要求，且不占用其他楼栋的商铺面积。缺点是商业和超市变电所远离负荷中心，低压配电柜各出线回路至末端负荷的供电平均距离在150m左右，大大增加了电缆安装的初期投资，且后期电缆的功率损耗很大，不能满足经济与节能的要求；另外，所有变电所均集中设置在此区域，会导致后期该区域桥架管线过多，影响周边的净高。

方案三：1#，2#商业变电所设置在1#楼购物中心二层两侧靠外墙处，其他变电所设置在3#中间停车楼的一层。此方案的优点是满足防涝的相关要求，只占用二层商业价值较低的空间，深入负荷中心。缺点是两个商业变电所在运行过程中产生的噪音及后期维护时会影响该层其他商铺的运营效果，超市变电所至地下一层超市(规划在地下一层北侧)的距离仍然过远。

方案四：1#商业变电所、3#超市变电所、6#制冷机房变电所设置在1#楼购物中心的五层西北侧屋面，2#商业变电所设置在1#楼四层东南侧的屋面；开闭所、4#金街变电所、5#办公变电所、柴油发电机房设置在3#楼中间停车楼的一层。此方案的优点是满足防涝的相关要求，不占用商铺面积，不影响购物中心的运营环境，深入负荷中心。缺点是设置在1#楼屋面的4个变电所初期安装及后期变压器扩容时设备的运输存在一定的难度，需在设计和施工过程中考虑吊装平台及运输通道。

经过业主和设计院的多轮讨论，权衡利弊，最终选择方案四，具体位置如图1所示。

图1 变电所位置示意图

5 变压器实际运行情况分析

该项目已于2017年12月底开业，笔者从业主商管运营处获得2018年上半年的变压器实际运行负荷率，具体详表2。

表2 变压器实际运行负荷率

根据表2可知，1TM1，1TM3，1TM4，6TM变压器历史峰值在42%～52%之间，与设计值有一定的偏差，1TM2，2TM1，2TM2变压器历史峰值均在28%～31%之间，与设计值偏差很大，分析主要原因如下：

(1)商场运营初期，商铺开铺率较低，未达到全部营业状态。

(2)各台变压器除供商铺用电外，其它负荷类型各不相同，导致变压器初期的负载率各不相同。1TM1变压器其它用电负荷为普通电梯、消防电梯、消防控制室、安防控制室、末端组合式空调机等用电，1TM3变压器其它用电负荷为扶梯、影院放映设备、弱电机房等用电，1TM4变压器其它用电负荷为影院照明、影院末端组合式空调机、商场LED屏幕、商场泛光照明等用电，此3台变压器的其他负荷属于公共性质用电，初期负载率受开铺率低影响较小；1TM2、2TM1变压器其他用电负荷为屋面电动葫芦、室外广场举办大型活动、地下室照明、风机等用电。由于物业出于省电考虑，地下室风机开启率较低。故在实际设计中，此类负荷归算到变电所低压母线侧的需要系数可进一步降低；2TM2变压器的其它用电负荷为地下室照明与风机、预留充电桩等用电，除地下室风机开启率低外，预留的充电桩暂未投入使用也是该台变压器初期负载率低的原因。另一个重要原因是餐饮商铺面积占此台变压器供电商铺总面积的55%，且部分商家提供的餐饮用电量偏大，该台变压器负载率与餐饮商铺的营业情况相关性较高。

(3)6#制冷变电所的负载率与设计值差距较小，随着开铺率的进一步提高，负载率应该会上升。

随着该商业综合体项目旁边住宅地块的交付和入住，人气的提升将带来商场用电需求的提高，该工程的变压器装机容量能满足近期正常运行及未来很长一段时间内的用电需求。

6 结语

上述是笔者做商业综合体项目的一些体会与心得，在商业综合体初步设计阶段的供电方案、变电所设置与选址、用电负荷估算、变压器实际负载率分析等方面做一些技术探讨，认为电气方案设计应综合分析经济性、业态需求、物管要求及相关政策法规、规程规范后择优确定。