某商业综合体建筑供配电设计

2021-05-13付明民

现代建筑电气 2021年4期

王坚, 付明民

[同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司, 上海 200092]

0 引言

随着科技的发展和社会的进步,商业综合体建筑数量日益增多,其面积大、功能业态多,如商业、办公、酒店、住宅、车库等,对供配电设计的合理性、可靠性、安全性提出了较高的要求[1-3]。本文介绍了某商业综合体建筑供配电设计,可为电气设计人员提供参考。

1 项目概况

江苏省某项目总建筑面积约为27.2万m2,其中地上建筑面积为17.2万m2,包括1栋33层超高层塔楼,建筑高度为148 m,主要功能为办公、商住式公寓;3栋30层住宅,建筑高度为99.8 m;裙房为商业,建筑高度自24.9 m至45 m由西向东阶梯式上升。该项目商业面积约为75 515 m2,为大型商店建筑;地下建筑面积10万m2,共4层,主要功能为地下停车以及相关设备用房,为大型Ⅰ类车库。

2 负荷等级

总体布局示意图如图1所示。

图1 总体布局示意图

该项目属一类高层建筑,按一级负荷供电[4-7]。

(1) 一级负荷。消防用电设备(消防控制室内的火灾自动报警控制器及联动控制台、消防水泵、防排烟设备、自动灭火系统、消防电梯、电动防火卷帘、消防应急照明、疏散指示标志等)、走道照明、值班照明、警卫照明、障碍照明、弱电监控系统、收银系统、防盗报警系统、客梯、排水泵、生活水泵、收银台、营业厅备用照明、商业的经营管理用计算机系统用电、信息网络系统、电子信息设备机房用电、安防系统用电、车库照明用电、机械式停车设备。商业的经营管理用计算机系统用电、信息网络系统、电子信息设备机房用电为一级负荷中特别重要负荷。

(2) 二级负荷。自动扶梯、货梯、经营用冷冻及冷藏系统、营业厅照明、空调和锅炉房用电等。

(3) 三级负荷。其他照明及电力负荷。

3 供配电系统

3.1 供电容量的确定

在报电力规划阶段,该项目有住宅建筑和商业、办公建筑,根据当地供电规定,住宅建筑变电所(公变)和商业、办公建筑变电所(专变)需分开设置。在计算所需供电总容量时,配电变压器容量配置系数Kp根据当地用电标准规定选取,其中住户负荷:50户及以下,Kp为0.7;50户以上,200户以下,Kp为0.6;200户及以上,Kp为0.5。电动汽车充电桩:当车位总数小于200时,Kp取0.4,当车位总数为200及以上时,Kp取0.3;低压供电的公共服务设施,Kp取0.8。

(1) 接入公变负荷。住宅部分:120 m2及以下703户,每户配置8 kW,合计5624 kW;120～150 m248户,每户配置12 kW,合计576 kW;200～300 m24户,每户配置25 kW,合计100 kW。公建部分:一、二类负荷,电梯、公共区域照明、污水泵、生活泵房等合计350 kW;三类负荷,社区服务面积为595 m2,合计35.7 kW;充电桩76个,合计532 kW;地下车库面积为28 550 m2,按40 W/m2测算,合计1 142 kW。因此,总计容量为4 612.56 kW。

(2) 超高层塔楼接入专变负荷(写字楼、商住式公寓)。商住式公寓:120 m2及以下480户,每户配置8 kW,合计3 840 kW。公建部分:一、二类负荷,电梯、公共区域照明,生活泵房等合计250 kW;三类负荷,社区服务面积为1 080 m2,合计64.8 kW;顶部三层办公面积为2 822 m2,按100 W/m2计算,合计282.2 kW。因此,总计容量为2 447.6 kW。

(3) 商业区及车库接入专变的负荷。商业部分:商业面积为92 605 m2,按150 W/m2计算,合计13 890.75 kW;充电桩100个,合计700 kW;地下车库面积为56 458 m2,按40 W/m2测算,合计2 258.32 kW。因此,总计容量为13 199 kW。

(4) 受电工程方案。计算所需负荷总容量为20 259 kW。根据当地不同等级电业供电容量范围标准,采用4路10 kV供电,其中住宅设置2处变电所,供电容量为4 800 kVA;办公塔楼设置1处变电所,供电容量为3 200 kVA;商业设置5处变电所,供电容量为16 000 kVA。在-1F新建10 kV用户开关站1座。变电所分配示意图如图2所示。

3.2 配电系统

该项目采用4路10 kV同时供电的方式,其中每两路10 kV为一组,互相独立,10 kV采用单母线分段方案,两路电源同时工作,互为备用,当其中一路中断供电时,其余线路应能满足全部一级负荷及二级负荷的供电要求。

10 kV开关站内设置金属铠装中置式开关柜,防护等级IP3X,10 kV断路器分段能力为25 kA。10 kV主接线采取单母线分段,并设置母联开关,两路电源同时供电,当一路电源或一侧线路发生故障时,另一路电源和另一侧线路应不致同时受到损坏。

继电保护方式:10 kV进线主开关采用过流、速断;10 kV出线分开关采用过流、速断、单相接地故障;10/0.4 kV变压器均设置温度保护(变压器保护);各继电保护单元均采用综保装置,并带有通信接口。

10 kV操作电源采用直流操作方式,10 kV开关站设置110 V/80 Ah全封闭铅酸免维护电池直流屏。

10/0.4 kV变电所内变压器低压主接线采取单母线分段,两段母线之间设置母联开关,采用手动联络方式,电气加机械联锁。当上级任一路10 kV电源断电时,另一侧可带全部一、二级负荷的供电。变电所10 kV中压侧设变压器温度保护(过温发信,超温跳闸);2 000 kVA变压器低压侧低压断路器分断能力要求达到50 kA以上,800 kVA变压器低压侧低压断路器分断能力要求达到35 kA以上。变压器低压侧主开关拟采用长延时、短路短延时保护。

变压器选用环氧树脂浇注低噪声干式变压器,绝缘水平H级,外壳防护等级IP3X,带温控装置和强冷风扇。变压器0.4 kV低压侧设置成套静电电容器自动补偿装置,以集中补偿形式使高压侧的功率因数提高到0.9以上,其中单相补偿容量占40%,三相补偿容量占60%。补偿柜采用了带有消除谐波的电抗器,电抗率为7%。10/0.4 kV变电所内低压开关柜拟选用抽屉式低压开关柜,防护等级IP3X。

变压器低压侧主断路器回路设置具有测量有功电能、无功电能、功率因数、三相电压、三相电流、通信接口、2次～21次谐波分量的电表;10/0.4 kV低压开关柜各馈线侧设置具有测量有功电能、三相电压、三相电流、通信接口功能的电表。

4 变电所

该项目10 kV开关站设置在-1F靠外墙部位,便于市政10 kV电源的接入。-1F大部分区域为商业区,除超高层塔楼10/0.4 kV变电所外,其余各10/0.4 kV变电所分散布置在-2F、-3F,不设置在最底层-4F,并在暖通冷冻机房附近单独设置一座10/0.4 kV变电所,有利于节省0.4 kV电缆、母线槽长度,用于冷冻机房设备的配电。10 kV开关站及10/0.4 kV变电所位置、面积、净高满足相关规范及当地电业设计要求。位于地下室的10 kV开关站及10/0.4 kV变电所内变配电设备,通过机动车车道运输。分散布置各10 kV变电所有利于深入负荷中心,减少0.4 kV低压电缆长度及电缆压降,并可使0.4 kV低压电缆桥架分散布置,避免由于低压电缆桥架集中布置,互相叠加导致的楼层净高过低。尽量采用容量较大的变压器,有利于节省变电所面积,降低用电负荷同时系数。

超高层办公塔楼建筑高度为148 m,考虑到配电干线压降不超过2%,用于超高层办公塔楼配电的10/0.4 kV变电所需靠近塔楼核心筒强电井设置,以减少0.4 kV低压电缆的供电长度。该项目用于办公塔楼的10/0.4 kV变电所设置在5F靠近核心筒强电井位置。

对于超高层上楼变压器的运输,可以采用以下几种方式。

(1) 采用电梯井道运输。将电梯轿厢降至地下层,在电梯井道顶采用电葫芦将变压器从首层吊至相应层,800 kVA变压器尺寸约2 000 mm(宽)×1 400 mm(深)×1 000 mm(高)。该项目塔楼办公区域最大电梯井道尺寸为2 600 mm(长)×2 600 mm(宽)。

(2) 采用电梯轿厢运输。1 000 kVA变压器约为3 260 kg,800 kVA变压器约为2 940 kg。该项目办公楼塔楼区域最大载重电梯为1.6 t,5层变电所内设置2台800 kVA变压器,因此若采用电梯轿厢运行方式,需提升电梯载重量(设置载重量大的货梯等)。若采用将变压器进行拆装后运输到避难层变电所,再进行组装的方式,需要进行变压器的损耗实验。

(3) 采用室外运输。在大楼外墙尚未安装幕墙之前,通过大型吊车或在相应楼板上安装吊具/滑轮等工具,从室外将变压器吊上来。

经过技术、经济综合比较考虑后,该项目上楼变压器的运输采用第3种方式。

5 设计中一些建议

商业综合楼中不同业态类型租户的用电负荷标准不一样,相同业态不同招商落位租户提的用电量也不一样。该项目根据商管单位提资,不同业态电气指标如表1所示,-1F电量留余量20%,1F电量留余量15%,其余层电量留余量10%。

表1 不同业态电气指标

为了使配电系统具有一定的灵活性,便于在租户业态或用电负荷根据招商落位调整的情况下,尽量减少变电所低压开关柜出线开关、电缆的修改,建议用于租户的配电干线采用母线槽供电,通过插接箱接入不同楼层强电井配电柜。由于母线槽供电容量大,所带负荷多,各设备的同时系数较低,在租户用电负荷在招商变动不是很大的情况下,直接更换或增加楼层强电井插接箱即可。

中庭活动用电、室外活动用电、LED大屏用电、室外贩售点电源、立面夜景照明、室外景观照明用电等均需业主商管运营部门尽早介入,有利于供配电系统的整体规划设计及满足后期运营使用的需要。租户业态的变化尤其是地下室区域的餐饮租户耗电量较大,根据公消[2016]113号文“关于加强超大城市综合体消防安全工作的指导意见”,总建筑面积大于10万m2的商业综合体,餐饮场所严禁使用液化石油气,设置在地下的餐饮场所严禁使用燃气。因此在地下室的餐饮厨房只能采用用电设备,需预留较多电量才能满足地下餐饮租户使用需求。

各商业综合楼租户的配电箱柜,建议安装在租户的后场区。除主力店(如超市,儿童活动区等面积大的租户)外,租户内的空调室内机、风机盘管等用电设备,可由租户配电箱直接供电,租户的排风风机、排油烟机、送风风机等设备若安装在屋顶,可由租户的配电箱配出回路,沿着相应土建风井内壁(可尽量选用补风井,因为排油烟管道温度较高),敷设到相应风机,便于租户预付费电表电费的计量。对于主力店租户,可单独设置动力设备配电箱用于空调机组、风机配电。

商业区域步行街强电井通常设置在后场或前后场交界区域,考虑到电压降及节省0.4 kV电缆长度,建议强电井间距可按80 m左右设置。因商业租户用电量较大,尤其是1F及-1F各种中庭及商业活动用电较多,商业区域强电井面积建议按不少于6 m2设置。对于住宅楼强电井,需根据当地电业规定要求及住户电表箱尺寸设置。