大型高層民用建筑電源引入方式探討

馬占敖，張永全

MA Zhan-ao1，ZHANG Yong-quan2

（1.吉林建筑工程學院 電氣與電子信息工程學院，長春 130021；2.吉林省建筑設計院 二所，長春 130024）

0 引言

眾所周知，大型高層民用建筑用電負荷容量大，供電可靠性要求高，其電源線的引入方式和其負荷性質及容量有關，當負荷性質、容量確定后引入線的方式也隨之確定。就高層民用建筑而言，一般都需要兩路高壓電源，但是，當高層建筑的負荷超過一定數量時，因受電網及電纜供電能力的限制，一般而言，需要用增強電源引入線數量或提高電壓等級來提高供電能力的方法加以解決。結合“新世紀廣場”項目方案，對大型高層民用建筑的電源引入方式及相關問題進行初步探討。

1 “新世紀廣場”項目電源引入方式

“新世紀廣場”項目是由香港發盛公司投資興建的一座集購物、餐飲娛樂、辦公、商住等為一體的超高層現代化大廈。建筑面積17萬m2，計劃設1600kVA變壓器10臺。下面分三個方案進行討論。

方案 I 電源采用兩路10kV300mm2交聯電纜引入同時供電，并組成單母線分段系統供電（如圖1所示）。

300mm2電纜載流量為598A（土壤平均溫度t=25oC，土壤熱阻系數p=80）,平均每路引入線帶5臺變壓器，計8000kVA，其額定電流為462A。設每臺變壓器均在75%負荷下運行，則每路引入線的計算電流為：

I1=0.75Ie=0.75×462=347A

當一路引入線故障或電源故障時，另一路引入線的負荷為：

I2=2I1=2×347=694A

且694A＞598A（3000mm2電纜載流量），可見，另一路引入線不能承擔全部負荷，只能限電運行。

方案Ⅱ 仍然采用兩路10kV電源引入，但每路引入線都采用兩條電纜并聯使用（如圖2所示）

圖2 兩路電纜并聯供電系統圖

此方案在任何一個電源發生故障時，另一路電源可帶100% 負荷。

方案Ⅲ 采用三路電源引入方式，兩用一備（如圖3所示）進線采用185 mm2電纜，此方案在任何一路電源發生故障時，另外兩路電源可帶100%負荷 。當不能從電網取得三路電源時，其中任意兩路電源均可接自同一上級變電所的同一母線段。

圖3 三條電纜并聯供電系統圖

以上我們只討論了三種電源引入方式和其構成的三種不同的方案，比較而言，方案Ⅲ具有更高的供電可靠性，而且，檢修、運行也較為靈活方便。

2 電源引入線數量確定方法的探討

通過上述對“新世紀廣場”項目方案的討論，可以看出，當某些大型高層建筑的負荷容量很大時，兩路10kV電源引入方式，因受電網和電纜供電能力的限制，也顯得有些力不從心。而無限量增大供電電纜截面的方法也是不明智的。但提高供電電壓等級又受到城市供電網絡的限制而難以實現。所以，當出現上述情況時，只有用增加引入線數量的方法解決。引入線數量增加后組成的多種方案，我們暫不去探討。這里只按目前我國10kV交聯電纜的規格和其載流量，求出幾種電纜所能輸送的最大容量，同時，以其最大輸送能力為極限，探討當計算容量為多大時，應采用兩路以上電源引入方式。

設：功率因數；允許電壓偏移△U=±7%

已知：P=Scos?；△U%=△u%PL；L=△U%/△u%P

式中P一線路通過的有功功率（kW）；S一線路通過的視在功率（kVA）；△u%一線路每mW.km電壓偏移百分數（△u%=0.14）

則：P= Scos?=10 000×0.9=9 000kW

即當計算負荷為10 000kVA、功率因數為0.9、允許電壓偏差為±7%時，300 mm2電纜的最大供電半徑為5.6km,這一半徑一般均在城市二次變電所的供電范圍之內。所以，我們可以得出這樣的結論：當大型高層建筑計算容量超過10 000kVA時，就應考慮兩路以上10kV電源引入方式。在日本，電力公司規定，當合同電力在10 000kW以下時，可采用10kV或20kV電壓等級入戶，而在10 000kW以上時，就應采用60kV電壓入戶。可見，雖然兩者的分界方法不同，但其分界功率是相近的。

上述方法是在目前城市電網電壓不能改變的情況下，以增加電源引入線數量來提高輸電能力的一種方法，顯然欠科學性的和經濟性。下面把日本一些大型高層建筑的實際受電電壓和電源引入方式介紹給大家，以便探討和借鑒。

據資料介紹，在發達國家從40年代至60年代起，已相繼發展和采用20kV做為配電電壓。不僅如此，日本電力公司還規定，一般50kW以上要采用高壓（6kV）供電，2000kW以上采用特高壓（10，20kV）供電，10 000kW以上采用60kV供電

日本高層建筑的供電電壓，最低是我國城市電網的2倍，為20kV。電源的引入方式也靈活可靠，并以點狀和環狀網絡為多。特別是點狀網絡供電方式，用在城市負荷密度大的地區，能更好地提高供電的可靠性。

表1 日本超高層建筑受電電壓和方式

綜上所述，在我國，隨著城市用電負荷的大幅度增加，傳統的10kV電網將越來越顯得力不從心。根據我國用電情況和使用要求，有關供電部門和發電廠應盡快提高供電質量和電網電壓，以適應我國電氣行業發展的需要，滿足使用要求，改變我國電網電壓一成不變的狀況。如果能把10kV改為20kV以上，不但可以提高供電質量，而且，可以節約大量的有色金屬，減少功率損耗，同時，又可以提高供電能力，增大供電半徑，這樣，不但會收到良好的經濟效益，而且，技術上也是可行的。

3 結論

一座大型超高層建筑，相當于一個中小水平的城鎮，是一個城中之城。不但其供電的可靠性不容質疑，而且，不應使其供電能力和供電質量在一路電源引入線故障時受到限制。顯然，限電運動的方式是不可取的，最低在設計上應是這樣，因為系統設計具有超前能力，以便能在城市電網供電水平改善后，而不致缺憾。

當建筑物總計算容量超過10 000kVA時，在經濟技術允許的條件下，應考慮兩路以上電源引入，第三路引入電源可以來自第一或第二電源的同一變電所的同一母線段。

在用電量密集的大中城市和地區，應當考慮20kV的電壓進入用戶。有關規程的制定應從宏觀的角度出發，借鑒發達國家的經驗，先行制定出相應的法規，改變目前我國10kV一統天下的局面。這些法規，也可以在新興城市和開發區等開始執行，其他區新建工程中的高壓配電設備，應選用高一個電壓等級的設備，一旦條件成熟則進行升壓改制。

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