武漢新城國際博覽中心供配電系統設計及其可靠性分析

中信集團武漢市建筑設計院 祝雪如

1 工程概況

武漢新城國際博覽中心展館項目總建筑面積約46.6萬m2，其中底層建筑面積約28.1萬m2，二層展館建筑面積約18.5萬 m2。展館層由12個140×72m矩形展館和10個三角形連接體圍合而成，其直徑約726m，凈展館面積約13萬m2，可提供7400個國際標準展位。二層室外展場平均寬度約80m，可提供約6萬的室外展館面積。底層為停車庫、商業用房和設備用房。建筑物主體高度27.5m，除二層部分為鋼結構外，其余為鋼混結構。本建筑耐火等級一級，屬一類防火建筑物。

2 負荷分級及供電電源

本工程屬一類高層特大型建筑， 其保安監控系統，火災自動報警及聯動控制設備、自動滅火系統、消防控制室、消防水泵、消防電梯、防火卷簾、防煙排煙設施、加壓風機、應急照明、疏散指示標志和電動的防火門、窗、卷簾、閥門等消防用電以及重要的計算機系統屬一級負荷，其中保安監控系統、管理用電子計算機系統和消防用電設備為一級負荷中的特別重要的負荷(應急負荷)。展覽用電及展示區的正常照明、排水泵等屬二級負荷。普通照明及動力負荷則為三級負荷。

根據展館的負荷特性，正常情況下要求雙回路電源同時供電，各帶約50%的負荷，互為備用，當一個電源故障停電時，另一個電源能承擔全部負荷。當兩個正常電源同時故障停電時，上述特別重要的負荷將由應急電源自啟動柴油發電機等供電。

3 負荷計算

本工程設備總安裝容量為41991kW，其中10kV設備安裝容量為9307kW，220/380V設備安裝容量為32684kW（其中消防設備安裝容量為5182kW）。除消防負荷外，220/380V負荷經無功補償（補償容量9600kVAR）后，計算負荷為24499kVA，選取平時用變壓器18臺，變壓器總容量為31400kVA，平均負荷率為78%。另選取消防專用變壓器1臺、容量為1000kVA。自啟動柴油發電機5臺，每臺常用功率為800kW，備用功率為880kW。

4 變配電所的設置

根據變配電所深入負荷中心和減小低壓配電半徑的原則，整個工程設置六座10kV變配電所，見 圖1。1#～4#變配電所分別向1#～3#、10#～12#、4#～6#、7#～9#展館及相對應的底層部分供電，5#變配電所是消防泵房的專用變配電所，6#變配電所是冷凍站的專用變配電所。

圖1 變配電所設置示意平面圖

各變配電所變壓器容量選擇結果如下：1#、2#變配電所變壓器容量為1600 kVA ×4=6400kVA；3#變配電所變壓器容量為1600 kVA×3+2000 kVA×1=6800kVA；4#變配電所變壓器容量為1600 kVA×3+2000 kVA ×1=6800kVA；在1#～4#變配電所內均設置4臺變壓器，其中3臺分別供給3個展館專用，另1臺供給相對應的一層停車庫、商業用房以及二層公共場所用電。在消防水泵房旁設置 5#變配電所，變壓器容量為1000kVA；在冷凍站旁設置6#變配電所，負荷為14307kVA，其中10kV電機負荷為9307kW，另設變壓器容量為2500 kVA ×2=5000kVA。另外在1#5#變配電所旁各設置一臺自啟動柴油發電機，每臺常用功率為800kW，備用功率為880kW。

5 10kV供配電系統

由附近市政110kV變電站不同母線段分別向1#、2#、3#、4#、6#變配電所各提供兩路10kV電源（其中5#變配電所10kV 電源由3#變配電所轉供），除6#變配電所外任一路電源均能負擔全部負荷。各變配電所10kV配電系統接線方式采用單母線分段、設母線聯絡開關。平時兩路電源同時供電，分列運行，互為熱備用。當一路電源故障時，通過手/自動(母聯BZT)操作聯絡開關，由另一路電源負擔全部負荷；6#變配電所當一路電源故障時，通過手動(母聯BZT)操作聯絡開關，由另一路電源給事故段母線上需繼續運行的機組供電，但總負荷不能超過設定值。兩路進線柜與聯絡柜加電氣聯鎖，只允許其中兩個開關合閘。5#變配電所兩路電源由 3#變配電所轉供，一用一備，進線開關設電氣及機械聯鎖，詳見圖2。

圖2 1～4#變配電所供配電系統示意圖

6 220／380V供配電系統

1#～4#變配電所低壓配電系統是由不同10kV母線段供電的每兩臺變壓器結成低壓單母線分段系統組成的，兩段母線均分成一般負荷母線段和應急負荷母線段。一般負荷母線段之間設母聯斷路器，一般負荷母線段和應急負荷母線段之間再與柴油發電機進線設互投開關，詳見圖2。在1號、2號變壓器之間及3號、4號變壓器之間組成單母線分段系統，平時低壓為母線分列運行，當一臺變壓器故障時，聯絡斷路器可根據需要手動或自動投入，由另一臺變壓器供給兩段母線重要負荷用電。兩臺主進線斷路器與聯絡斷路器設電氣聯鎖，任何情況下只能合其中的兩個斷路器。

當城市電網的兩回電源停電后，柴油發電機作為應急電源接入應急母線段，確保應急負荷可靠供電。應急電源與正常電源采取雙電源機械電氣閉鎖互投方式防止并聯運行。

5#變配電所是消防水泵專用的變配電所，由兩路10kV專用回路一用一備供電，并設置一臺柴油發電機為第三電源作備供、與變壓器低壓側出線采用機械電氣聯鎖互投開關并接在低壓母線上，直接給各類消防泵配電，詳見圖3。

6#變配電所是冷凍站專用的變配電所，高壓冷凍機由10kV系統直接供電，兩臺變壓器之間組成單母線分段系統，平時低壓母線分列運行，當10kV進線一路故障或一臺變壓器故障時，低壓聯絡斷路器可根據需要手動或自動投入，由另一臺變壓器供給兩段母線大部分負荷用電。兩臺主進線斷路器與聯絡斷路器設電氣聯鎖，任何情況下只能合其中的兩個斷路器。詳圖4。

圖3 5#變配電所供配電系統圖

7 電力配電系統設計

低壓配電系統接地形式采用TN-S系統。

對展覽用電負荷采用放射式與樹干式相結合配電，由變配電所采用預制分支電纜通過展廳主溝-次溝至每個展位箱供電。

消防控制室、消防電梯、防煙排煙風機、應急照明、計算機設備、電話機房、變配電所用電等消防負荷和特別重要負荷采用雙回路專用線路供電，并在最末一級配電箱處設置雙電源自動切換裝置。

其他電力設備和照明配電箱采用放射式或樹干式配電。冷凍機和水泵等大容量設備均采用放射式配電方式供電。

8 對供電可靠性的分析

以1#變配電所為例試分析一下其供電可靠性，從圖2可見正常情況下兩路10kV電源同時供電，兩段10kV母線分列運行、各帶約50%的負荷，互為備用。當一路電源故障停電時，其進線開關斷開，這時母聯開關可人工或自動閉合，由另一路電源承擔全部負荷。

低壓系統正常情況下也是母線分段分列運行，當一臺變壓器故障或檢修時，可以將母聯開關人工或自動閉合，由另一臺變壓器供給兩段母線重要負荷用電。若有必要，還可以人工啟動柴油發電機，通過機械電氣互鎖雙投開關對重要負荷（展館照明等）單獨供電（此處按規范采取了防止并列運行的措施）。

圖4 6#變配電所供配電系統圖

當兩路10kV電源同時故障停電時，特別重要的負荷(應急負荷)和重要負荷將由自備應急電源自啟動柴油發電機供電。若此時又發生火災，通過火災報警系統聯動模塊動作將重要負荷的聯絡開關斷開，以確保消防負荷得到可靠供電。

通過以上分析可以看出：本供配電系統以市電為第一、二電源，柴油發電機等為第三電源，在運行方式具備充分靈活性的前提下，無論遇到任何故障都能完全滿足相關規范對各級負荷供電措施的要求，確保了展館的供電可靠性。

[1] 中國航空工業規劃設計研究院. 工業與民用配電設計手冊第三版[M]. 北京：中國電力出版社，2005.

[2] 中國建筑標準設計研究所. 全國民用建筑工程設計技術措施[M].北京：中國計劃出版社，2009.

[3] 中國建筑學會建筑電氣分會. 民用建筑電氣設計規范實施指南[M]. 北京：中國電力出版社.