建發國際大廈電氣負荷計算及變壓器選型啟示

顏秀煥

(建發房地產集團有限公司 福建廈門 361008)

1 項目概況

1.1 原設計

廈門“建發國際大廈”項目總建筑面積：181 750m2(含地下室)；其中，辦公總面積：80 706m2；商場總面積： 36 785m2；餐飲總面積：7633m2；地下車庫面積：51 093m2；避難層面積: 3902m2(含設備機房)。

建筑層數：辦公樓建筑地上49層地下3層, 建筑總高約219.85m。

商場樓地上57層，建筑總高約24.70m～33.70m。

主力樓地上5層，建筑總高約28.00m。

餐飲樓地上8層，建筑總高約39.20m。

設計效果圖及實景圖如圖1～圖2所示。

圖1 東向效果圖 圖2 東向實景圖

1.2 辦公樓平面布置

辦公樓首層除入口大堂外，為商業銀行和咖啡廳，延續商業街的流線。

辦公樓電梯大堂設在二層，利用自動扶梯和首層連接，遠望海景。

整個建筑體平面成長方形，長邊朝海，平面布置以方正實用為主，通過核芯筒配合外立面造型，保持內部空間的方正。

頂部設直升機停機坪，滿足大廈消防安全疏散施救的需要，也可成為將來貴賓的交通場地。

1.3 商業樓主力店和餐飲樓平面布置

建筑首層與地下商業街連接，并與相鄰地下商業連通，加強與西面廈門金融中心大廈地塊連貫性。

商店圍繞中庭部置，西北角布置面積較大的主力店，東北角布置餐飲樓，兩棟樓采用獨立建筑形式，使其擁有更多的外展示面。

原設計地下一層到七層商業業態，如圖3～圖10所示。

圖3 地下一層平面圖

圖4 一層平面圖

圖5 二層平面圖

圖6 三層平面圖

圖7 四層平面圖

圖8 五層平面圖

圖9 六層平面圖

圖10 七層平面圖

2 電氣方案設計情況

建發國際大廈設計之初，項目團隊考察了北京上海多棟知名的超高層寫字樓，經過多方面比選，選中上海的恒隆廣場作為對標設計參照物；同時，考慮到超高層建筑用電負荷密度與建筑的功能面積高度以及附屬功能等因素有關，在選用負荷指標時參考了張九根的《高層建筑電氣設計基礎》以及《超高層建筑電氣設計》等資料[1]。

2.1 負荷計算

根據建發國際大廈各種業態面積的分布情況，在方案設計階段采用單位指標法計算大廈的計算負荷，并根據計算結果確定變壓器的容量和臺數[2]。

根據表1，三十一層至頂層計算負荷為2440.70kVA，擬在三十一層避難層3#變電所設4臺800kVA變壓器，負載率為0.76，變壓器在75%～85%的高效低耗區，實現經濟運行。

地下三層至三十層辦公層的商業及辦公負荷，計算負荷為12 054.61kVA，擬在地下一層1#變電所設4臺1250kVA變壓器2#變電所設4臺1600kVA+2臺2000kVA 變壓器，另設高壓冷凍機組2臺800kVA，負載率為0.71，比正常取值75%～85%低，主要考慮公建和商業建筑在后期改變經營業態作為餐飲的較多，故設計預留一些變壓器負載裕量為未來用電需求增加擴展空間。

變壓器總安裝容量合計：18 600kVA，高壓冷凍機組裝接容量：1600kVA，該工程總裝機容量為20 200kVA。

表1 建發國際大廈負荷計算表

2.2 供電方案設計

建發國際大廈主樓高219.85m，建筑面積達181 750m2，屬于大型超高層綜合性建筑，應按一級負荷等級供電。另外，該工程定位為高檔甲級智能寫字樓和高端商業，屬于重要的供電用戶。同時，考慮到該工程負荷容量情況，設計考慮采用兩路常用10kV電源專線供電，一路10kV電源備用供電。即由附近前埔變和嶺兜變各引一路10kV電源作為常用電直供，塔埔變引一路10kV電源作為備用電，3路電源進線兩用一備，每路電源容量10 100kVA，以電纜埋地形式引入地下一層，經電纜橋架引至1#10kV變電站。

自備應急電源供應，考慮在主樓的地下一層2#變電所邊上設置柴油發電機機房，內設2臺1600kW(常用功率) 發電機組并機運行，作為消防設備及其他重要設備的應急電源。由發電機組應急母線引至各消防負荷和重要負荷的應急電源與市電，在末端配電箱處切換。

2.3 變配電所設計

根據工程的負荷實際分布情況，以及變電所設在負荷中心的原則，該工程共設置3個變電所，分別位于地下一層(1#變電所——總變電所)地下一層(2#變電所)和三十一層避難層(3#變電所)。

考慮到管理供電距離節能等要求， 3個10kV/0.4kV分變電所具體配置情況如表2所示。

表2 變電所分布及變壓器配置表

2.4 供配電系統架構(圖11)

圖11 供配電系統架構圖

3 電氣施工圖設計情況

根據大廈各種具體的照明插座動力等負荷情況，采用需要系數法和同時系數法，計算大廈的實際計算負荷。

表3 T21變壓器——需要系數法計算負荷表

由表3可知，2#變電所的T21變壓器現在功率為1399.27kVA，若選用1600kVA變壓器，則負載率η=0.875，超過0.8，已經處于不經濟運行區域，且對未來發展沒有預留裕量；所以，根據變壓器節能措施和選型原則，選用大一級的變壓器，即選用容量為2000kVA的變壓器，這時負載率η=0.70，變壓器處于經濟運行區，也對未來發展留有足夠的裕量。

其他變壓器的選型過程同T21，不一一列舉。

4 后期業態變更變電所改造情況

(1)商業樓5層集團食堂范圍的餐廳和廚房面積擴大較多，其余部分為員工餐廳和配套廚房。

(2)商業樓6層原設計的員工活動中心和健身房，現改為會議層，7層無邊際泳池取消了。

(3)主力店原設計為大型商業業態，現全改為餐飲場所。

(4)餐飲樓仍然作為餐飲用途。

上述的業態變化，餐飲面積由原設計的7633m2上升到13 000m2，用電量增加了2200kW；集團食堂范圍面積擴大，導致了空調冷負荷和用電負荷的增加；其中，由于食堂廚房的用電設備很多，用電量比原設計增加了約500kW；兩者合計約增加用電量3000kVA，使得30層以下的用電計算負荷增加到(16 072.81+3000)× 0.75=14 305kVA，對應變壓器裝機容量為17 000kVA，負載率η=0.84，變壓器仍處于低功耗和經濟運行范圍。

由于設計前期已經考慮了商業招商可能引起的變更和后期改造擴容的可能性，在變壓器容量備用回路配電柜擴容方面都做了充分考慮。所以，上述業態變更增加的用電量，通過在2#變電所T21T25變壓器末端柜各增加一臺低壓柜(圖12)，以及利用一些原有備用回路來滿足新增用電負荷的配電，最終達到了商業營運的要求。

圖12 2#變電所設備布置圖

5 結語

綜上，雖然商業業態變化引起用電量大幅增加，

導致2#變電所增加了2面低壓柜(圖12中箭號所指)增加了若干配電出線回路，但未引起變壓器和前端高壓配電系統的改動，沒有傷筋動骨，這要歸功于前期設計對預期負荷和業態發展的精確預測和把控。

基此，建議對于大型公建或商業建筑，在設計之初負荷估算方面，應充分考慮該項目后期可能發生的業態變化和用電擴展裕量，變壓器選型應將預留的容量考慮進去，其負載率適當取高效低耗運行區內(75%～85%)的下限值或更低一些；當后期用電擴容時，變壓器的計算負載率也就提升到合理數值。

另外，用電擴容難免要增加低壓配電回路，原設計的備用回路常常不夠用；所以，變電所設計時，低壓柜排布方式建議按二字式排布，方便在變壓器的末端柜后擴增新柜，以增加低壓配電回路，滿足改造需要。