某環球中心供配電系統設計與分析

白建光 楊煒棟

一、工程概況

本項目總建筑面積為29.1萬m2。地下室共四層，其中地下一層為商業，地下二層至地下四層為車庫，建筑面積為9.1萬m2；A棟為41層的超高層辦公樓，建筑高度為215m，建筑面積為7.4萬m2；B棟為45層的超高層辦公樓，建筑高度為215m，建筑面積為8.6萬m2；C棟為住宅，建筑高度為93m，建筑面積為1.8萬m2；裙房一層～四層為商業，建筑面積為2.2萬m2。

二、負荷分級及供電電源

本項目屬一類超高層特大型建筑群，所有消防用電均為一級負荷；走道照明，主要業務和計算機系統，安防系統、弱電機房，客梯，排污泵等用電均為一級負荷；中型商店建筑營業廳的照明為二級負荷；一般照明、動力、空調設備等用電為三級負荷。

根據項目規模及用電負荷特性，本工程采用兩路獨立的10kV高壓電源同時供電，互為備用，各帶一半負荷。要求此兩路10kV電源為雙重電源彼此獨立、互不影響，不能同時斷電。當一路電源故障或檢修斷電時，另一路電源承擔全部一、二級負荷。為保證消防負荷和重要負荷的供電可靠性，另設一臺應急自啟動型柴油發電機作為備供電源。

三、負荷計算

除住宅樓外，本工程總安裝容量為29315kW（其中消防設備安裝容量為4555kW）。除消防負荷外，經無功補償后，計算負荷為19524kVA，選取變壓器18臺，變壓器總容量26200kVA，平均負荷率為74%。另設應急自啟動柴油發電機1臺，常用功率為1500kW，備用功率為1875kW。

四、變配電所的設置

由于本項目用電設備較多，用電設備性質復雜，因此變配電所的規模相對較大。另外本項目處于城市中心地段，地下一層為商業用房，寸土寸金，因此將變配電所設在地下二層，且靠近冷凍站及水泵房等設備用房區域。

由于變配電所的位置選擇應滿足深入或接近負荷中心，進出線及設備運輸要方便，并盡量減小低壓線路的供電半徑等原則，因此本工程設置6座10kV專用變配電房及1座10kV公用變配電房，見圖1。公用變配電房由供電部門設計，本文中僅介紹專用變配電所的設計：1#商業變配電所(兼中心配電室)設于南區地下二層，為南區的商業、地下室及冷凍站供電；2#商業變配電所設于北區地下二層，為北區的商業及地下室供電；A棟1#辦公變配電所設于北區地下二層，為其低區及冷凍站供電；A棟2#辦公變配電所設于29層，為其高區供電；B棟1#辦公變配電所設于南區地下二層，為其低區及冷凍站供電；B棟2#辦公變配電所設于21層，為其高區供電。

各變配電所變壓器容量選擇如下：1#商業變配電所變壓器容量為1600kVAx2+1000kVAx2，其中2臺1000kVA變壓器為商業冷凍站負荷專用；2#商業變配電所變壓器容量為1600kVAx2； A棟1#辦公變配電所變壓器容量為1600kVAx2+1250kVAx2，其中2臺1250kVA變壓器為A棟冷凍站負荷專用；A棟2#辦公變配電所變壓器容量為1250kVAx2；B棟1#辦公變配電所變壓器容量為1600kVAx2+1600kVAx2，其中2臺1600kVA變壓器為B棟冷凍站負荷專用；B棟2#辦公變配電所變壓器容量為1600kVAx2。

圖1 變配電所設置示意圖

五、10kV供配電系統

由開閉所引來兩路獨立的10kV高壓電源作為本工程的供電電源。此兩路10kV電源引至1#商業變配電所內，其余變配電所作為分變配電所，10kV電源均由1#商業變配電所引來。1#商業變配電所內10kV高壓系統采用單母線分段運行方式，中間設聯絡開關，平時兩路電源同時供電，分列運行，互為備用。當一路10kV電源故障或檢修斷電時，通過手/自動操作聯絡開關，由另一路10kV電源給事故段母線上需繼續運行的重要負荷供電。高壓主進開關與聯絡開關之間設電氣聯鎖，確保任何情況下只能合其中的兩個開關。其余分變配電所10kV高壓系統為單母線運行方式，詳見圖2。

圖2 變配電所供配電系統示意圖

六、220/380V供配電系統

所有的低壓配電系統均由不同10kV母線段供電的每兩臺變壓器結成單母線分段系統組成，平時低壓母線分列運行，當一臺變壓器故障時，母聯開關可根據需要手動投入，由另一臺變壓器供給兩段母線重要負荷供電，手動投切轉換時應先斷開非保證負荷，以保證變壓器正常工作。兩臺主開關與聯絡開關設電氣聯鎖，任何情況下只能合其中的兩個開關。

當城市電網的兩路電源停電后，柴油發電機作為應急電源接入應急母線段，確保消防負荷及重要負荷的可靠供電。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列運行。

其中6臺變壓器是冷凍站專用變壓器，每兩臺變壓器之間組成低壓單母線分段系統，平時低壓母線分列運行，當一路10kV進線或一臺變壓器故障時，低壓聯絡開關可依據需要手動投入，由另一臺變壓器供給兩段母線重要負荷用電。兩臺主開關與聯絡開關設電氣聯鎖，任何情況下只能合其中的兩個開關。

七、電力配電系統設計

低壓保護接地型式采用TN-S系統。低壓配電系統采用樹干式及放射式相結合供電方式。對于單臺容量較大的負荷或消防等重要負荷采用放射式供電，對于照明及一般電力負荷采用分區樹干式與放射式相結合的供電方式。

消防負荷采用雙電源供電并在最末一級配電箱處設置自動切換裝置；一級負荷采用雙電源供電并在合適位置設置自動切換裝置；二級負荷采用雙電源供電并在合適位置設置自動切換裝置或采用專用的供電回路單電源供電；三級負荷均采用單電源供電。

八、對供電可靠性的分析

以1#商業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，這時可人工或自動閉合聯絡開關，由另一路電源承擔全部重要負荷。

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，可將母聯開關人工閉合，由另一臺變壓器供給兩段母線重要負荷用電。當兩路10kV電源同時故障停電時，特別重要的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，通過火災自動報警系統消防聯動模塊動作將非消防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，確保綜合體的供電可靠性。