某商業綜合體建筑供配電設計

王 堅, 付明民

[同濟大學建筑設計研究院(集團)有限公司, 上海 200092]

0 引 言

隨著科技的發展和社會的進步,商業綜合體建筑數量日益增多,其面積大、功能業態多,如商業、辦公、酒店、住宅、車庫等,對供配電設計的合理性、可靠性、安全性提出了較高的要求[1-3]。本文介紹了某商業綜合體建筑供配電設計,可為電氣設計人員提供參考。

1 項目概況

江蘇省某項目總建筑面積約為27.2萬m2,其中地上建筑面積為17.2萬m2,包括1棟33層超高層塔樓,建筑高度為148 m,主要功能為辦公、商住式公寓;3棟30層住宅,建筑高度為99.8 m;裙房為商業,建筑高度自24.9 m至45 m由西向東階梯式上升。該項目商業面積約為75 515 m2,為大型商店建筑;地下建筑面積10萬m2,共4層,主要功能為地下停車以及相關設備用房,為大型Ⅰ類車庫。

2 負荷等級

總體布局示意圖如圖1所示。

圖1 總體布局示意圖

該項目屬一類高層建筑,按一級負荷供電[4-7]。

(1) 一級負荷。消防用電設備(消防控制室內的火災自動報警控制器及聯動控制臺、消防水泵、防排煙設備、自動滅火系統、消防電梯、電動防火卷簾、消防應急照明、疏散指示標志等)、走道照明、值班照明、警衛照明、障礙照明、弱電監控系統、收銀系統、防盜報警系統、客梯、排水泵、生活水泵、收銀臺、營業廳備用照明、商業的經營管理用計算機系統用電、信息網絡系統、電子信息設備機房用電、安防系統用電、車庫照明用電、機械式停車設備。商業的經營管理用計算機系統用電、信息網絡系統、電子信息設備機房用電為一級負荷中特別重要負荷。

(2) 二級負荷。自動扶梯、貨梯、經營用冷凍及冷藏系統、營業廳照明、空調和鍋爐房用電等。

(3) 三級負荷。其他照明及電力負荷。

3 供配電系統

3.1 供電容量的確定

在報電力規劃階段,該項目有住宅建筑和商業、辦公建筑,根據當地供電規定,住宅建筑變電所(公變)和商業、辦公建筑變電所(專變)需分開設置。在計算所需供電總容量時,配電變壓器容量配置系數Kp根據當地用電標準規定選取,其中住戶負荷:50戶及以下,Kp為0.7;50戶以上,200戶以下,Kp為0.6;200戶及以上,Kp為0.5。電動汽車充電樁:當車位總數小于200時,Kp取0.4,當車位總數為200及以上時,Kp取0.3;低壓供電的公共服務設施,Kp取0.8。

(1) 接入公變負荷。住宅部分:120 m2及以下703戶,每戶配置8 kW,合計5624 kW;120～150 m248戶,每戶配置12 kW,合計576 kW;200～300 m24戶,每戶配置25 kW,合計100 kW。公建部分:一、二類負荷,電梯、公共區域照明、污水泵、生活泵房等合計350 kW;三類負荷,社區服務面積為595 m2,合計35.7 kW;充電樁76個,合計532 kW;地下車庫面積為28 550 m2,按40 W/m2測算,合計1 142 kW。因此,總計容量為4 612.56 kW。

(2) 超高層塔樓接入專變負荷(寫字樓、商住式公寓)。商住式公寓:120 m2及以下480戶,每戶配置8 kW,合計3 840 kW。公建部分:一、二類負荷,電梯、公共區域照明,生活泵房等合計250 kW;三類負荷,社區服務面積為1 080 m2,合計64.8 kW;頂部三層辦公面積為2 822 m2,按100 W/m2計算,合計282.2 kW。因此,總計容量為2 447.6 kW。

(3) 商業區及車庫接入專變的負荷。商業部分:商業面積為92 605 m2,按150 W/m2計算,合計13 890.75 kW;充電樁100個,合計700 kW;地下車庫面積為56 458 m2,按40 W/m2測算,合計2 258.32 kW。因此,總計容量為13 199 kW。

(4) 受電工程方案。計算所需負荷總容量為20 259 kW。根據當地不同等級電業供電容量范圍標準,采用4路10 kV供電,其中住宅設置2處變電所,供電容量為4 800 kVA;辦公塔樓設置1處變電所,供電容量為3 200 kVA;商業設置5處變電所,供電容量為16 000 kVA。在-1F新建10 kV用戶開關站1座。變電所分配示意圖如圖2所示。

3.2 配電系統

該項目采用4路10 kV同時供電的方式,其中每兩路10 kV為一組,互相獨立,10 kV采用單母線分段方案,兩路電源同時工作,互為備用,當其中一路中斷供電時,其余線路應能滿足全部一級負荷及二級負荷的供電要求。

10 kV開關站內設置金屬鎧裝中置式開關柜,防護等級IP3X,10 kV斷路器分段能力為25 kA。10 kV主接線采取單母線分段,并設置母聯開關,兩路電源同時供電,當一路電源或一側線路發生故障時,另一路電源和另一側線路應不致同時受到損壞。

繼電保護方式:10 kV進線主開關采用過流、速斷;10 kV出線分開關采用過流、速斷、單相接地故障;10/0.4 kV變壓器均設置溫度保護(變壓器保護);各繼電保護單元均采用綜保裝置,并帶有通信接口。

10 kV操作電源采用直流操作方式,10 kV開關站設置110 V/80 Ah全封閉鉛酸免維護電池直流屏。

10/0.4 kV變電所內變壓器低壓主接線采取單母線分段,兩段母線之間設置母聯開關,采用手動聯絡方式,電氣加機械聯鎖。當上級任一路10 kV電源斷電時,另一側可帶全部一、二級負荷的供電。變電所10 kV中壓側設變壓器溫度保護(過溫發信,超溫跳閘);2 000 kVA變壓器低壓側低壓斷路器分斷能力要求達到50 kA以上,800 kVA變壓器低壓側低壓斷路器分斷能力要求達到35 kA以上。變壓器低壓側主開關擬采用長延時、短路短延時保護。

變壓器選用環氧樹脂澆注低噪聲干式變壓器,絕緣水平H級,外殼防護等級IP3X,帶溫控裝置和強冷風扇。變壓器0.4 kV低壓側設置成套靜電電容器自動補償裝置,以集中補償形式使高壓側的功率因數提高到0.9以上,其中單相補償容量占40%,三相補償容量占60%。補償柜采用了帶有消除諧波的電抗器,電抗率為7%。10/0.4 kV變電所內低壓開關柜擬選用抽屜式低壓開關柜,防護等級IP3X。

變壓器低壓側主斷路器回路設置具有測量有功電能、無功電能、功率因數、三相電壓、三相電流、通信接口、2次～21次諧波分量的電表;10/0.4 kV低壓開關柜各饋線側設置具有測量有功電能、三相電壓、三相電流、通信接口功能的電表。

4 變電所

該項目10 kV開關站設置在-1F靠外墻部位,便于市政10 kV電源的接入。-1F大部分區域為商業區,除超高層塔樓10/0.4 kV變電所外,其余各10/0.4 kV變電所分散布置在-2F、-3F,不設置在最底層-4F,并在暖通冷凍機房附近單獨設置一座10/0.4 kV變電所,有利于節省0.4 kV電纜、母線槽長度,用于冷凍機房設備的配電。10 kV開關站及10/0.4 kV變電所位置、面積、凈高滿足相關規范及當地電業設計要求。位于地下室的10 kV開關站及10/0.4 kV變電所內變配電設備,通過機動車車道運輸。分散布置各10 kV變電所有利于深入負荷中心,減少0.4 kV低壓電纜長度及電纜壓降,并可使0.4 kV低壓電纜橋架分散布置,避免由于低壓電纜橋架集中布置,互相疊加導致的樓層凈高過低。盡量采用容量較大的變壓器,有利于節省變電所面積,降低用電負荷同時系數。

超高層辦公塔樓建筑高度為148 m,考慮到配電干線壓降不超過2%,用于超高層辦公塔樓配電的10/0.4 kV變電所需靠近塔樓核心筒強電井設置,以減少0.4 kV低壓電纜的供電長度。該項目用于辦公塔樓的10/0.4 kV變電所設置在5F靠近核心筒強電井位置。

對于超高層上樓變壓器的運輸,可以采用以下幾種方式。

(1) 采用電梯井道運輸。將電梯轎廂降至地下層,在電梯井道頂采用電葫蘆將變壓器從首層吊至相應層,800 kVA變壓器尺寸約2 000 mm(寬)×1 400 mm(深)×1 000 mm(高)。該項目塔樓辦公區域最大電梯井道尺寸為2 600 mm(長)×2 600 mm(寬)。

(2) 采用電梯轎廂運輸。1 000 kVA變壓器約為3 260 kg,800 kVA變壓器約為2 940 kg。該項目辦公樓塔樓區域最大載重電梯為1.6 t,5層變電所內設置2臺800 kVA變壓器,因此若采用電梯轎廂運行方式,需提升電梯載重量(設置載重量大的貨梯等)。若采用將變壓器進行拆裝后運輸到避難層變電所,再進行組裝的方式,需要進行變壓器的損耗實驗。

(3) 采用室外運輸。在大樓外墻尚未安裝幕墻之前,通過大型吊車或在相應樓板上安裝吊具/滑輪等工具,從室外將變壓器吊上來。

經過技術、經濟綜合比較考慮后,該項目上樓變壓器的運輸采用第3種方式。

5 設計中一些建議

商業綜合樓中不同業態類型租戶的用電負荷標準不一樣,相同業態不同招商落位租戶提的用電量也不一樣。該項目根據商管單位提資,不同業態電氣指標如表1所示,-1F電量留余量20%,1F電量留余量15%,其余層電量留余量10%。

表1 不同業態電氣指標

為了使配電系統具有一定的靈活性,便于在租戶業態或用電負荷根據招商落位調整的情況下,盡量減少變電所低壓開關柜出線開關、電纜的修改,建議用于租戶的配電干線采用母線槽供電,通過插接箱接入不同樓層強電井配電柜。由于母線槽供電容量大,所帶負荷多,各設備的同時系數較低,在租戶用電負荷在招商變動不是很大的情況下,直接更換或增加樓層強電井插接箱即可。

中庭活動用電、室外活動用電、LED大屏用電、室外販售點電源、立面夜景照明、室外景觀照明用電等均需業主商管運營部門盡早介入,有利于供配電系統的整體規劃設計及滿足后期運營使用的需要。租戶業態的變化尤其是地下室區域的餐飲租戶耗電量較大,根據公消[2016]113號文“關于加強超大城市綜合體消防安全工作的指導意見”,總建筑面積大于10萬m2的商業綜合體,餐飲場所嚴禁使用液化石油氣,設置在地下的餐飲場所嚴禁使用燃氣。因此在地下室的餐飲廚房只能采用用電設備,需預留較多電量才能滿足地下餐飲租戶使用需求。

各商業綜合樓租戶的配電箱柜,建議安裝在租戶的后場區。除主力店(如超市,兒童活動區等面積大的租戶)外,租戶內的空調室內機、風機盤管等用電設備,可由租戶配電箱直接供電,租戶的排風風機、排油煙機、送風風機等設備若安裝在屋頂,可由租戶的配電箱配出回路,沿著相應土建風井內壁(可盡量選用補風井,因為排油煙管道溫度較高),敷設到相應風機,便于租戶預付費電表電費的計量。對于主力店租戶,可單獨設置動力設備配電箱用于空調機組、風機配電。

商業區域步行街強電井通常設置在后場或前后場交界區域,考慮到電壓降及節省0.4 kV電纜長度,建議強電井間距可按80 m左右設置。因商業租戶用電量較大,尤其是1F及-1F各種中庭及商業活動用電較多,商業區域強電井面積建議按不少于6 m2設置。對于住宅樓強電井,需根據當地電業規定要求及住戶電表箱尺寸設置。

6 結 語

商業綜合體自身的功能多樣性、特殊性、復雜性,相應的供配電設計具有系統復雜、用電負荷大、供電距離長等特點,商業綜合體供配電設計是否合理、節能、安全可靠,對于建筑內各電力設備及用電設備的穩定運行使用、維護有重要意義。