吳江松陵大道綜合交通樞紐供配電系統設計研究

楊詩偉

湖北工業大學（430068）

1 建筑概況

該項目包括城市交通樞紐、商業、配套、P+R 停車及住宅等功能，是集城市軌道、城市公交、城鄉班線、旅游集散中心、城市候機樓、車輛停車場等多種公共設施于一體，融商業、住宅、休閑、娛樂、城市景觀等功能的，建筑設計現代化、運營管理智慧化的綜合換乘樞紐和時尚鄰里型城市生活廣場[1]。

該項目地下和地上均為3 層，建筑高度為23.9 m。總建筑面積為257 424.52 m2，住宅及其配套地下室部分面積100 340.30 m2（公變配電），樞紐商業及其配套地下室面積157 084.22 m2（專變配電）。樞紐地上建筑面積為8 551.06 m2，商業地上建筑面積為31 683.44 m2，樞紐地下建筑面積102 584.09 m2，商業地下建筑面積14 265.63 m2。

2 負荷等級

結合《商店建筑電氣設計規范》（JGJ 392—2016）、《車庫建筑設計規范》（JGJ 100—2015）、《汽車庫、修車庫、停車場設計防火規范》（GB 50067—2014）、《交通建筑電氣設計規范》（JGJ 243—2011）中有關負荷等級規定，該項目以下用電均設計為一級負荷：商業區走道照明、應急照明、值班照明、警衛照明、信息網絡系統、電子信息設備機房、經營管理用計算機系統用電（屬于一級負荷中的特別重要負荷）、機房動力、消防用電負荷。汽車客運站應急照明、公共區域照明、管理用房照明及客運站電梯、排污水設備、生活水泵、商業區電梯、空調和鍋爐房用電為二級負荷。其他負荷等級為三級。

3 方案階段容量估算

根據《建筑電氣常用數據》（19DX101-1）、《商店建筑電氣設計規范》、《建筑電氣設計統計技術措施》中已經對項目中各業態用電量指標進行了總結歸納見表1。

表1 樞紐用電指標

根據上述用電指標對項目用電量進行估算，樞紐功能區約為2 830 kVA，自持商業約為7 590 kVA，樞紐停車場約為2 550 kVA，大巴充電樁約為1 200 kVA，總估算容量為146 95 kVA。

擬在項目1 層新設一個環網室，通過地下電纜引入10 kV×2 條市電線路。市政電源引入環網室后，經高壓開關站至南北變電站、大巴充電變電所。高壓開關柜為2 進10 出，向南北變電站、大巴充電變電所內變壓器提供電源。

4 初步設計及施工圖階段負荷計算

初步設計階段能夠取得水暖及相關工藝專業的用電設備容量，照明、插座及其他特殊用電負荷可按照單位指標法估算，兩部分用電之和按需要系數法計算得到總計算負荷。在施工圖階段，部分特殊用電負荷可取得設備容量資料，未明確部分依舊按照估算預留。

根據《建筑電氣常用數據》《建筑電氣設計統計技術措施》，對項目中各類常用負荷的需要系統及功率因素進行總結，再根據水暖專業及其他專業備功率及類型進行負荷計算，結果見表2。

表2 商業樞紐變電所負荷計算表

備用負荷、消防負荷兩類負荷非變壓器正常運行時需進行供電的負荷，計算變壓器容量時可去除這兩類負荷。但是對于正常運行的一級負荷需進行負荷校驗。根據變壓器運行方式，兩個變壓器高壓接自不同的母線段，低壓側采用單母線分段的接線方式，一級負荷分別有兩個變壓器作為主備電源。

5 自備應急電源容量計算

根據負荷統計表統計，該項目消防設置負荷共計4 392.2 kW，發生火災時啟動防火分區內的防火卷簾、應急照明、排煙風機、送風機、消防電梯、消防泵房水泵等消防設備。按照一個防火分區發生火災的狀況，相鄰的兩個防火分區做供電熱備，重新對消防負荷進行梳理。非消防負荷計量（非消防狀態市電停電時）負荷總計440.1 kW，消防負荷計算（消防狀態市電停電時）負荷總計473.4 kW。

根據計算結果選用備載800 kVA 柴油發電機組滿足自備電源要求，一般發電機組需保持常備啟動狀態，其安裝有自動啟動裝置。如果市電檢測裝置檢測到市電斷電，機組將第一時間啟動，而且可以在30 s 內快速投入正常帶負荷運行（一級負荷、一級中特別重要負荷）。當市電恢復供電后由電力監控系統自動切換并延時停機，連續供電時間應大于180 min。

應急照明采用應急照明集中電源裝置（EPS），EPS 的切換時間應≤0.25 s，其連續供電時間應≥1.5 h。蓄電池電源的供電方式為集中電源供電，集中電源可設置在消防控制室、低壓配電室、配電間內。如設置地方為配電間，容量應≤1 kW。如設置地方為消防控制室、低壓配電室，則應≤5 kW。集中設置的電源采用消防電源專用應急回路供電的方式，分散設置的則采用所在防火分區內的消防電源配電箱供電的方式。

為了保證消防控制室、主要業務和計算機系統用電、安防系統用電、電子信息設備機房用電、經營及設備管理用計算機系統用電的穩定性，設置不間斷電源裝置UPS 為這些設施提供應急電源。不間斷電源應有自動和手動旁路裝置。不間斷電源的基本容量按照E≥1.2 P 公式進行計算（E 為不間斷電源系統的基本容量，P 為電子信息設備的計算負荷）。

6 變配電系統接線形式

本工程按“兩路獨立的10 kV 供電、兩路同時使用，10 kV 側采取單母線分段不聯絡主接線方式”的原則設計。變電所低壓側應用的是單母線分段加手動/ 自動聯絡模式，電氣加機械聯鎖，正常情況下分列運行，如果一臺變壓器失電，另一臺則經強迫風冷后能夠承受所有一、二級負荷。具體如圖1 所示。

圖1 變電所低壓系統圖

低壓側運行方案: 正常運行情況下變壓器同時工作，分列運行QF1、QF2、QF4、QS1 合閘，QF3 斷開，轉換開關在市電位置運行；其中任一臺變壓器停運，相應停運變壓器主開關QF1 或QF2 分閘，卸載I 段、II 段母線非保障負荷，QF3 分閘，QF1 或QF2 合閘。任何情況下，不允許QF1、QF2、QF3 三個開關同時閉合。當正常電源QF1 和QF2 均失電時，啟動柴油發電機組，轉換開關轉至應急電源供電位置，為特別重要負荷供電。市電與柴油發電機通過PC 級ATS 實現兩路電源的切換運行。

7 低壓配電系統設計

本工程采用220 V/380 V 三相五線制供電，電源電纜由地下各變電所沿金屬橋架引入各用電區域電氣管井及樓層配電間。

普通用電設備負荷，一級負荷應由雙重電源的兩個低壓回路在末端處進行切換供電，二級負荷則通過兩臺變壓器不同母線的兩路電源供。在建筑物使用雙重電源供電模式，以及兩臺變壓器低壓側安裝有母聯開關的情況下，二級負荷可由任一段低壓母線單回路供電。三級負荷采用單電源單回路供電。一級負荷中特別重要負荷采用兩臺變壓器不同母線段，其中一個母線段為應急母線段。應急母線段接入柴油發電備用電源，并在母聯柜進行互備互投。

低壓配電干線主要包括以下三種形式。

1）樹干式配電。樹干式配電是直線供電，多個負荷由一條干線供電，供電有插接母線、電纜T 接、電纜預分支等多種形式。應急照明及商業公共照明負荷較小，采用兩條樹干供電電路進行供電。鏈式供電適用于距離配電箱較遠而彼此又接近的不重要的小容量用電設備，如消防負荷中防火卷簾、一般設備插座等用電設施配電采用此種供電形式，連接設備一般不超過5 臺、總容量不超過10 kW。

2）放射式配電。放射式配電是供電裝置集中在一處，負載遍布在周圍的一種配電形式，供電可靠性高，故障發生后影響范圍較小。空調熱泵機組、生活泵房、弱電機房、充電樁、樞紐辦公、監控室、戶外LED 大屏、泛光照明等普通用電負荷多采用此種方式。消防負荷中消防水泵、消防風機、消防電梯、消防控制室等的兩個供電回路采用變電所放射式供電。

3）樹干式+ 放射式配電。這種配電方式在負荷較小且較分散的用電負荷場景中使用較多。例如商業負荷、室內空調機組、事故風機、商業扶梯等負荷供電采用此種供電方案。

8 商鋪供電系統分析

商鋪配電的困難之處在于商鋪招商的需要及投資成本之間平衡點的把握。招商時租戶所需要的用電量遠遠大于實際所需要的用電量，且國內相關標準對用電系數的取值沒有相關規定。由于商鋪配電的主干線一般多采用母線槽且容量較大，此時若按照末端的配電原則則不經濟。

一般而言，參照大部分的招商要求，建議商業配電按照120 W/m2、餐飲按照300～400 W/m2考慮。此配置標準基本可滿足大多數租戶在招租時的要求，但租戶實際使用量會遠遠低于此配置標準，因此在干線選擇時考慮需要系數來降低投資成本。

9 結語

在設計交通樞紐建筑的供配電設計方案時，必須先做好交通樞紐建筑供電等級分析工作，再根據數據分析結果合理估算用電設備的負荷以及負荷分布的實際情況，最后確定變壓器的數量、高壓系統接線方式以及低壓負荷容量等相關參數。