某超高層建筑供配電設計分析

陸健文

南京長江都市建筑設計股份有限公司，江蘇 南京 210002

0 引言

根據《民用建筑設計統一標準》（GB 50352—2019）的定義，建筑高度超過100 m，無論是住宅建筑還是公共建筑，均屬于超高層建筑。隨著超高層建筑高度的不斷增加，供配電系統的設計也隨之復雜化，建筑高度增加對供配電系統的安全性、合理性提出了更加嚴格的要求[1-3]。

1 工程概況

案例工程位于南京市，為一棟建筑高度為500 m的超高層公共建筑。該建筑地下有4層，主要為地下車庫及相關設備用房；地上有102層，其中1～3層為商業裙房，4～80層為辦公用房，81～102層為酒店。該工程地下總建筑面積為57 530 m2，地上總建筑面積為269 868 m2，其中商業裙房36 543 m2，辦公室188 666 m2，酒店44659 m2。

2 負荷分級

（1）一級負荷中特別重要的負荷：超高層公共建筑消防負荷，如消防水泵、消防電梯、防排煙及加壓風機、應急照明及疏散照明、消防控制室等；五星級酒店經營及設備管理用計算機系統用電。

（2）一級負荷：超高層公共建筑的走道照明、排污泵、生活水泵、客體用電等；五星級酒店的宴會廳、廚房、餐廳、康樂設施、門廳及高級客房照明、弱電安保、通信機房、商業備用照明等。

（3）二級負荷：商業自動扶梯、電影院、五星級酒店中除一級負荷外的其他用電、辦公特殊用電等。

（4）三級負荷：其他普通照明及普通動力等。

3 供電電源

根據《供配電系統設計規范》（GB 50052—2009）的要求，一級負荷應由雙重電源供電，當一個電源發生故障時，另一個電源可以發揮作用；一級負荷中特別重要的負荷除應由雙重電源供電外，還應增設應急電源。

據統計，該項目所有用電設備的計算負荷為19 797.7 kW，其中一級負荷平時負荷（含一級負荷中特別重要的負荷）為4 060.1 kW，一級負荷消防負荷（含一級負荷中特別重要的負荷）為4 812 kW，二級負荷為2 853.3 kW，總裝機容量27 700 kVA。

當地供電公司規定，用戶申請容量在8 000 kVA以下時，宜采用10 kV電壓供電；城鎮或高新技術（經濟）開發區內的用戶申請容量超過8 000 kVA，并且附近沒有35 kV供電條件時，可采用10 kV多回路供電。該項目周邊無35 kV電源，因此考慮采用多回路的10 kV線路供電。

為了保證供電的安全及可靠性，要求市政電源采用10 kV的專線供電，且對應的雙重電源引自不同變電站的10 kV出線，其引入該建筑項目的通道亦應選擇不同路徑，從而在源頭上最大限度地減少雙重電源同時故障的可能性。根據該項目負荷計算，選擇4回10 kV線路接入。

4 高低壓系統設置

4.1 高壓系統

建設單位要求，在任意一側電源失電的情況下，應能保證整棟建筑的正常用電。在全部電源失電的情況下，應能保證消防負荷、安保中心、公共照明、弱電機房、生活泵、酒店廚房、高端客房、酒店公區、電梯等的正常用電。為此，高壓系統采用單母線分段帶聯絡的接線方式。如前文所述，該項目采用4回10 kV線路供電，線路兩兩成對，每組成對線路來自2座不同的上級變電站，分別接入該項目1#、2#公共開閉所，再由1#公共開閉所不同母線段各新出1回10 kV線路，接入1#用戶中心站，由2#公共開閉所不同母線段各新出2回10 kV線路，接入2#、3#用戶中心站，其中1#用戶中心站提供41層及以下樓層的辦公、商業及地庫用電，2#用戶中心站提供42層及以上樓層的辦公用電，3#用戶中心站提供酒店用電。

該項目辦公與酒店產權不同，因此選擇通過不同用戶中心站分別進行高壓側計量。高壓系統考慮到在雙重電源中一側電源失電的情況下，應滿足用戶的持續用電，因此在公共開閉所及用戶高壓中心站內，均考慮設置高壓聯絡，高壓聯絡配合高壓備用電源自動投入裝置，可實現在一側電源失電的情況下，自動切除失電側電源主進線開關，同時合上母聯開關，以實現用戶的持續供電。

在部分避難層設置有變電所，為了保證供電的可靠性及安全性，由用戶中心站10 kV出線間隔，放射式的敷設10 kV電纜至變電所的高壓進線柜，以減小10 kV出線間隔或線路故障所帶來的影響面。

同時，62層及以上設置的變電所中，在一半高壓柜中考慮設置高壓應急電源的進線位置，高壓柴發的10 kV出線接入變電所高壓應急電源進線柜，雙電源切換后提供變電所的應急電源。市電與應急電源采用不同管道井敷設，減小兩者同時損壞的概率。

4.2 變壓器的選擇

根據負荷計算結果，變壓器應滿足所有消防負荷或非消防負荷中較大者，且其負載率不大于85%，并且在一路電源失電時，應能保證所有二級及以上負荷的供電需求。為了減少超高層部分因變壓器故障帶來的停電范圍，并且考慮方便運輸及減小載荷，設置在避難層的變壓器，容量不宜超過1 250 kVA。該項目變電所及變壓器配置情況如表1所示。

表1 變電所及變壓器配置情況表

4.3 低壓系統

低壓配電系統采用雙母線分段帶聯絡的接線方式，低壓系統采用進線開關、母聯開關雙電源自動切換，在一側電源失電的情況下，自動將失電一側的進線開關斷開，合上母聯開關，使得失電側低壓母線段與帶電母線段聯絡。

在62層以下的變電所，另設置一段應急母線段，主要將需要柴油發電機作為應急電源的負荷接至此處，正常供電時，其電源取自市電，在市電失電時，啟動柴油發電機，作為該母線段的應急電源持續供電。

4.4 應急電源系統

第一，柴油發電機。柴油發電機作為該項目主要的應急電源，在市電均失電時，保證持續性的供電，為滿足消防電源的需求，柴油發電機最低工作時長為3 h。

柴油發電機保證的負荷基本為消防負荷，包括消防泵、噴淋泵、排煙風機、正壓風機、防火卷簾、消防電梯、應急照明、消防控制中心等，也包含酒店管理公司要求的額外負荷。柴油發電機啟動信號取自高壓進線開關，兩路市電同時失電的信號聯動柴油發電機啟動，發電機組應能在30 s內實現正常供電。

該項目B4～62層需柴油發電機作為應急電源的非消防負荷為3 404 kW，消防負荷為1 344 kW；63～102層需柴油發電機作為應急電源的非消防負荷為2 894 kW，消防負荷為1 194 kW。考慮外部電源全部失電的情況下，未發生火災時，應保證柴油發電機供電范圍內非消防負荷及部分消防負荷（如消防控制室、消防電梯等）的正常使用；發生火災時，應保證柴油發電機供電范圍內消防負荷及部分火災時不切除的非消防負荷（如安保中心）的正常使用，再根據發生火災和未發生火災時，柴油發電機所帶負荷的最大值選擇柴油發電機的容量。

綜合考慮上述條件后，該項目在地下一層分別設置1座高壓柴油發電機房和1座低壓柴油發電機房。高壓柴油發電機房設置1臺2 000 kVA高壓柴油發電機，提供63～ 102層的應急電源；低壓柴油發電機房設置1臺2 000 kVA低壓柴油發電機，提供B4～62層的應急電源。為了滿足高端客戶的更高供電要求，預留1臺1 000 kVA柴油發電機的設備位置。

第二，不間斷電源。各弱電系統、火災自動報警系統等分別隨設備配置了UPS不間斷電源。不間斷電源平時處于浮充狀態，在失電時不間斷對負荷供電。不間斷電源應能保證在柴油發電機完成啟動并正常輸出，以及系統切換至柴油發電機供電前，各弱電系統及消防報警系統的不間斷供電，考慮各不間斷電源的供電時間應不低于15 min。

5 結束語

文章是筆者對超高層建筑供配電設計的一些經驗總結，分析了超高層建筑供配電設計中的一些共同特點，在供配電系統的設計、變電所的設置、變壓器容量的選擇、應急電源系統的設置等方面進行了著重分析。在考慮建設單位使用要求的同時，更要重視系統的安全性與合理性。同時，提供了超高層建筑供配電設計時會遇到的一些共同問題，并提供了相關解決方法或措施，希望能對今后的超高層建筑供配電設計起到一定的參考作用。