超高层建筑低压供电方案设计与比选

　　摘 要： 超高层建筑的工程造价偏高，对安全性和可靠性的要求也超过一般高层建筑。聚焦于超高层建筑低压供电的安全与经济性考量，结合具体工程项目实例，从可靠性、成本等角度出发，设计两种具有不同接线方式、负荷分配及应急电源供电的方案。对两种方案在母线槽、电缆、配电柜等方面的费用差额进行计算，比选得到一种工程造价节省约60.6万元、年电能损耗费用节省约13.5万元的优化方案。在该方案中，柴油发电机组的供电范围较为集中，简化了主开关间的控制逻辑，保障了供电安全。对相关超高层建筑低压供电方案优化有借鉴作用。

　　关键词： 超高层建筑;负荷分配;柴油发电机组;工程造价;电能损耗

　　《中国医院建筑与装备》(月刊)创刊于2000年，是中华人民共和国卫生部主管、卫生部医院管理研究所主办的卫生工程与医学装备技术学科领域的权威刊物，是目前我国惟一一本以医院建筑规划、设计、建设和医学装备及技术管理、应用为主要内容的国家级科技期刊，国内外公开发行。

　　引言

　　超高层建筑具有集约化程度高、土地利用率高、现代化科技感强等优势，需求量日益增长[1-2]。当前，超高层建筑建造正逐渐成为城市建设的主体，超高层建筑承载着城市的重要功能，正不断成为一座座城市的标志性建筑[3-4]。但不可忽视的是，超高层建筑的性质注定使其工程造价偏高[5]，其对安全性和可靠性的要求也大大超过一般高层建筑[6-7]。

　　本文聚焦于超高层建筑低压供电问题，结合具体工程项目实例，从可靠性、经济性等角度出发，设计两种具有不同接线方式、负荷分配及应急电源供电的方案，在保障安全、可靠的前提下优选出工程造价较低的方案。

　　1 工程项目介绍

　　某超高层商业办公综合楼项目总建筑面积约为91 805 m2。楼层数为42层，地下共3层，第10、22、33层为避难层，地下第1～3层均为地下车库。建筑高度为185 m。本建筑为一类高层建筑，耐火等级为特级;结构主体形式为框架核心筒结构，筏板基础，局部防水板加独立基础，抗震等级为一级;结构的设计使用年限为50年;抗震設防烈度为七度。

　　本工程从城市110 kV区域变电站引来两路相互独立的10 kV双重电源进线，引入地下车库的10 kV开闭所。设置两处变电所，一处在地下一层，另一处在第33层(避难层)，并在地下一层设置一处柴油发电机房。

　　2 负荷统计及变压器选型

　　2.1 负荷统计

　　参照相关规范，结合超高层建筑规模大、功能多样的特点[8-11]，确定本工程的用电设备负荷分级如下：

　　一级负荷：消防用电设备(消防控制室内的火灾自动报警控制器及联动控制台、消防水泵、消防电梯、排烟风机、加压送风机等)、应急照明、疏散照明、航空障碍标志照明、弱电监控系统、防盗报警系统、通讯机房、客梯、排水泵、生活给水泵、事故通风机等。其中经营管理用计算机系统用电为一级负荷中的特别重要负荷。

　　二级负荷：扶梯、营业厅照明、空调用电人防二级负荷设备(重要风机水泵、正常照明、电动防护密闭门、电动密闭门和电动密闭阀门)等。

　　三级负荷：除一、二级负荷外的其他用电负荷。

　　2.2 变压器选型

　　业主提供的用电需求量统计如下：一级消防负荷安装容量约为1 150 kW，计算负荷约为920 kW;一级非消防负荷安装容量约为1 200 kW，计算负荷约为960 kW;三级负荷安装容量约为6 600 kW，计算容量约为4 000 kW。故在地下一层变配电室内共设置2台1 250 kVA和2台1 600 kVA的变压器，其中2台1 250 kVA的变压器主供制冷机房设备，2台1 600 kVA的变压器主供动力照明负荷;在第33层避难层变配电室共设置2台800 kVA的变压器，主供动力照明负荷。

　　本工程应急电源采用柴油发电机组，在地下车库内设置柴油发电机房。柴油发电机组既作为消防应急设备的第三电源，也作为用户重要一级负荷的备用电源。

　　根据负荷大小、供电半径、最不利点电压损失等因素确定柴油发电机组的额定输出电压。当建筑高度在100～400 m时，应通过技术分析、比较而确定之。本工程建筑高度为185 m，须按照线路电压损失公式试算。线路电压损失公式为

　　其中，

　　U%—线路电压损失;

　　I—线路负载电流，A;

　　L—线路长度，km;

　　R0—线路单位长度的电阻，Ω/km;

　　X0 -线路单位长度的电抗，Ω/km;

　　cosθ—功率因数，取0.85;

　　Ue—额定电压，kV，取0.4 kV。

　　利用式(1)对线路电缆损失进行试算的过程如下：

　　150 mm2电力电缆：U1%=0.173×363×0.185×(0.145×0.85+0.077×0.53)/0.4≈4.76%

　　120 mm2电力电缆：U2%=0.173×314×0.185×(0.181×0.85+0.077×0.53)/0.4≈4.89%

　　因此，最不利点电压损失可满足线路损失5%以内的限值要求，本工程选用低压柴油发电机组。根据业主提供的用电需求，消防负荷约960 kW，据此设置1台容量为1 250 kVA的低压柴油发电机组。

　　3 供电方案设计

　　本章不讨论制冷机组负荷分配，相关负荷由各自独立变压器供电。

　　3.1 方案一

　　如图1a所示，地下一层变电所供地下三层至第32层的所有一、二、三级负荷，避难层变电所供第33～42层(屋顶)所有一、二、三级负荷;变电所低压出线均采用单母线分段方式，设置母线联络，满足各自一级负荷用电要求。如图1b所示，商业办公的三级负荷均采用密集型母线加插接箱的树干式供电，由地下一层变电所引出四段低压母线，其中第一、二段母线供第1～9层商业用电，第三段母线供第11～21层办公用电，第四段母线供22～32层办公用电;由避难层变电所引出两段低压母线，其中第一段母线供第34～42层办公用电，第二段母线供其他三级负荷用电。重要一、二级负荷采用电缆放射式供电，双电源末端互投，其中第1～32层供电电缆均由地下一层变电所引出，第33～42层供电电缆均由避难层变电所引出。柴油发电机组提供两段应急母线，分别引至地下一层变电所和避难层变电所低压屏，作为一级负荷及消防负荷的备用电源。

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文章名称： 超高层建筑低压供电方案设计与比选

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