超高层建筑供配电系统设计探讨

1负荷分级1.1供配电系统特点通常超高层建筑的供配电系统有以下特点:(1)建筑体量大､用电量大､供电半径长；(2)至少需要2路市政独立电源，甚至多路市政电源；(3)建筑功能多样，供配电系统设计需考虑满足多个物业运营管理模式的需要；(4)会设置多个变电所，以及出现变电所上楼的情况；(5)需考虑备用电源和应急电源的设置。

1.2用电负荷分级超高层建筑的供电负荷等级应为一级，对于建筑内的消防､安防用电负荷､计算机通信网络设施､保障建筑正常运营的重要设备､重要场所中不允许中断供电的负荷等应作为一级负荷中的特别重要负荷。表1列举了超高层建筑主要用电负荷分级。对于超高层建筑一级负荷中特别重要的负荷，电气设计师应该考虑设置应急电源，当超高层建筑为四级及以上酒店或者大型商业时，会有一部分负荷在酒店管理公司或者商业顾问提供的设计标准中被列为保障性负荷，对于这部分负荷，也应该考虑设置备用电源。

因此，在进行超高层建筑供配电系统设计时，除双重市政电源外，需要选择独立于正常电源的柴油发电机组作为是备用电源及应急电源。2变压器容量指标超高层变压器容量指标与建筑功能､建筑面积､建筑高度和附属功能等因素有关。表2归纳总结了笔者所在单位已经完成设计和正在设计中的若干超高层建筑的变压器容量指标。3

变电所的设置3.1变电所设置基本原则在进行超高层建筑变电所位置和数量的选择时，笔者认为，应遵循以下几点基本原则。(1)根据负荷容量和分布，使变电所及变压器靠近建筑物用电负荷中心。

(2)应该考虑低压供电半径的限制。

(3)根据功能分区的要求设置变配电所，可考虑按照地下室､裙房商业､办公层､酒店层､住宅(公寓)层设置。

(4)根据物业业态设置变配电所，比如出租/出售情况､不同业态的计费方式及后期物业管理分区等几个方面的情况考虑变配电所的数量。(5)根据负荷性质设置变配电所，比如制冷机房设置专用变压器或者变电室等。

3.2避难层设置变电所由于超限高层建筑的供电半径长，为降低电压降和电能损耗､减少电气竖井面积，变配电所设置需深入负荷中心，会出现塔楼高区设置分变配电所的情况，而且分变电所通常设置在避难层。

在避难层设置变电所应注意以下几个问题：(1)应考虑设备对楼板荷载的影响；(2)应考虑预留变压器的水平运输通道和垂直运输通道；(3)可采用大载重量的货梯运输或者电梯井道运输；(4)采用电梯作为设备运输方式时，电梯的载重应大于变压器的重量；(5)单台变压器的容量不宜超过1250kVA。

表3为某品牌变压器SCB11系列变压器的相关参数，从表中数据中可以看出，1250kVA变压器带外壳的重量约为3.3t，普通1.6t或者2.0t的客梯不能满足设备运输需要，如果采用电梯进行设备运输，需考虑设置至少3.5t的货梯进行运输，且超过1250kVA的变压器会给设备运输带来更大困难。3.3工程实例该项目为大型商业综合体，总建筑面积为356557m2，其中地上建筑面积230489m2，地下建筑面积126068m2。建筑主要功能为大型商业､办公､公寓及五星酒店ꎬ地上47层､地下2层，建筑高度200m(屋顶机房女儿墙高度)，一类高层建筑，建筑耐火等级为一级。

对于200m的超高层建筑，在进行变电所设计时通常会纠结是否要在避难层设置分变电所，对于本项目，笔者所在单位进行了两个方案的对比。(1)方案1根据物业管理的需要酒店和办公分设变电所，该方案酒店变电所和办公变电所均设于地下二层，在避难层不设置分变电所(图3)。装机容量分别为:酒店变电所2×2000kVA+2×1600kVA，办公变电所2×1000kVA。酒店用柴发机房设置在地下二层。(2)方案2根据物业管理的需要酒店和办公分设变电所，该方案酒店总变电所和办公变电所均设于地下二层，在19层避难层设置酒店分变电所(图4)。装机容量分别为：酒店总变电所2×2000kVA+2×1600kVA，酒店分变电所4×800kVA，办公变电所2×1000kVA。酒店用柴发机房设置在地下二层。对于两个方案，笔者分别从技术､经济角度进行了比对。

在经济性方面，由表5可知，方案1的高压电缆造价较低､低压电缆或母线槽造价较高，能耗主要来自低压电缆､母线槽及变压器等设备，线路能耗较高；方案2的高压电缆造价较高､低压电缆或母线槽造价较低，能耗主要来自于高压电缆､变压器等设备，线路能耗较低。因此，可以明显看出，方案2的经济性优于方案1，即使仅对比一次性投资，方案2也较方案1节省投资造价258万元。在技术性方面，笔者从技术角度和日常运维､故障抢修等要点展开了比对，具体参见表6。从表6来看，方案一需要进行电压降校验，校验后会存在部分电缆增加截面的可能性，也会进一步带来投资造价和运维成本的增加；但是，在运维方面，方案一比方案二的便捷性更好，抢修及设备更换难度也比较低。

综合考虑两个方案的技术性及经济性，笔者所在单位在这个项目中采用了方案二作为实施方案。通过工程实例二，对超高层建筑楼上是否设置变电所可以得出一个经验性结论，如表7所示。4

供配电系统方案的基本原则在确定超高层建筑供配电系统方案时，通常要注意以下几点基本原则：(1)超高层建筑的高压供配电系统宜采用主变电所—分变电所结构；(2)主变电所采用单母线分段的主接线形式，放射方式引至分变电所；(3)高压系统的配电级数不宜多于两级；(4)充分了解当地市政电源情况及供电部门的规定，在此基础上进行项目的供配电系统设计。5

竖向配电干线系统对于超高层建筑的竖向配电干线系统，根据笔者过往设计经验，本文总结了以下几点需要注意的要点。

(1)在避难层设置分变电所时，高压线路宜设置独立的竖井。

(2)普通线缆和应急线缆应分线槽敷设，有条件时，将普通线槽和应急线槽分竖井敷设。

(3)双电源供电的两根电缆宜分设在两个线槽内。

(4)各避难层的交直流电源，应按避难层分别供给，并在末端互投。

(5)配电干线应按避难层划分供电区域，同一干线不应跨避难层，带两个区域单元的用电负荷。

(6)竖向配电干线采用母线槽时，要注意超高层建筑物在摇摆时可能会对铜母线槽接驳组件位置产生拉扯压力，此时可考虑采用电缆连接铜母线槽配电的方式，以减少故障发生､增加干线系统供电可靠性。

(7)超高层建筑处于地震烈度较高的地区时，竖向配电干线宜考虑采用电缆供电，电缆在抗震方面的安全性高于密集型母线槽。

(8)为了提高供电可靠性，超高层建筑中可考虑采用双母线奇偶层供电方式，并在备用母线上预留插接口。

(9)建筑中的电缆竖井宜按避难层上下错位设置，有条件时竖井之间的水平距离至少相隔一个防火分区。

(10)在超高层建