2016.12|郑艳茹:超高层建筑配变电所设置

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随着中国经济的高速发展，各城市不断出现地标式建筑，其中多数是以超高层建筑的形式出现的。

对于超高层建筑，配变电所是配电系统能源中心，为大楼的运转提供动力源泉。

合理设计供配电系统、确定配变电所的数量和位置，对提高系统供电质量，保证供电的安全可靠，对节约能源作用重大。

本文以笔者参与的某超高层项目为例，阐述超高层建筑配变电所选址分析方法。

1  工程概况

朝阳区崔各庄乡大望京村1008 - 625地块商业金融项目，坐落于北京朝阳区大望京地区，总建筑面积178 020 m^２。

本项目地下5层，分别为人防、车库、附属用房、商业及餐饮。消防水池和消防水泵房位于地下5层非人防区，冷冻机房位于地下3、4层，中水及给水泵房、热交换间等设备机房位于地下3层，商业、餐饮位于地下2层。柴油发电机房、配变电所设于地下 2层，弱电机房、消防控制中心设于地下1层。

地上3栋办公楼：

1^#楼商务办公（9层），檐口高度47. 35 m；

2^#楼商务办公（20层），檐口高度96. 4 m；

3^#楼商务办公（32层），檐口高度147. 75 m。

其中，3^#楼为超高层建筑，16层为避难层，16层层高5. 1 m，其它各层层高4. 1 m。避难层内设有空调机房、中水及给水泵房、热交换间、消防泵房及低区电梯机房。

   

本文就高度147. 75 m的3^#超高层办公楼是否需要设置高区配变电所进行技术分析及经济比较。

2  配变电所选址方案

供电电源及电压

整个项目为一个供电局高压用户，设置一个电缆分界室及一个10 kV配电系统。两路10 kV电源引自地块内110 kV变电站，高压电缆引入至本工程高压分界小室。

负荷计算

经计算，本工程地下车库和商业用电量2 751 kVA；

1^#办公楼用电量1 945 kVA；

2^#办公楼用电量2 554 kVA；

3^#办公楼用电量4 747 kVA，其中16层及以上办公部分用电量1 717 kVA，15层及以下办公部分用电量3 030 kVA。

初步方案设置

考虑到办公楼整售及物业管理分开的要求，本工程1^#、2^#办公楼单独设置配变电所，即2^#配变电所，位于2^#楼地下二层核心筒附近，供电范围为1^#楼和 2^#楼的地上部分及其地下一层、自行车库，以及1^#、2^#楼专用的设备机房（给水泵房、热力站、制冷机房等），

2^#配变电所内设4台变压器，其中2台1 600 kVA变压器供给2^#楼用电，2台1 250 kVA变压器供给1^#楼用电。

   

3^#办公楼地上及整个地下部分（包括商业、停车库、设备机房、服务设施用房等）配变电所设置有两种方案，具体如表1所示。

3  不同选址方案的技术经济比较

地下车库及商业采用2台2 000 kVA变压器供电，两种方案变压器均设置在地下二层主配变电所内，故不再比较，以下计算结果不包含此部分费用。

能耗计算

1 电网中的功率损耗

从《工业与民用配电设计手册》中查得三相线路中有功及无功功率损耗计算方法如下：

有功功率损耗ΔP_L：

ΔP _L = 3 I ² _js R × 10 ^{- 3}     kW     （1）

无功功率损耗ΔQ_L：

ΔQ _L = 3 I ² _js X × 10 ^{- 3}     kvar    （2）

式中：R —— 每相线路电阻，Ω，R = rl；

          X —— 每相线路电抗，Ω，X = xl；

          I _js ——计算相电流，A；

          l —— 线路计算长度，km；

          r、x —— 线路单位长度的电阻及电抗，Ω / km。

2 电网中的电能损耗

从《工业与民用配电设计手册》中查得供电线路年有功电能损耗ΔW _L为：

ΔW_L = ΔP _L τ         kWh    （3）

式中：ΔP _L —— 三相线路有功功率损耗；

           τ —— 最大负荷年损耗小时数，可按最大负荷的年利用小时数T_{m a x}及功率因数cos φ，从图1中的曲线查得。

3 计算条件

a. 参考工业企业的类似资料，根据高层民用建筑的不同功能，τ值在2 300 ～ 4 500范围内选取，考虑到办公楼的实际运行特点，本项目T_{m ax} 取5 500 h，cos φ取0. 85，查得图1中曲线τ = 4 000 h。

b. 干线电缆长度、根数及有功功率数值取工程设计中实际计算值。

c. 干线电缆造价：单位长度的电缆造价乘以干线电缆总长度。

d. 配变电所设备造价：指包括高压柜、变压器、低压配电柜在内的主要设备的参考经验造价。

e. 商业综合电费考虑到峰谷电价因素，取1元 / kWh。

f.  50年运行之有功电能损耗费用：以50年运行时间为参照，即年有功电能损耗费用乘以50倍。

本项目计算暂不考虑无功功率损耗。

4 计算示例

以25 ~ 32层照明配电干线为例，其计算相电流为951 A，选用1 250 A密集式铜母线槽，线路单位长度的交流电阻 r = 0. 057 Ω / km，单位长度铜母线槽造价为225万元 / km。

采用方案一，仅在地下设置主配变电所，25 ~ 32层照明配电干线由2 × 1 600 kVA照明配电变压器供电时，线路计算长度为l = 0. 179 7 km，每相线路电阻R = 0. 057 × 0. 179 7 = 0. 010 24 Ω，三相线路有功功率损耗ΔP_L = 3 × 951 2 × 0. 010 24 × 10 - 3 = 27. 79 kW，

最大负荷年损耗小时数τ = 4 000 h，年有功电能损耗 ΔW _L = 27. 79 × 4 000 = 111 164 kWh，综合电费按1元 / kWh，年有功电能损耗费用为11. 12万元，

本项目暂不考虑无功功率损耗，50年运行之有功电能损耗费用为555. 82万元；铜母线槽造价为40. 43万元，综合分析，其总造价 = 40. 43 + 555. 82 = 596. 25万元。

采用方案二，在避难层设分配变电所，25 ~ 32层照明配电干线由2 × 1 000 kVA变压器供电时，线路计算长度为l = 0. 096 6 km，每相线路电阻R = 0. 057 × 0. 096 6 = 0. 005 506 Ω，三相线路有功功率损耗ΔP_L = 3 × 951 2 × 0. 005 506 × 10 ^{- 3} = 14. 94 kW，

最大负荷年损耗小时数τ = 4 000 h，年有功电能损耗ΔW_L = 14. 94 × 4 000 = 59 758 kWh，综合电费按1元 / kWh，年有功电能损耗费用为5. 98万元，

本项目暂不考虑无功功率损耗，50年运行之有功电能损耗费用为298.79万元；铜母线槽造价为21. 74万元，综合分析，其总造价 = 21. 74 + 298. 79 = 320. 53 万元。

按以上方法，两个方案具体计算结果如表2、表 3所示。

不同选址方案的技术比较（如表4所示）

不同选址方案的经济比较（如表5所示）

综合上述的技术、经济分析，两种方案的造价、能耗差别不大。避难层设置分配变电所：优点在于能够很好地解决电源的供电半径问题，电压降无需采取措施均能满足规范要求。

采用10 kV高压电缆直接将电力输送到分配变电所，节省电缆费用。缺点在于：

① 10 kV配变电所自身产生的电磁辐射及电场，变压器的噪音对临近区域（如上下几层）产生干扰，采用降噪及屏蔽措施只能降低部分电磁辐射与干扰，不能完全杜绝；

② 变压器、高压环网柜等较大型设备设置在避难层，一旦设备出现故障需要更换维护，其运输很难解决。另外，采用3. 5 t电梯，其梯速很难达到3. 0 m / s。综合分析结果，本工程3#楼按方案一设置配变电所，但须进行电压损失校验。

4  电压损失校验

从《工业与民用配电设计手册》中查得三相平衡负荷线路电压损失按下式计算：

终端负荷用电流矩 I l（A · km）表示：

终端负荷用负荷矩P l（kW · km）表示：

式中：Δu_a% —— 三相线路每1 A · km的电压损失百分数，％ / （A · km）；

Δu_p% —— 三相线路每1 kW · km的电压损失百分数，％ / （kW · km）；

I —— 负荷计算电流，A；

l —— 线路长度，km；

P —— 有功负荷，kW。

本工程3^#楼建筑物檐口高度147. 75 m，含装饰性幕墙建筑物总高度155. 95 m，避难层未设置分配变电所，3^#楼地上照明及动力干线均引自1#配变电所（主配变电所），低压配电干线的供电半径虽未超过250 m，但个别干线回路的计算容量已超过500 kW，

为满足电气设备端电压的运行要求，对3^#楼配电干线回路的电压损失进行了校验计算，并根据计算结果，调整了母线槽截面。

3^#楼强电竖井位于3^#楼核心筒内，距1^#配变电所较近，故3^#楼照明配电干线直接采用密集式铜母线槽供电，母线槽自配变电所低压柜至强电竖井沿地下二层顶板明敷，强电竖井内沿墙明敷，

各层设插接箱，层照明配电箱至各办公终端配电箱采用阻燃低烟无卤交联聚乙烯绝缘电力电缆线槽内明敷，终端配电箱至末端设备采用阻燃低烟无卤铜芯导线穿铁管暗敷。

3^#楼25 ~ 32层及17 ~ 24层照明配电干线，供电范围为避难层以上楼层办公用电，负荷计算电流均为951 A，断路器整定电流1 000 A，有功功率均为532 kW，已超过500 kW，采用公式（5）对这两段干线自配变电所低压出线柜至末端灯具的电压损失进行计算，结果如表6所示。

根据表6计算结果，当25 ~ 32层照明配电干线选用1 000 A铜母线槽时，其线路电压损失5. 01 ％，不符合规范要求；当选用1 250 A铜母线槽时，其线路电压损失4. 409 ％，符合规范要求。

故本回路选用1 250 A铜母线槽供电。当17 ~ 24层照明配电干线选用1 000 A铜母线槽时，其线路电压损失4. 097 ％，符合规范要求。

考虑到今后发展，铜母线槽载流量选择宜留有一定裕度，故本回路选用1 250 A铜母线槽供电。

超高层建筑的配变电所选址设置，除了要保证安全性、可靠性，还应结合国家规范、工程性质，考虑其运行灵活性、经济性，尤其要考虑全寿命周期的费用，才能达到技术可靠、设计合理，经济节能的目的。

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作者：

郑艳茹，北京市建筑设计研究院有限公司，高级工程师，第六建筑设计院电气所设计总监。

本文有删减，全文载于《建筑电气》2016年第12期，详文请见杂志。

版权归《建筑电气》所有。

raul3088

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不错，学习了；。

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mofei0312

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