某環(huán)球中心供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析

白建光 楊煒棟

一、工程概況

本項(xiàng)目總建筑面積為29.1萬(wàn)m2。地下室共四層，其中地下一層為商業(yè)，地下二層至地下四層為車庫(kù)，建筑面積為9.1萬(wàn)m2；A棟為41層的超高層辦公樓，建筑高度為215m，建筑面積為7.4萬(wàn)m2；B棟為45層的超高層辦公樓，建筑高度為215m，建筑面積為8.6萬(wàn)m2；C棟為住宅，建筑高度為93m，建筑面積為1.8萬(wàn)m2；裙房一層～四層為商業(yè)，建筑面積為2.2萬(wàn)m2。

二、負(fù)荷分級(jí)及供電電源

本項(xiàng)目屬一類超高層特大型建筑群，所有消防用電均為一級(jí)負(fù)荷；走道照明，主要業(yè)務(wù)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，安防系統(tǒng)、弱電機(jī)房，客梯，排污泵等用電均為一級(jí)負(fù)荷；中型商店建筑營(yíng)業(yè)廳的照明為二級(jí)負(fù)荷；一般照明、動(dòng)力、空調(diào)設(shè)備等用電為三級(jí)負(fù)荷。

根據(jù)項(xiàng)目規(guī)模及用電負(fù)荷特性，本工程采用兩路獨(dú)立的10kV高壓電源同時(shí)供電，互為備用，各帶一半負(fù)荷。要求此兩路10kV電源為雙重電源彼此獨(dú)立、互不影響，不能同時(shí)斷電。當(dāng)一路電源故障或檢修斷電時(shí)，另一路電源承擔(dān)全部一、二級(jí)負(fù)荷。為保證消防負(fù)荷和重要負(fù)荷的供電可靠性，另設(shè)一臺(tái)應(yīng)急自啟動(dòng)型柴油發(fā)電機(jī)作為備供電源。

三、負(fù)荷計(jì)算

除住宅樓外，本工程總安裝容量為29315kW（其中消防設(shè)備安裝容量為4555kW）。除消防負(fù)荷外，經(jīng)無(wú)功補(bǔ)償后，計(jì)算負(fù)荷為19524kVA，選取變壓器18臺(tái)，變壓器總?cè)萘?6200kVA，平均負(fù)荷率為74%。另設(shè)應(yīng)急自啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)1臺(tái)，常用功率為1500kW，備用功率為1875kW。

四、變配電所的設(shè)置

由于本項(xiàng)目用電設(shè)備較多，用電設(shè)備性質(zhì)復(fù)雜，因此變配電所的規(guī)模相對(duì)較大。另外本項(xiàng)目處于城市中心地段，地下一層為商業(yè)用房，寸土寸金，因此將變配電所設(shè)在地下二層，且靠近冷凍站及水泵房等設(shè)備用房區(qū)域。

由于變配電所的位置選擇應(yīng)滿足深入或接近負(fù)荷中心，進(jìn)出線及設(shè)備運(yùn)輸要方便，并盡量減小低壓線路的供電半徑等原則，因此本工程設(shè)置6座10kV專用變配電房及1座10kV公用變配電房，見(jiàn)圖1。公用變配電房由供電部門設(shè)計(jì)，本文中僅介紹專用變配電所的設(shè)計(jì)：1#商業(yè)變配電所(兼中心配電室)設(shè)于南區(qū)地下二層，為南區(qū)的商業(yè)、地下室及冷凍站供電；2#商業(yè)變配電所設(shè)于北區(qū)地下二層，為北區(qū)的商業(yè)及地下室供電；A棟1#辦公變配電所設(shè)于北區(qū)地下二層，為其低區(qū)及冷凍站供電；A棟2#辦公變配電所設(shè)于29層，為其高區(qū)供電；B棟1#辦公變配電所設(shè)于南區(qū)地下二層，為其低區(qū)及冷凍站供電；B棟2#辦公變配電所設(shè)于21層，為其高區(qū)供電。

各變配電所變壓器容量選擇如下：1#商業(yè)變配電所變壓器容量為1600kVAx2+1000kVAx2，其中2臺(tái)1000kVA變壓器為商業(yè)冷凍站負(fù)荷專用；2#商業(yè)變配電所變壓器容量為1600kVAx2； A棟1#辦公變配電所變壓器容量為1600kVAx2+1250kVAx2，其中2臺(tái)1250kVA變壓器為A棟冷凍站負(fù)荷專用；A棟2#辦公變配電所變壓器容量為1250kVAx2；B棟1#辦公變配電所變壓器容量為1600kVAx2+1600kVAx2，其中2臺(tái)1600kVA變壓器為B棟冷凍站負(fù)荷專用；B棟2#辦公變配電所變壓器容量為1600kVAx2。

圖1 變配電所設(shè)置示意圖

五、10kV供配電系統(tǒng)

由開閉所引來(lái)兩路獨(dú)立的10kV高壓電源作為本工程的供電電源。此兩路10kV電源引至1#商業(yè)變配電所內(nèi)，其余變配電所作為分變配電所，10kV電源均由1#商業(yè)變配電所引來(lái)。1#商業(yè)變配電所內(nèi)10kV高壓系統(tǒng)采用單母線分段運(yùn)行方式，中間設(shè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)，平時(shí)兩路電源同時(shí)供電，分列運(yùn)行，互為備用。當(dāng)一路10kV電源故障或檢修斷電時(shí)，通過(guò)手/自動(dòng)操作聯(lián)絡(luò)開關(guān)，由另一路10kV電源給事故段母線上需繼續(xù)運(yùn)行的重要負(fù)荷供電。高壓主進(jìn)開關(guān)與聯(lián)絡(luò)開關(guān)之間設(shè)電氣聯(lián)鎖，確保任何情況下只能合其中的兩個(gè)開關(guān)。其余分變配電所10kV高壓系統(tǒng)為單母線運(yùn)行方式，詳見(jiàn)圖2。

圖2 變配電所供配電系統(tǒng)示意圖

六、220/380V供配電系統(tǒng)

所有的低壓配電系統(tǒng)均由不同10kV母線段供電的每?jī)膳_(tái)變壓器結(jié)成單母線分段系統(tǒng)組成，平時(shí)低壓母線分列運(yùn)行，當(dāng)一臺(tái)變壓器故障時(shí)，母聯(lián)開關(guān)可根據(jù)需要手動(dòng)投入，由另一臺(tái)變壓器供給兩段母線重要負(fù)荷供電，手動(dòng)投切轉(zhuǎn)換時(shí)應(yīng)先斷開非保證負(fù)荷，以保證變壓器正常工作。兩臺(tái)主開關(guān)與聯(lián)絡(luò)開關(guān)設(shè)電氣聯(lián)鎖，任何情況下只能合其中的兩個(gè)開關(guān)。

當(dāng)城市電網(wǎng)的兩路電源停電后，柴油發(fā)電機(jī)作為應(yīng)急電源接入應(yīng)急母線段，確保消防負(fù)荷及重要負(fù)荷的可靠供電。應(yīng)急電源與正常電源采取雙電源機(jī)械電氣閉鎖互投方式防止并列運(yùn)行。

其中6臺(tái)變壓器是冷凍站專用變壓器，每?jī)膳_(tái)變壓器之間組成低壓?jiǎn)文妇€分段系統(tǒng)，平時(shí)低壓母線分列運(yùn)行，當(dāng)一路10kV進(jìn)線或一臺(tái)變壓器故障時(shí)，低壓聯(lián)絡(luò)開關(guān)可依據(jù)需要手動(dòng)投入，由另一臺(tái)變壓器供給兩段母線重要負(fù)荷用電。兩臺(tái)主開關(guān)與聯(lián)絡(luò)開關(guān)設(shè)電氣聯(lián)鎖，任何情況下只能合其中的兩個(gè)開關(guān)。

七、電力配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

低壓保護(hù)接地型式采用TN-S系統(tǒng)。低壓配電系統(tǒng)采用樹干式及放射式相結(jié)合供電方式。對(duì)于單臺(tái)容量較大的負(fù)荷或消防等重要負(fù)荷采用放射式供電，對(duì)于照明及一般電力負(fù)荷采用分區(qū)樹干式與放射式相結(jié)合的供電方式。

消防負(fù)荷采用雙電源供電并在最末一級(jí)配電箱處設(shè)置自動(dòng)切換裝置；一級(jí)負(fù)荷采用雙電源供電并在合適位置設(shè)置自動(dòng)切換裝置；二級(jí)負(fù)荷采用雙電源供電并在合適位置設(shè)置自動(dòng)切換裝置或采用專用的供電回路單電源供電；三級(jí)負(fù)荷均采用單電源供電。

八、對(duì)供電可靠性的分析

以1#商業(yè)變配電所為例試分析一下其供電可靠性，從圖2可見(jiàn)正常情況下兩路10kV電源同時(shí)供電，兩段10kV母線分列運(yùn)行、各帶約50%的負(fù)荷，互為備用，當(dāng)一路電源故障停電時(shí)，其進(jìn)線開關(guān)斷開，這時(shí)可人工或自動(dòng)閉合聯(lián)絡(luò)開關(guān)，由另一路電源承擔(dān)全部重要負(fù)荷。

低壓系統(tǒng)正常情況下也是母線分段分列運(yùn)行，當(dāng)一臺(tái)變壓器故障或檢修時(shí)，可將母聯(lián)開關(guān)人工閉合，由另一臺(tái)變壓器供給兩段母線重要負(fù)荷用電。當(dāng)兩路10kV電源同時(shí)故障停電時(shí)，特別重要的負(fù)荷和重要負(fù)荷將由自備應(yīng)急電源自啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)供電。若此時(shí)又發(fā)生火災(zāi)，通過(guò)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)消防聯(lián)動(dòng)模塊動(dòng)作將非消防重要負(fù)荷的聯(lián)絡(luò)開關(guān)斷開，以確保消防負(fù)荷得到可靠供電。

通過(guò)以上分析可以看出，本供配電系統(tǒng)以市電為第一、二電源，柴油發(fā)電機(jī)等為第三電源，在運(yùn)行方式具備充分靈活性的前提下，無(wú)論遇到任何故障都能完全滿足相關(guān)規(guī)范對(duì)各級(jí)負(fù)荷供電措施的要求，確保綜合體的供電可靠性。