中信集團武漢市建筑設(shè)計院 祝雪如

1 工程概況

武漢新城國際博覽中心展館項目總建筑面積約46.6萬m2，其中底層建筑面積約28.1萬m2，二層展館建筑面積約18.5萬 m2。展館層由12個140×72m矩形展館和10個三角形連接體圍合而成，其直徑約726m，凈展館面積約13萬m2，可提供7400個國際標準展位。二層室外展場平均寬度約80m，可提供約6萬的室外展館面積。底層為停車庫、商業(yè)用房和設(shè)備用房。建筑物主體高度27.5m，除二層部分為鋼結(jié)構(gòu)外，其余為鋼混結(jié)構(gòu)。本建筑耐火等級一級，屬一類防火建筑物。

2 負荷分級及供電電源

本工程屬一類高層特大型建筑， 其保安監(jiān)控系統(tǒng)，火災(zāi)自動報警及聯(lián)動控制設(shè)備、自動滅火系統(tǒng)、消防控制室、消防水泵、消防電梯、防火卷簾、防煙排煙設(shè)施、加壓風(fēng)機、應(yīng)急照明、疏散指示標志和電動的防火門、窗、卷簾、閥門等消防用電以及重要的計算機系統(tǒng)屬一級負荷，其中保安監(jiān)控系統(tǒng)、管理用電子計算機系統(tǒng)和消防用電設(shè)備為一級負荷中的特別重要的負荷(應(yīng)急負荷)。展覽用電及展示區(qū)的正常照明、排水泵等屬二級負荷。普通照明及動力負荷則為三級負荷。

根據(jù)展館的負荷特性，正常情況下要求雙回路電源同時供電，各帶約50%的負荷，互為備用，當一個電源故障停電時，另一個電源能承擔全部負荷。當兩個正常電源同時故障停電時，上述特別重要的負荷將由應(yīng)急電源自啟動柴油發(fā)電機等供電。

3 負荷計算

本工程設(shè)備總安裝容量為41991kW，其中10kV設(shè)備安裝容量為9307kW，220/380V設(shè)備安裝容量為32684kW（其中消防設(shè)備安裝容量為5182kW）。除消防負荷外，220/380V負荷經(jīng)無功補償（補償容量9600kVAR）后，計算負荷為24499kVA，選取平時用變壓器18臺，變壓器總?cè)萘繛?1400kVA，平均負荷率為78%。另選取消防專用變壓器1臺、容量為1000kVA。自啟動柴油發(fā)電機5臺，每臺常用功率為800kW，備用功率為880kW。

4 變配電所的設(shè)置

根據(jù)變配電所深入負荷中心和減小低壓配電半徑的原則，整個工程設(shè)置六座10kV變配電所，見 圖1。1#～4#變配電所分別向1#～3#、10#～12#、4#～6#、7#～9#展館及相對應(yīng)的底層部分供電，5#變配電所是消防泵房的專用變配電所，6#變配電所是冷凍站的專用變配電所。

圖1 變配電所設(shè)置示意平面圖

各變配電所變壓器容量選擇結(jié)果如下：1#、2#變配電所變壓器容量為1600 kVA ×4=6400kVA；3#變配電所變壓器容量為1600 kVA×3+2000 kVA×1=6800kVA；4#變配電所變壓器容量為1600 kVA×3+2000 kVA ×1=6800kVA；在1#～4#變配電所內(nèi)均設(shè)置4臺變壓器，其中3臺分別供給3個展館專用，另1臺供給相對應(yīng)的一層停車庫、商業(yè)用房以及二層公共場所用電。在消防水泵房旁設(shè)置 5#變配電所，變壓器容量為1000kVA；在冷凍站旁設(shè)置6#變配電所，負荷為14307kVA，其中10kV電機負荷為9307kW，另設(shè)變壓器容量為2500 kVA ×2=5000kVA。另外在1#5#變配電所旁各設(shè)置一臺自啟動柴油發(fā)電機，每臺常用功率為800kW，備用功率為880kW。

5 10kV供配電系統(tǒng)

由附近市政110kV變電站不同母線段分別向1#、2#、3#、4#、6#變配電所各提供兩路10kV電源（其中5#變配電所10kV 電源由3#變配電所轉(zhuǎn)供），除6#變配電所外任一路電源均能負擔全部負荷。各變配電所10kV配電系統(tǒng)接線方式采用單母線分段、設(shè)母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)。平時兩路電源同時供電，分列運行，互為熱備用。當一路電源故障時，通過手/自動(母聯(lián)BZT)操作聯(lián)絡(luò)開關(guān)，由另一路電源負擔全部負荷；6#變配電所當一路電源故障時，通過手動(母聯(lián)BZT)操作聯(lián)絡(luò)開關(guān)，由另一路電源給事故段母線上需繼續(xù)運行的機組供電，但總負荷不能超過設(shè)定值。兩路進線柜與聯(lián)絡(luò)柜加電氣聯(lián)鎖，只允許其中兩個開關(guān)合閘。5#變配電所兩路電源由 3#變配電所轉(zhuǎn)供，一用一備，進線開關(guān)設(shè)電氣及機械聯(lián)鎖，詳見圖2。

圖2 1～4#變配電所供配電系統(tǒng)示意圖

6 220／380V供配電系統(tǒng)

1#～4#變配電所低壓配電系統(tǒng)是由不同10kV母線段供電的每兩臺變壓器結(jié)成低壓單母線分段系統(tǒng)組成的，兩段母線均分成一般負荷母線段和應(yīng)急負荷母線段。一般負荷母線段之間設(shè)母聯(lián)斷路器，一般負荷母線段和應(yīng)急負荷母線段之間再與柴油發(fā)電機進線設(shè)互投開關(guān)，詳見圖2。在1號、2號變壓器之間及3號、4號變壓器之間組成單母線分段系統(tǒng)，平時低壓為母線分列運行，當一臺變壓器故障時，聯(lián)絡(luò)斷路器可根據(jù)需要手動或自動投入，由另一臺變壓器供給兩段母線重要負荷用電。兩臺主進線斷路器與聯(lián)絡(luò)斷路器設(shè)電氣聯(lián)鎖，任何情況下只能合其中的兩個斷路器。

當城市電網(wǎng)的兩回電源停電后，柴油發(fā)電機作為應(yīng)急電源接入應(yīng)急母線段，確保應(yīng)急負荷可靠供電。應(yīng)急電源與正常電源采取雙電源機械電氣閉鎖互投方式防止并聯(lián)運行。

5#變配電所是消防水泵專用的變配電所，由兩路10kV專用回路一用一備供電，并設(shè)置一臺柴油發(fā)電機為第三電源作備供、與變壓器低壓側(cè)出線采用機械電氣聯(lián)鎖互投開關(guān)并接在低壓母線上，直接給各類消防泵配電，詳見圖3。

6#變配電所是冷凍站專用的變配電所，高壓冷凍機由10kV系統(tǒng)直接供電，兩臺變壓器之間組成單母線分段系統(tǒng)，平時低壓母線分列運行，當10kV進線一路故障或一臺變壓器故障時，低壓聯(lián)絡(luò)斷路器可根據(jù)需要手動或自動投入，由另一臺變壓器供給兩段母線大部分負荷用電。兩臺主進線斷路器與聯(lián)絡(luò)斷路器設(shè)電氣聯(lián)鎖，任何情況下只能合其中的兩個斷路器。詳圖4。

圖3 5#變配電所供配電系統(tǒng)圖

7 電力配電系統(tǒng)設(shè)計

低壓配電系統(tǒng)接地形式采用TN-S系統(tǒng)。

對展覽用電負荷采用放射式與樹干式相結(jié)合配電，由變配電所采用預(yù)制分支電纜通過展廳主溝-次溝至每個展位箱供電。

消防控制室、消防電梯、防煙排煙風(fēng)機、應(yīng)急照明、計算機設(shè)備、電話機房、變配電所用電等消防負荷和特別重要負荷采用雙回路專用線路供電，并在最末一級配電箱處設(shè)置雙電源自動切換裝置。

其他電力設(shè)備和照明配電箱采用放射式或樹干式配電。冷凍機和水泵等大容量設(shè)備均采用放射式配電方式供電。

8 對供電可靠性的分析

以1#變配電所為例試分析一下其供電可靠性，從圖2可見正常情況下兩路10kV電源同時供電，兩段10kV母線分列運行、各帶約50%的負荷，互為備用。當一路電源故障停電時，其進線開關(guān)斷開，這時母聯(lián)開關(guān)可人工或自動閉合，由另一路電源承擔全部負荷。

低壓系統(tǒng)正常情況下也是母線分段分列運行，當一臺變壓器故障或檢修時，可以將母聯(lián)開關(guān)人工或自動閉合，由另一臺變壓器供給兩段母線重要負荷用電。若有必要，還可以人工啟動柴油發(fā)電機，通過機械電氣互鎖雙投開關(guān)對重要負荷（展館照明等）單獨供電（此處按規(guī)范采取了防止并列運行的措施）。

圖4 6#變配電所供配電系統(tǒng)圖

當兩路10kV電源同時故障停電時，特別重要的負荷(應(yīng)急負荷)和重要負荷將由自備應(yīng)急電源自啟動柴油發(fā)電機供電。若此時又發(fā)生火災(zāi)，通過火災(zāi)報警系統(tǒng)聯(lián)動模塊動作將重要負荷的聯(lián)絡(luò)開關(guān)斷開，以確保消防負荷得到可靠供電。

通過以上分析可以看出：本供配電系統(tǒng)以市電為第一、二電源，柴油發(fā)電機等為第三電源，在運行方式具備充分靈活性的前提下，無論遇到任何故障都能完全滿足相關(guān)規(guī)范對各級負荷供電措施的要求，確保了展館的供電可靠性。

[1] 中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計研究院. 工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊第三版[M]. 北京：中國電力出版社，2005.

[2] 中國建筑標準設(shè)計研究所. 全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施[M].北京：中國計劃出版社，2009.

[3] 中國建筑學(xué)會建筑電氣分會. 民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范實施指南[M]. 北京：中國電力出版社.