趙俊光

(國網(wǎng)重慶市電力公司江津供電分公司，重慶 402260)

城市超高層建筑供電方式的研究探討

趙俊光

(國網(wǎng)重慶市電力公司江津供電分公司，重慶 402260)

隨著城市商區(qū)地塊趨于緊張，高層建筑的崛起成為必然，對(duì)高層建筑供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平要求越來越高。在借鑒國內(nèi)超高層建筑典型供電模式的基礎(chǔ)上，對(duì)當(dāng)前城市超高層建筑供電中負(fù)荷特性預(yù)測(cè)、供電電源選擇、配電房規(guī)劃配置、接線方式選擇等方面提出研究建議，為城市高層供電提供參考依據(jù)。

超高層住宅；負(fù)荷特性；配電房規(guī)劃配置

隨著城市的快速發(fā)展，高檔商區(qū)居住環(huán)境漸由分散型向集中型、規(guī)模型轉(zhuǎn)化[1-3]。以重慶市為例，因山城地形特征，為更高效地利用城市土地資源，近年來城市超高層建筑不斷增多。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015年底重慶已建成62棟200 m及其以上高樓，其中包括 42棟250 m及其以上高樓。因此，如何為超高層建筑提供安全可靠地供電，已經(jīng)成為供電企業(yè)服務(wù)客戶工作的一個(gè)重點(diǎn)問題[4-5]。

《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中規(guī)定，高層建筑對(duì)消防用電的可靠性要求很高。對(duì)高層建筑而言，為滿足消防要求需要提高供電可靠性，一方面采用傳統(tǒng)的電網(wǎng)供電加備用發(fā)電機(jī)的供電方式，另一方面盡最大可能地向供電企業(yè)申請(qǐng)多回電源。隨著重慶配售電市場(chǎng)的逐步開放，開發(fā)商客戶更趨向于向售電企業(yè)申請(qǐng)供電電源。

從安全、經(jīng)濟(jì)供電為出發(fā)點(diǎn)，通過綜合剖析現(xiàn)階段超高層建筑供電方面存在的問題，對(duì)城市超高層建筑供電中的負(fù)荷特性預(yù)測(cè)、供電電源選擇、配電房規(guī)劃配置、接線方式選擇等方面進(jìn)行分析探討，為城市高層供電發(fā)展提供參考依據(jù)。

1 超高層建筑特點(diǎn)

一般把建筑高度超過100 m 的高層民用建筑定義為超高層建筑?！陡邔用裼媒ㄖO(shè)計(jì)防火規(guī)范》中規(guī)定：“當(dāng)高層建筑的建筑高度超過250 m時(shí)，建筑設(shè)計(jì)采取的特殊的防火措施，應(yīng)提交國家消防主管部門組織專題研究、論證?！?為了與《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》的定義一致， 將建筑高度超過250 m的高層建筑稱為“超限高層建筑”。由于超高建筑面積大，功能復(fù)雜，用電負(fù)荷大，供電半徑大，消防撲救困難。因而對(duì)其供電方案、應(yīng)急/備用電源、變配電所及疏散照明等方面的電氣設(shè)計(jì)無疑帶來很大的挑戰(zhàn)。

2 高層建筑負(fù)荷特性分析

高層建筑的供電負(fù)荷計(jì)算一般采用負(fù)荷密度法和需用系數(shù)法[3]。各類高層建筑用電典型負(fù)荷密度如表1所示。

表1 各類高層建筑用電典型負(fù)荷密度

3 高層建筑供電方式研究

3.1供電電源選擇

由于高層建筑負(fù)荷較大，一般電源來自110 kV變電站或10 kV開關(guān)站，以10 kV供電高壓深入負(fù)荷中心，以減少線損。

以重慶市為例，由于市區(qū)供電負(fù)荷密度大，110 kV變電站已深入市區(qū)，各高層建筑的電源可就近取自附近變電站或開關(guān)站。但一些開發(fā)地區(qū)高層建筑竣工時(shí)，該地區(qū)的變電站或開關(guān)站尚未建成，只能先從距該地區(qū)相對(duì)較近的公用線路或開關(guān)站單電源供電，設(shè)公用環(huán)網(wǎng)開關(guān)，待該地區(qū)變電站或開關(guān)站建成投運(yùn)后，再將該環(huán)網(wǎng)回路接入新建電站或開關(guān)站，轉(zhuǎn)由該站主供，原供電電源可作為備用。對(duì)采用雙開式或雙回電源供電的，其兩路電源應(yīng)取自不同變電站或同一變電站不同段母線。

此外，20層以上的辦公樓、高級(jí)賓館等重要用戶，除具有兩個(gè)供電電源外還可增設(shè)獨(dú)立于城市電網(wǎng)的自備柴油發(fā)電機(jī)為應(yīng)急電源。一般可采用10 kV或380 V低壓發(fā)電機(jī)。

另外，根據(jù)城網(wǎng)規(guī)劃、改造的原則，逐步實(shí)現(xiàn)城區(qū)內(nèi)配網(wǎng)電纜化。因此，高層建筑的供電線路全部采用電纜線路，110 kV變電站的出線電纜一般選用銅芯3×400 mm2，10 kV開關(guān)站電纜出線不得小于銅芯3×300 mm2，考慮到最終實(shí)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)，要求每回路全線應(yīng)采用同一截面電纜。

3.2配電室站址選擇

配電站應(yīng)盡可能處于負(fù)荷中心，以提高供電效益和降低造價(jià)。另外，高層建筑供電站址如果與主建筑分開，低壓線路進(jìn)入主建筑將很復(fù)雜，所以高層建筑配電站一般都要進(jìn)入樓內(nèi)。進(jìn)入樓內(nèi)的配電站選擇應(yīng)滿足以下原則：①接近負(fù)荷中心；②靠近電源進(jìn)線側(cè)；③配電干線的電壓降不得超過允許值。

其中，原則③中電壓降主要受線路供電半徑影響。因此，低壓線路供電半徑一般不宜超過150 m[6]。當(dāng)供電容量超過500 kW，供電距離超過150 m時(shí)，宜考慮增設(shè)變配電所，只要條件許可，變配電所的位置應(yīng)盡量靠近負(fù)荷中心，特殊情況下對(duì)超高層建筑配電變壓器應(yīng)允許上樓。如上海東方明珠電視塔10 kV供電至320 m，金茂大廈6.3 kV供電至52層，上海商城10 kV供電至46層。

3.3配電室數(shù)量配置

由于超高層建筑的供電半徑長，為降低電壓降和電能損耗，減少電氣豎井面積， 變配電所設(shè)置需深入負(fù)荷中心，塔樓高區(qū)分變配電所設(shè)置原則參見表2。表2中，分配電所配置數(shù)量中不包含總配電室。

表2 塔樓高區(qū)分變配電所設(shè)置

以廣州珠江城項(xiàng)目為例，高區(qū)用電負(fù)荷較為均衡，因而于底部設(shè)有總高壓房及變配電所，在第23 層、第49 層及第69 層處分別設(shè)高區(qū)變配電所，分布見圖1。

圖1 廣州珠江城配電所分布

3.4供電接線方式

3.4.1雙電源供電模式

對(duì)于負(fù)荷性質(zhì)單一、供電密度較小的高層建筑(如純住宅高層)或者建成初期待發(fā)展的高層建筑來講，可采用雙回路供電方式?；灸Ｊ接幸还┮粋涫?、分段備投備用式、中心配電房——分電房式。

(1)一供一備式

一供一備式配電房供電模式如圖2所示。配電房1、2、3采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，同時(shí)另單獨(dú)設(shè)一回線路作為高層消防水泵、消防電梯和樓道照明等一級(jí)負(fù)荷的第二電源，電源1、2為不同電源(來自不同變電站或同一變電站不同母線)。特點(diǎn)簡(jiǎn)述：圖1中變壓器T的功能相當(dāng)于開發(fā)商的自備發(fā)電機(jī)，對(duì)開發(fā)商而言，低壓線路投資不變，而少了自備發(fā)電機(jī)的投資和維護(hù)費(fèi)，易于他們接受；增加的投資為變壓器T及相關(guān)開關(guān)設(shè)備、10 kV線路的投資；但電梯等負(fù)荷低壓線路可能會(huì)因?yàn)樾^(qū)面積太大而導(dǎo)致?lián)p耗比較大。適用于中、大型成片高層住宅小區(qū)。

圖2 一供一備式配電房供電模式

(2)分段備投備用式

分段備投備用式配電房供電模式如圖3所示。電房1、2皆采用兩路10 kV進(jìn)線，單母線分段的結(jié)構(gòu)，采取分段備自投方式互為備用。一級(jí)負(fù)荷由同一電房，不同變壓器供電。特點(diǎn)簡(jiǎn)述：供電可靠性高；低壓線路損耗??；接線復(fù)雜，運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜；投資較大，10 kV線路和開關(guān)柜等設(shè)備投資基本上翻倍。適用于超高層，多戶數(shù)高級(jí)住宅樓或商住樓。

圖3 分段備投備用式配電房供電模式

(3)中心配電房——分配電房式

中心配電房——分配電房供電模式如圖4所示。特點(diǎn)簡(jiǎn)述：供電可靠性比較高；運(yùn)行維護(hù)、投資相對(duì)于分散式而言要小(分電房開關(guān)設(shè)備可簡(jiǎn)單化)；低壓線路損耗小。如果能按要求做好電房和電力管線的整體規(guī)劃，對(duì)分期開發(fā)的大型高層多層混合小區(qū)非常有利。

圖4 中心配電房——分配電房供電模式

3.4.2多回路供電接線模式

對(duì)于負(fù)荷性質(zhì)復(fù)雜、供電密度大的城市標(biāo)志性高層建筑(如廣州塔、上海中心大廈)來講，為確保大樓內(nèi)用戶的高供電可靠性，宜采用多回路供電模式，以“N供一備”為典型接線方式。以廣州珠江城項(xiàng)目為例，市政10 kV電源進(jìn)線采用4路進(jìn)線，分別從4個(gè)不同的110/10 kV變電站引來，3用1備，當(dāng)其中1路故障時(shí)，另1路備用電源可承擔(dān)故障電源的100%負(fù)荷。“N供一備”配電房供電模式如圖5所示。

圖5 “N供一備”配電房供電模式

4 結(jié)語

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和新技術(shù)、新材料的不斷應(yīng)用，以及城市地塊資源稀缺性等原因，各地超高層建筑不斷涌現(xiàn)在一二線城市的生活經(jīng)濟(jì)中心。作為市政、商業(yè)、住宅的密集聚集區(qū)，超高層建筑對(duì)供電的可靠性要求也比普通的高層建筑要高得多。本文重點(diǎn)闡述了超高層建筑的典型供電方式，包括負(fù)荷特性預(yù)測(cè)、供電電源選擇、配電房配置、接線方式選擇等，其目的主要是為當(dāng)前超高層建筑供電模式提供一定參考，提升客戶用電服務(wù)質(zhì)量。

[1] 白玉森. 高層民用建筑供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].鞍鋼技術(shù), 1997(3): 51-54.

BAI Yusen. Design of Electric Power Supply-distribution System for Tall Civil Buildings[J]. AISC Technology, 1997(3): 51-54.

[2]葛少云,尹頁秀,于建成,等. 開發(fā)小區(qū)中壓配電網(wǎng)規(guī)劃[J].中國電力, 2003,36(S1): 5-9.

GE Shaoyun, YIN Yexiu, LIN Yu. Distribution network planning for small development area[J]. Electric Power, 2003,36(S1): 5-9.

[3]王建興,劉靜萍,朱文濤,等.昆明市小區(qū)居民用電負(fù)荷調(diào)查研究[J].昆明理工大學(xué)學(xué)報(bào)(理工版),2003,28(1): 49-52.

WANG Jianxing, LIU Jingping, ZHU Wentao, et al. Investigative research of civil load in kunming city[J].Journal of Kunming University of Science and Technology(Science and Technology), 2003, 28(1): 49-52.

[4]李強(qiáng), 程大章. 關(guān)于住宅小區(qū)供電模式的研究[J].低壓電器, 2001(3): 25-29.

LI Qiang, CHENG Dazhang. Study on modes of power supply for district[J].Low Voltage Apparatus, 2001(3): 25-29.

[5]WILLIS H L. Power Distribution Planning Reference Book [J]. Marcel Dekker, 2004(Jan):82.

[6]WONG W，CHAO H，JULIAN D, et al．Transmission planning in a deregulated environment[C]//IEEE Transmission and Distribution Conference, New Orleans, LA, USA, 1999．

(本文編輯：趙艷粉)

Research on Power Supply Mode for Urban Super High Buildings

ZHAO Junguang

(State Grid Jiangjin Power Supply Bureau,State Grid Chongqing Electric Power Company, Chongqing 402260, China)

There arises the essential need for super high buildings due to less and less land for urban commercial development, as well as the higher requirements of the power supply system design for super high buildings. Based on the experience of power supply modes for domestic high-rise building, the research suggestions are put forward in the aspects of load characteristic prediction, power supply selection, distribution room planning and configuration, and wire connection mode selection, with a view to providing reference for the high building power supply.

super high buildings; load characteristic; distribution room planning and configuration

10.11973/dlyny201704006

趙俊光(1986—)，男，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)槌鞘信潆娋W(wǎng)規(guī)劃與運(yùn)行。

TU85

：A

：2095-1256(2017)04-0393-04

2017-04-10