谈忻州艺术中心供配电设计

王晓红

(山西省建筑设计研究院，山西太原 030013)

1 工程概况

忻州艺术中心位于山西省忻州市风栖街以南，慕山路以东。东侧毗邻规划的云中新区中央绿轴，西侧毗邻忻州体育中心地块，南侧为忻州文化中心地块，北侧隔着云中河与规划的云中新区区政府遥遥相望，总用地面积为172 099 m2(258.14亩)。忻州艺术中心将与忻州文化中心、忻州体育中心共同环抱出一个供市民大飨文化、艺术盛宴的舞台和体育竞技、健身的舞台。

忻州艺术中心主要包括大剧院与群艺馆两大艺术类公共建筑。总建筑面积约为73 706 m2，主体建筑高约为51.28 m，长宽均为174.4 m，主要功能有1个1 326座主剧场、1个580座小剧场、540座影城、群艺馆等等功能用房以及配套设施和展览大厅等公共活动场所。

2 供配电设计

1)供配电设计依据。

a.国内有关的建筑电气规范及规程;

b.业主在设计任务书中所提出的要求;

c.设备专业提供的设备用电量及用电要求。

2)变配电室选址及电源情况。

变配电室的选址通常是遵循深入或接近负荷中心、接近电源侧、方便进出线以及设备吊装、运输方便等原则，本工程中大剧院与群众艺术馆由左向右平行排列布置，围绕其一周是商业建筑、电影院、设备用房等，根据建筑物总用电量、建筑物布局及用电设备的分布情况，我们设立了1座10 kV高压配电室、2座10 kV/380 V变配电室。10 kV电源引自建筑物左侧的幕山路，高压配电室设于大剧院地下一层，靠近10 kV电源进户处，配电室面积约80 m2;1号变配电室设于大剧场地下一层，与高压配电室相邻，面积约200 m2，主要服务于大剧场;2号变配电室设于群艺馆一层，面积约220 m2，附带一个20 m2的值班室，主要服务于群艺馆。两路10 kV电源分别引自忻州市两个不同的供电网，两路电源同时工作，且互为备用，当一路电源发生故障或者检修时，另一路电源可以承担所有的一、二级及其他重要负荷。

3)负荷计算。

4)无功补偿。

本工程中无功功率补偿采用了变压器低压侧集中补偿的方式，在每台变压器的低压母线上装设不燃型无功功率自动补偿装置，对系统进行无功功率自动补偿以避免过补偿或者轻载时电压过高。对于照明变压器，每2 000 kVA最高补偿300 kvar;对于动力变压器，每2 000 kVA最高补偿500 kvar，补偿后的功率因数大于0.9，满足规范及当地供电部门的要求。

5)供电方式及电缆选型。

本工程中舞台照明、舞台机械电力、电声广播、电视转播及新闻摄影电源、演员化妆室和贵宾室照明、消防电梯、消防水泵、排烟及正压送风、补风机、消防中心电源、应急照明、疏散标志灯为一级负荷，调光用电子计算机系统为一级负荷中特别重要负荷，观众厅照明、空调机房电力及照明用电为二级负荷，其余均为三级负荷。一、二级负荷由双电源供电，末端互投，采用放射式供电;一级负荷中特别重要负荷除双电源供电外，还增设UPS不间断电源作为第三电源;三级负荷由单电源供电，采用树干式供电。本工程是一类高层建筑，属于人员密集场所，防火要求高，电缆采用低烟无卤交联聚乙烯绝缘电力电缆。一般回路采用阻燃型;消防回路采用耐火型电力电缆;舞台照明、正常照明干线等大容量配电干线采用密集型插接母线。

6)供配电设计及回路分配。

在供配电设计之初，首先将用电设备分为照明负荷和动力负荷两大类，照明和动力分别由不同的变压器供电;其次，将各类负荷分为大容量与小容量设备，比如舞台灯光、音响、冷冻机组、空调机组、电梯、剧场音响、消防泵等大容量设备，采用放射式供电;其他小容量设备则要根据其用电性质及设备安装位置等条件分组，化零为整，采用分区树干式供电。经过反复推敲，最终确定为98个用电点，也就是需要98条供电回路，其中80条回路为双电源供电，根据供电距离、变压器容量、方便管理等诸多因素，1号变配电室负担50条回路，其中44条为双回路供电，总计算负荷为3 297 kW。2号变配电室负担48条回路，其中36条为双电源供电，总计算负荷为3 346 kW。变压器低压母线分段运行，备用母线段预留柴油发电机接口，以备有重大活动室时使用移动式柴油发电机(相比建设固定柴发机房要经济很多)。柴油发电机电源开关与市电电源开关之间设机械及电气联锁，任何时候都只能闭合其中的一个开关，以避免应急电源与正常电源并列运行。

3 电缆通道设计

3.1 电缆布线

电缆的敷设方式一般是根据工程条件、环境特点、电缆类型、电缆数量等因素，按照运行可靠、便于维护等原则综合确定。电缆路径的选择符合下列要求:

1)应避免电缆遭受机械性外力、过热、腐蚀等危害;

2)应便于维护、维修;

3)应在满足安全的条件下，使电缆路径最短。

根据实际情况，本工程中电缆布线采用电缆沟、电缆槽盒、金属导管等多种形式相结合的敷设方式。

3.2 垂直通道

电缆垂直通道即电气竖井，电气竖井内布线适用于高层和多层建筑内垂直干线的敷设。通常采用金属槽盒、金属导管、电缆梯架、电缆桥架及封闭式母线等布线方式。竖井位置和数量应根据建筑物规模、各支线供电半径以及建筑物变形缝、伸缩缝位置和防火分区等因素确定，并宜靠近用电负荷中心。根据以上原则本工程共设立9个强电竖井为主楼服务，既作为电缆的垂直通道，又作为每层的电气配电间。在裙楼部分又设立7个配电间，以满足裙楼部分配电设备安装及配电的需求。

3.3 水平通道

水平通道即电缆的水平路由，本工程二层以上的水平布线，均采用金属桥架敷设方式，金属桥架采用吊杆安装，吊杆间距根据桥架荷载确定为1.5 m～3 m，主要安装于走道等公共场所，以方便维护、维修，因为标准层水平敷设的电缆较少，比较容易解决。而在一层和地下一层由变配电室至各垂直通道或者各用电点的水平通道就很难确定。1号变配电室设在地下一层，由变配电室馈出的线缆有近百条，其他设备专业(如给水管、消防管、供暖管、空调管等)的水平管道也非常多，可利用的吊顶空间有限，有些部位吊顶内只允许我们设一道电缆桥架，在电缆出线较多的部位，一道桥架是远远不够的，经过再三推敲，我们决定设立室内电缆沟。最终，我们将电缆通过三道桥架和两道电缆沟分别引至各电缆竖井，满足了甲方对建筑物使用层高的要求。2号变配电室设在一层，位居小剧场观众厅下方，四周被各种管井、风井包绕，电缆出线也是困难重重。经过多方协调沟通，最终确定为五道桥架和一道电缆沟作为电缆的水平敷设通道。当电缆桥架多层敷设时，为了散热和维修需要，电缆桥架之间距离不应小于0.3 m。而电缆沟的实施需要与结构专业密切配合，当电缆沟的尺寸确定后，要及时反馈给结构工程师，结构工程师通过调桩、降板、下翻梁等措施，创造出做电缆沟的条件。

4 结语

忻州艺术中心的设计难点在于建筑物主体空间关系复杂，用电设备多、容量大、分布广。供配电设计中，我们依据相关规范及各设备专业所提条件完成设计，电缆路径则需要与其他各专业充分沟通、协调。选定最合理的变配电室位置和电气竖井的位置、数量，选择最适当的电缆敷设方式，确保我们的设计安全、可靠、节能，便于运行、维护。

［1］JGJ 16-2008，民用建筑电气设计规范［S］.

［2］GB 50053-94，10 kV及以下变电所设计规范［S］.

［3］GB 50052-2009，供配电系统设计规范［S］.

［4］GB 50054-2011，低压配电设计规范［S］.

［5］全国民用建筑工程设计技术措施［S］.

［6］石 磊，肖运勤.谈供配电系统［J］.山西建筑，2012，38(15):111-113.