城市超高层建筑供电方式的研究探讨

赵俊光

(国网重庆市电力公司江津供电分公司，重庆 402260)

城市超高层建筑供电方式的研究探讨

赵俊光

(国网重庆市电力公司江津供电分公司，重庆 402260)

随着城市商区地块趋于紧张，高层建筑的崛起成为必然，对高层建筑供电系统设计水平要求越来越高。在借鉴国内超高层建筑典型供电模式的基础上，对当前城市超高层建筑供电中负荷特性预测、供电电源选择、配电房规划配置、接线方式选择等方面提出研究建议，为城市高层供电提供参考依据。

超高层住宅；负荷特性；配电房规划配置

随着城市的快速发展，高档商区居住环境渐由分散型向集中型、规模型转化[1-3]。以重庆市为例，因山城地形特征，为更高效地利用城市土地资源，近年来城市超高层建筑不断增多。据统计，2015年底重庆已建成62栋200 m及其以上高楼，其中包括 42栋250 m及其以上高楼。因此，如何为超高层建筑提供安全可靠地供电，已经成为供电企业服务客户工作的一个重点问题[4-5]。

《高层民用建筑设计防火规范》中规定，高层建筑对消防用电的可靠性要求很高。对高层建筑而言，为满足消防要求需要提高供电可靠性，一方面采用传统的电网供电加备用发电机的供电方式，另一方面尽最大可能地向供电企业申请多回电源。随着重庆配售电市场的逐步开放，开发商客户更趋向于向售电企业申请供电电源。

从安全、经济供电为出发点，通过综合剖析现阶段超高层建筑供电方面存在的问题，对城市超高层建筑供电中的负荷特性预测、供电电源选择、配电房规划配置、接线方式选择等方面进行分析探讨，为城市高层供电发展提供参考依据。

1 超高层建筑特点

一般把建筑高度超过100 m 的高层民用建筑定义为超高层建筑。《高层民用建筑设计防火规范》中规定：“当高层建筑的建筑高度超过250 m时，建筑设计采取的特殊的防火措施，应提交国家消防主管部门组织专题研究、论证。” 为了与《高层民用建筑设计防火规范》的定义一致， 将建筑高度超过250 m的高层建筑称为“超限高层建筑”。由于超高建筑面积大，功能复杂，用电负荷大，供电半径大，消防扑救困难。因而对其供电方案、应急/备用电源、变配电所及疏散照明等方面的电气设计无疑带来很大的挑战。

2 高层建筑负荷特性分析

高层建筑的供电负荷计算一般采用负荷密度法和需用系数法[3]。各类高层建筑用电典型负荷密度如表1所示。

表1 各类高层建筑用电典型负荷密度

3 高层建筑供电方式研究

3.1供电电源选择

由于高层建筑负荷较大，一般电源来自110 kV变电站或10 kV开关站，以10 kV供电高压深入负荷中心，以减少线损。

以重庆市为例，由于市区供电负荷密度大，110 kV变电站已深入市区，各高层建筑的电源可就近取自附近变电站或开关站。但一些开发地区高层建筑竣工时，该地区的变电站或开关站尚未建成，只能先从距该地区相对较近的公用线路或开关站单电源供电，设公用环网开关，待该地区变电站或开关站建成投运后，再将该环网回路接入新建电站或开关站，转由该站主供，原供电电源可作为备用。对采用双开式或双回电源供电的，其两路电源应取自不同变电站或同一变电站不同段母线。

此外，20层以上的办公楼、高级宾馆等重要用户，除具有两个供电电源外还可增设独立于城市电网的自备柴油发电机为应急电源。一般可采用10 kV或380 V低压发电机。

另外，根据城网规划、改造的原则，逐步实现城区内配网电缆化。因此，高层建筑的供电线路全部采用电缆线路，110 kV变电站的出线电缆一般选用铜芯3×400 mm2，10 kV开关站电缆出线不得小于铜芯3×300 mm2，考虑到最终实现环网，要求每回路全线应采用同一截面电缆。

3.2配电室站址选择

配电站应尽可能处于负荷中心，以提高供电效益和降低造价。另外，高层建筑供电站址如果与主建筑分开，低压线路进入主建筑将很复杂，所以高层建筑配电站一般都要进入楼内。进入楼内的配电站选择应满足以下原则：①接近负荷中心；②靠近电源进线侧；③配电干线的电压降不得超过允许值。

其中，原则③中电压降主要受线路供电半径影响。因此，低压线路供电半径一般不宜超过150 m[6]。当供电容量超过500 kW，供电距离超过150 m时，宜考虑增设变配电所，只要条件许可，变配电所的位置应尽量靠近负荷中心，特殊情况下对超高层建筑配电变压器应允许上楼。如上海东方明珠电视塔10 kV供电至320 m，金茂大厦6.3 kV供电至52层，上海商城10 kV供电至46层。

3.3配电室数量配置

由于超高层建筑的供电半径长，为降低电压降和电能损耗，减少电气竖井面积， 变配电所设置需深入负荷中心，塔楼高区分变配电所设置原则参见表2。表2中，分配电所配置数量中不包含总配电室。

表2 塔楼高区分变配电所设置

以广州珠江城项目为例，高区用电负荷较为均衡，因而于底部设有总高压房及变配电所，在第23 层、第49 层及第69 层处分别设高区变配电所，分布见图1。

图1 广州珠江城配电所分布

3.4供电接线方式

3.4.1双电源供电模式

对于负荷性质单一、供电密度较小的高层建筑(如纯住宅高层)或者建成初期待发展的高层建筑来讲，可采用双回路供电方式。基本模式有一供一备式、分段备投备用式、中心配电房——分电房式。

(1)一供一备式

一供一备式配电房供电模式如图2所示。配电房1、2、3采用标准设计，同时另单独设一回线路作为高层消防水泵、消防电梯和楼道照明等一级负荷的第二电源，电源1、2为不同电源(来自不同变电站或同一变电站不同母线)。特点简述：图1中变压器T的功能相当于开发商的自备发电机，对开发商而言，低压线路投资不变，而少了自备发电机的投资和维护费，易于他们接受；增加的投资为变压器T及相关开关设备、10 kV线路的投资；但电梯等负荷低压线路可能会因为小区面积太大而导致损耗比较大。适用于中、大型成片高层住宅小区。

图2 一供一备式配电房供电模式

(2)分段备投备用式

分段备投备用式配电房供电模式如图3所示。电房1、2皆采用两路10 kV进线，单母线分段的结构，采取分段备自投方式互为备用。一级负荷由同一电房，不同变压器供电。特点简述：供电可靠性高；低压线路损耗小；接线复杂，运行维护复杂；投资较大，10 kV线路和开关柜等设备投资基本上翻倍。适用于超高层，多户数高级住宅楼或商住楼。

图3 分段备投备用式配电房供电模式

(3)中心配电房——分配电房式

中心配电房——分配电房供电模式如图4所示。特点简述：供电可靠性比较高；运行维护、投资相对于分散式而言要小(分电房开关设备可简单化)；低压线路损耗小。如果能按要求做好电房和电力管线的整体规划，对分期开发的大型高层多层混合小区非常有利。

图4 中心配电房——分配电房供电模式

3.4.2多回路供电接线模式

对于负荷性质复杂、供电密度大的城市标志性高层建筑(如广州塔、上海中心大厦)来讲，为确保大楼内用户的高供电可靠性，宜采用多回路供电模式，以“N供一备”为典型接线方式。以广州珠江城项目为例，市政10 kV电源进线采用4路进线，分别从4个不同的110/10 kV变电站引来，3用1备，当其中1路故障时，另1路备用电源可承担故障电源的100%负荷。“N供一备”配电房供电模式如图5所示。

图5 “N供一备”配电房供电模式

4 结语

随着经济的发展和新技术、新材料的不断应用，以及城市地块资源稀缺性等原因，各地超高层建筑不断涌现在一二线城市的生活经济中心。作为市政、商业、住宅的密集聚集区，超高层建筑对供电的可靠性要求也比普通的高层建筑要高得多。本文重点阐述了超高层建筑的典型供电方式，包括负荷特性预测、供电电源选择、配电房配置、接线方式选择等，其目的主要是为当前超高层建筑供电模式提供一定参考，提升客户用电服务质量。

[1] 白玉森. 高层民用建筑供配电系统设计[J].鞍钢技术, 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,尹页秀,于建成,等. 开发小区中压配电网规划[J].中国电力, 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]王建兴,刘静萍,朱文涛,等.昆明市小区居民用电负荷调查研究[J].昆明理工大学学报(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]李强, 程大章. 关于住宅小区供电模式的研究[J].低压电器, 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．

(本文编辑：赵艳粉)

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

赵俊光(1986—)，男，硕士，工程师，主要研究方向为城市配电网规划与运行。

TU85

：A

：2095-1256(2017)04-0393-04

2017-04-10