吴江松陵大道综合交通枢纽供配电系统设计研究

杨诗伟

湖北工业大学（430068）

1 建筑概况

该项目包括城市交通枢纽、商业、配套、P+R 停车及住宅等功能，是集城市轨道、城市公交、城乡班线、旅游集散中心、城市候机楼、车辆停车场等多种公共设施于一体，融商业、住宅、休闲、娱乐、城市景观等功能的，建筑设计现代化、运营管理智慧化的综合换乘枢纽和时尚邻里型城市生活广场[1]。

该项目地下和地上均为3 层，建筑高度为23.9 m。总建筑面积为257 424.52 m2，住宅及其配套地下室部分面积100 340.30 m2（公变配电），枢纽商业及其配套地下室面积157 084.22 m2（专变配电）。枢纽地上建筑面积为8 551.06 m2，商业地上建筑面积为31 683.44 m2，枢纽地下建筑面积102 584.09 m2，商业地下建筑面积14 265.63 m2。

2 负荷等级

结合《商店建筑电气设计规范》（JGJ 392—2016）、《车库建筑设计规范》（JGJ 100—2015）、《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》（GB 50067—2014）、《交通建筑电气设计规范》（JGJ 243—2011）中有关负荷等级规定，该项目以下用电均设计为一级负荷：商业区走道照明、应急照明、值班照明、警卫照明、信息网络系统、电子信息设备机房、经营管理用计算机系统用电（属于一级负荷中的特别重要负荷）、机房动力、消防用电负荷。汽车客运站应急照明、公共区域照明、管理用房照明及客运站电梯、排污水设备、生活水泵、商业区电梯、空调和锅炉房用电为二级负荷。其他负荷等级为三级。

3 方案阶段容量估算

根据《建筑电气常用数据》（19DX101-1）、《商店建筑电气设计规范》、《建筑电气设计统计技术措施》中已经对项目中各业态用电量指标进行了总结归纳见表1。

表1 枢纽用电指标

根据上述用电指标对项目用电量进行估算，枢纽功能区约为2 830 kVA，自持商业约为7 590 kVA，枢纽停车场约为2 550 kVA，大巴充电桩约为1 200 kVA，总估算容量为146 95 kVA。

拟在项目1 层新设一个环网室，通过地下电缆引入10 kV×2 条市电线路。市政电源引入环网室后，经高压开关站至南北变电站、大巴充电变电所。高压开关柜为2 进10 出，向南北变电站、大巴充电变电所内变压器提供电源。

4 初步设计及施工图阶段负荷计算

初步设计阶段能够取得水暖及相关工艺专业的用电设备容量，照明、插座及其他特殊用电负荷可按照单位指标法估算，两部分用电之和按需要系数法计算得到总计算负荷。在施工图阶段，部分特殊用电负荷可取得设备容量资料，未明确部分依旧按照估算预留。

根据《建筑电气常用数据》《建筑电气设计统计技术措施》，对项目中各类常用负荷的需要系统及功率因素进行总结，再根据水暖专业及其他专业备功率及类型进行负荷计算，结果见表2。

表2 商业枢纽变电所负荷计算表

备用负荷、消防负荷两类负荷非变压器正常运行时需进行供电的负荷，计算变压器容量时可去除这两类负荷。但是对于正常运行的一级负荷需进行负荷校验。根据变压器运行方式，两个变压器高压接自不同的母线段，低压侧采用单母线分段的接线方式，一级负荷分别有两个变压器作为主备电源。

5 自备应急电源容量计算

根据负荷统计表统计，该项目消防设置负荷共计4 392.2 kW，发生火灾时启动防火分区内的防火卷帘、应急照明、排烟风机、送风机、消防电梯、消防泵房水泵等消防设备。按照一个防火分区发生火灾的状况，相邻的两个防火分区做供电热备，重新对消防负荷进行梳理。非消防负荷计量（非消防状态市电停电时）负荷总计440.1 kW，消防负荷计算（消防状态市电停电时）负荷总计473.4 kW。

根据计算结果选用备载800 kVA 柴油发电机组满足自备电源要求，一般发电机组需保持常备启动状态，其安装有自动启动装置。如果市电检测装置检测到市电断电，机组将第一时间启动，而且可以在30 s 内快速投入正常带负荷运行（一级负荷、一级中特别重要负荷）。当市电恢复供电后由电力监控系统自动切换并延时停机，连续供电时间应大于180 min。

应急照明采用应急照明集中电源装置（EPS），EPS 的切换时间应≤0.25 s，其连续供电时间应≥1.5 h。蓄电池电源的供电方式为集中电源供电，集中电源可设置在消防控制室、低压配电室、配电间内。如设置地方为配电间，容量应≤1 kW。如设置地方为消防控制室、低压配电室，则应≤5 kW。集中设置的电源采用消防电源专用应急回路供电的方式，分散设置的则采用所在防火分区内的消防电源配电箱供电的方式。

为了保证消防控制室、主要业务和计算机系统用电、安防系统用电、电子信息设备机房用电、经营及设备管理用计算机系统用电的稳定性，设置不间断电源装置UPS 为这些设施提供应急电源。不间断电源应有自动和手动旁路装置。不间断电源的基本容量按照E≥1.2 P 公式进行计算（E 为不间断电源系统的基本容量，P 为电子信息设备的计算负荷）。

6 变配电系统接线形式

本工程按“两路独立的10 kV 供电、两路同时使用，10 kV 侧采取单母线分段不联络主接线方式”的原则设计。变电所低压侧应用的是单母线分段加手动/ 自动联络模式，电气加机械联锁，正常情况下分列运行，如果一台变压器失电，另一台则经强迫风冷后能够承受所有一、二级负荷。具体如图1 所示。

图1 变电所低压系统图

低压侧运行方案: 正常运行情况下变压器同时工作，分列运行QF1、QF2、QF4、QS1 合闸，QF3 断开，转换开关在市电位置运行；其中任一台变压器停运，相应停运变压器主开关QF1 或QF2 分闸，卸载I 段、II 段母线非保障负荷，QF3 分闸，QF1 或QF2 合闸。任何情况下，不允许QF1、QF2、QF3 三个开关同时闭合。当正常电源QF1 和QF2 均失电时，启动柴油发电机组，转换开关转至应急电源供电位置，为特别重要负荷供电。市电与柴油发电机通过PC 级ATS 实现两路电源的切换运行。

7 低压配电系统设计

本工程采用220 V/380 V 三相五线制供电，电源电缆由地下各变电所沿金属桥架引入各用电区域电气管井及楼层配电间。

普通用电设备负荷，一级负荷应由双重电源的两个低压回路在末端处进行切换供电，二级负荷则通过两台变压器不同母线的两路电源供。在建筑物使用双重电源供电模式，以及两台变压器低压侧安装有母联开关的情况下，二级负荷可由任一段低压母线单回路供电。三级负荷采用单电源单回路供电。一级负荷中特别重要负荷采用两台变压器不同母线段，其中一个母线段为应急母线段。应急母线段接入柴油发电备用电源，并在母联柜进行互备互投。

低压配电干线主要包括以下三种形式。

1）树干式配电。树干式配电是直线供电，多个负荷由一条干线供电，供电有插接母线、电缆T 接、电缆预分支等多种形式。应急照明及商业公共照明负荷较小，采用两条树干供电电路进行供电。链式供电适用于距离配电箱较远而彼此又接近的不重要的小容量用电设备，如消防负荷中防火卷帘、一般设备插座等用电设施配电采用此种供电形式，连接设备一般不超过5 台、总容量不超过10 kW。

2）放射式配电。放射式配电是供电装置集中在一处，负载遍布在周围的一种配电形式，供电可靠性高，故障发生后影响范围较小。空调热泵机组、生活泵房、弱电机房、充电桩、枢纽办公、监控室、户外LED 大屏、泛光照明等普通用电负荷多采用此种方式。消防负荷中消防水泵、消防风机、消防电梯、消防控制室等的两个供电回路采用变电所放射式供电。

3）树干式+ 放射式配电。这种配电方式在负荷较小且较分散的用电负荷场景中使用较多。例如商业负荷、室内空调机组、事故风机、商业扶梯等负荷供电采用此种供电方案。

8 商铺供电系统分析

商铺配电的困难之处在于商铺招商的需要及投资成本之间平衡点的把握。招商时租户所需要的用电量远远大于实际所需要的用电量，且国内相关标准对用电系数的取值没有相关规定。由于商铺配电的主干线一般多采用母线槽且容量较大，此时若按照末端的配电原则则不经济。

一般而言，参照大部分的招商要求，建议商业配电按照120 W/m2、餐饮按照300～400 W/m2考虑。此配置标准基本可满足大多数租户在招租时的要求，但租户实际使用量会远远低于此配置标准，因此在干线选择时考虑需要系数来降低投资成本。

9 结语

在设计交通枢纽建筑的供配电设计方案时，必须先做好交通枢纽建筑供电等级分析工作，再根据数据分析结果合理估算用电设备的负荷以及负荷分布的实际情况，最后确定变压器的数量、高压系统接线方式以及低压负荷容量等相关参数。