某超高层建筑供配电设计分析

陆健文

南京长江都市建筑设计股份有限公司，江苏 南京 210002

0 引言

根据《民用建筑设计统一标准》（GB 50352—2019）的定义，建筑高度超过100 m，无论是住宅建筑还是公共建筑，均属于超高层建筑。随着超高层建筑高度的不断增加，供配电系统的设计也随之复杂化，建筑高度增加对供配电系统的安全性、合理性提出了更加严格的要求[1-3]。

1 工程概况

案例工程位于南京市，为一栋建筑高度为500 m的超高层公共建筑。该建筑地下有4层，主要为地下车库及相关设备用房；地上有102层，其中1～3层为商业裙房，4～80层为办公用房，81～102层为酒店。该工程地下总建筑面积为57 530 m2，地上总建筑面积为269 868 m2，其中商业裙房36 543 m2，办公室188 666 m2，酒店44659 m2。

2 负荷分级

（1）一级负荷中特别重要的负荷：超高层公共建筑消防负荷，如消防水泵、消防电梯、防排烟及加压风机、应急照明及疏散照明、消防控制室等；五星级酒店经营及设备管理用计算机系统用电。

（2）一级负荷：超高层公共建筑的走道照明、排污泵、生活水泵、客体用电等；五星级酒店的宴会厅、厨房、餐厅、康乐设施、门厅及高级客房照明、弱电安保、通信机房、商业备用照明等。

（3）二级负荷：商业自动扶梯、电影院、五星级酒店中除一级负荷外的其他用电、办公特殊用电等。

（4）三级负荷：其他普通照明及普通动力等。

3 供电电源

根据《供配电系统设计规范》（GB 50052—2009）的要求，一级负荷应由双重电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源可以发挥作用；一级负荷中特别重要的负荷除应由双重电源供电外，还应增设应急电源。

据统计，该项目所有用电设备的计算负荷为19 797.7 kW，其中一级负荷平时负荷（含一级负荷中特别重要的负荷）为4 060.1 kW，一级负荷消防负荷（含一级负荷中特别重要的负荷）为4 812 kW，二级负荷为2 853.3 kW，总装机容量27 700 kVA。

当地供电公司规定，用户申请容量在8 000 kVA以下时，宜采用10 kV电压供电；城镇或高新技术（经济）开发区内的用户申请容量超过8 000 kVA，并且附近没有35 kV供电条件时，可采用10 kV多回路供电。该项目周边无35 kV电源，因此考虑采用多回路的10 kV线路供电。

为了保证供电的安全及可靠性，要求市政电源采用10 kV的专线供电，且对应的双重电源引自不同变电站的10 kV出线，其引入该建筑项目的通道亦应选择不同路径，从而在源头上最大限度地减少双重电源同时故障的可能性。根据该项目负荷计算，选择4回10 kV线路接入。

4 高低压系统设置

4.1 高压系统

建设单位要求，在任意一侧电源失电的情况下，应能保证整栋建筑的正常用电。在全部电源失电的情况下，应能保证消防负荷、安保中心、公共照明、弱电机房、生活泵、酒店厨房、高端客房、酒店公区、电梯等的正常用电。为此，高压系统采用单母线分段带联络的接线方式。如前文所述，该项目采用4回10 kV线路供电，线路两两成对，每组成对线路来自2座不同的上级变电站，分别接入该项目1#、2#公共开闭所，再由1#公共开闭所不同母线段各新出1回10 kV线路，接入1#用户中心站，由2#公共开闭所不同母线段各新出2回10 kV线路，接入2#、3#用户中心站，其中1#用户中心站提供41层及以下楼层的办公、商业及地库用电，2#用户中心站提供42层及以上楼层的办公用电，3#用户中心站提供酒店用电。

该项目办公与酒店产权不同，因此选择通过不同用户中心站分别进行高压侧计量。高压系统考虑到在双重电源中一侧电源失电的情况下，应满足用户的持续用电，因此在公共开闭所及用户高压中心站内，均考虑设置高压联络，高压联络配合高压备用电源自动投入装置，可实现在一侧电源失电的情况下，自动切除失电侧电源主进线开关，同时合上母联开关，以实现用户的持续供电。

在部分避难层设置有变电所，为了保证供电的可靠性及安全性，由用户中心站10 kV出线间隔，放射式的敷设10 kV电缆至变电所的高压进线柜，以减小10 kV出线间隔或线路故障所带来的影响面。

同时，62层及以上设置的变电所中，在一半高压柜中考虑设置高压应急电源的进线位置，高压柴发的10 kV出线接入变电所高压应急电源进线柜，双电源切换后提供变电所的应急电源。市电与应急电源采用不同管道井敷设，减小两者同时损坏的概率。

4.2 变压器的选择

根据负荷计算结果，变压器应满足所有消防负荷或非消防负荷中较大者，且其负载率不大于85%，并且在一路电源失电时，应能保证所有二级及以上负荷的供电需求。为了减少超高层部分因变压器故障带来的停电范围，并且考虑方便运输及减小载荷，设置在避难层的变压器，容量不宜超过1 250 kVA。该项目变电所及变压器配置情况如表1所示。

表1 变电所及变压器配置情况表

4.3 低压系统

低压配电系统采用双母线分段带联络的接线方式，低压系统采用进线开关、母联开关双电源自动切换，在一侧电源失电的情况下，自动将失电一侧的进线开关断开，合上母联开关，使得失电侧低压母线段与带电母线段联络。

在62层以下的变电所，另设置一段应急母线段，主要将需要柴油发电机作为应急电源的负荷接至此处，正常供电时，其电源取自市电，在市电失电时，启动柴油发电机，作为该母线段的应急电源持续供电。

4.4 应急电源系统

第一，柴油发电机。柴油发电机作为该项目主要的应急电源，在市电均失电时，保证持续性的供电，为满足消防电源的需求，柴油发电机最低工作时长为3 h。

柴油发电机保证的负荷基本为消防负荷，包括消防泵、喷淋泵、排烟风机、正压风机、防火卷帘、消防电梯、应急照明、消防控制中心等，也包含酒店管理公司要求的额外负荷。柴油发电机启动信号取自高压进线开关，两路市电同时失电的信号联动柴油发电机启动，发电机组应能在30 s内实现正常供电。

该项目B4～62层需柴油发电机作为应急电源的非消防负荷为3 404 kW，消防负荷为1 344 kW；63～102层需柴油发电机作为应急电源的非消防负荷为2 894 kW，消防负荷为1 194 kW。考虑外部电源全部失电的情况下，未发生火灾时，应保证柴油发电机供电范围内非消防负荷及部分消防负荷（如消防控制室、消防电梯等）的正常使用；发生火灾时，应保证柴油发电机供电范围内消防负荷及部分火灾时不切除的非消防负荷（如安保中心）的正常使用，再根据发生火灾和未发生火灾时，柴油发电机所带负荷的最大值选择柴油发电机的容量。

综合考虑上述条件后，该项目在地下一层分别设置1座高压柴油发电机房和1座低压柴油发电机房。高压柴油发电机房设置1台2 000 kVA高压柴油发电机，提供63～ 102层的应急电源；低压柴油发电机房设置1台2 000 kVA低压柴油发电机，提供B4～62层的应急电源。为了满足高端客户的更高供电要求，预留1台1 000 kVA柴油发电机的设备位置。

第二，不间断电源。各弱电系统、火灾自动报警系统等分别随设备配置了UPS不间断电源。不间断电源平时处于浮充状态，在失电时不间断对负荷供电。不间断电源应能保证在柴油发电机完成启动并正常输出，以及系统切换至柴油发电机供电前，各弱电系统及消防报警系统的不间断供电，考虑各不间断电源的供电时间应不低于15 min。

5 结束语

文章是笔者对超高层建筑供配电设计的一些经验总结，分析了超高层建筑供配电设计中的一些共同特点，在供配电系统的设计、变电所的设置、变压器容量的选择、应急电源系统的设置等方面进行了着重分析。在考虑建设单位使用要求的同时，更要重视系统的安全性与合理性。同时，提供了超高层建筑供配电设计时会遇到的一些共同问题，并提供了相关解决方法或措施，希望能对今后的超高层建筑供配电设计起到一定的参考作用。