关于商业综合体配电系统设计探析

陈劲松

摘 要：从电力负荷等级、供配电系统设计、配变电所的设置、智能化变配电系统和节能措施等方面进行论述，并通过具体的工程实例，阐述配电系统的设计思想，总结该类型项目的供配电设计和节能设计的要求，保证灵活可靠配电的同时，实现节能、节材的绿色设计，给该类项目的供配电设计提供一定参考。

关键词：商业综合体；智能；配电系统

中图分类号：TU85                                      文献标识码：A                             文章编号：2096-6903（2023）02-0004-03

0 引言

商業综合体是将商业、办公、居住、旅店、展览、餐饮、会议、文娱等城市生活中三项以上功能进行组合，并建立一种相互依存、相互裨益的能动关系，从而形成一个多功能、高效率、复杂统一的综合体。其建筑面积大、用电负荷集中、负荷等级高，与普通的民用或工业项目相比，其供电、配电的设计也具有特殊性[1]。

1城市综合体概述

合肥吾悦广场（商业综合体）建筑面积为180 998.35 m2，其中地上建筑面积108 490 m2，地下建筑面积72 508.35 m2。本项目具有室内商业、室外商业街、餐饮、娱乐、影院、办公等功能，各个功能区域间的电力系统存在着一种既互为依赖又相对独立的关系，使整个建筑项目电力系统具有多功能、完整性和高效性。在供电体统方案的设计中，根据项目自身的特性，进行有针对性地设计，以满足商业用电要求[2]。吾悦广场鸟瞰图如图1所示。

2 电气设计特点及遵循的设计原则

在建筑内部，多采用通道树式系统，疏散通道、人流通道等相互连通，提供服务的系统与系统的通道之间存在着错综复杂的关系。系统、管道等既要为各自的功能单元提供服务，也要与其他功能单元进行连接。从电气设计上看，主要是系统前端的通讯联系、电缆通路的相互穿越、借用等。此外，餐饮、娱乐、商业商铺、停车场等属于不同的业主，并将其划分给不同的物业公司。因此，在商业综合体的电气设计中，要考虑到机电、管径的综合规划，不仅要明确产权归属，还要兼顾楼层限制、标高限制、管道进出限制及规范要求的其他限制条件。这就要求电力系统要综合各机房的功能、各配电系统的功能，并从总体上考虑它们之间的联系[3]。

3 供配电系统方案

3.1 供电电源

在变电配电系统设计上，要充分考虑到该商业综合体占地面积大、用电场所密集、供电负荷大、系统复杂的特点。从城市综合能源供应与分配系统的环节出发，项目的电源点情况直接关系到整个项目的供电可靠性。因此在开始着手相关工作之前，要与当地供电部门进行沟通对接，并通过现场实地勘察初步确定了该项目10 kV电源点。

本项目配电总容量为18 780 kVA，其中备用容量5 000 kVA，电源采用2主1备，主用1电源引自110 kV店埠变I段母线07开关线路（6 980 kVA），主用2电源引自110 kV孙滩变II段B母线30开关线路（6 800 kVA），备用电源从文一名门河畔备公用开闭所#07间隔接入（5 000 kVA）。2路主用电源分别引自城市不同的区域变电所，并采用专用线路的方式直接供本项目用电，同时还从项目附近小区变电总所引来一路10 kV备用电源，确保任何一路主用电源故障或检修时，仍然能保证本项目一二级负荷双电源供电，从电源端为本项目的安全用电提供了可靠保障。

3.2 负荷等级及负荷计算

3.2.1 负荷等级

本项目一级负荷包括消防用电设备（消防控制室内的火灾自动报警控制器及联动控制台、消防水泵、消防电梯、排烟风机、加压送风机、应急照明、疏散照明等）、障碍照明、弱电监控系统、超市营业厅备用照明、各影厅备用照明、主要设备用房备用照明、经营管理用计算机系统电源、收银系统、防盗报警系统、通讯机房、商场客梯及客货两用电梯、排水泵、生活给水泵、收银台等。

二级负荷包括扶梯、放映设备、超市经营用冷冻冷藏设备、商场及超市的营业厅照明、空调用电等。其余为三级负荷。

3.2.2 负荷计算

本工程设备总容量为18 286 kW，室内商业负荷11 200 kW，其中一二级负荷4 000 kW；中央空调负荷3 586 kW；超市负荷1 000 kW，其中一二级负荷500 kW；室外商业街负荷2 500 kW，其中一二级负荷500 kW。

3.3 高压配电系统

根据本项目的用电需求及外部电源情况，拟采用开闭所加分配电房的配电形式（如图2所示），本工程在负一层设1个开闭所和5个分配电房，超市配电房设2台500 kVA变压器，持有商业1#配电房设2台2 000 kVA变压器，持有商业2#配电房设2台2 000 kVA变压器加2台1 600 kVA变压器。金街配电房设2台1 250 kVA变压器加1台500 kVA变压器。中央空调机房配电房设供机房3台660 kVA高压制冷机组用电加1台1 600 kVA变压器。

开闭所高压系统采用单母线分段不联络的方式，各分配电房高压系统均采用单母线分段加联络的方式。本次设计在结合供电部门对地下配电房的通风、运输和层高等要求的同时，尽量将各分配电房设置在相应的负荷中心，合理规划电缆路径，缩短供电半径，以降低电压及电能损失。

3.4 低压配电系统

本次设计变压器要求采用节能环保型干式变压器 ，变压器损耗小，噪声低，噪声不高于48 dB。为了满足绿色建筑设计要求，变压器能耗指标需满足《三相配电变压器能效限定值及节能评价值》 GB20052  2级节能评价值要求。低压配电系统为单母线分段运行方式，两段母线间设联络开关，对于一二级负荷供电采用末端低压双电源（ATS）自动转换，两路低压电源引自相应配电房不同变压器的低压母线。

本次设计考虑到商业建筑用电特点，在低压配电回路设计时充分预留了备用回路，便于以后部分商业综合体可以及时调整配电回路。另外所有ACB（框架式），MCCB（塑壳）断路器应预留报警接点及辅助接点各一副（上端子板）供能量管理系统使用。为保证各级配电的开关保护配合，低压框架断路器ACB和MCCB（塑壳）断路器采用电子型脱扣器。保护整定值可根据运行状况现场调整。

3.5 电能质量

本工程除进行正常的功率因数补偿外，为避免无功倒送的情况，有选择地在用电量大、功率因数接近1的负荷端装设双向无功电度表。在低压电容器上串联7%电抗器，抑制系统中的奇次谐波对电容的影响。根据负荷用电特点，采用了过零投切方式，并采用配有电容的自动循环，从而极大地确保了各电容器在使用时的均衡。而过零投切则是将过零输入和过零电流的截断，这样既能保证电压与电容电压的一致性，又能保证电容器在进入系统时不会产生电流涌动，从而达到开关节点的无电弧分流的目的。

根据电力公司关于受电电能质量标准及其要求，用户注入电网的谐波值，应符合《电能质量公用电网谐波》 GB/T 14549-1993 的规定。10kV系统电压总谐波畸变率不得大于4%，奇次谐波电压含有率不得大于3.2%，偶次谐波电压含有率不得大于1.6%；2次谐波电流值不得大于26A， 3次谐波电流值不得大于20A，4次谐波电流值不得大于13A，5次谐波电流值不得大于20A。

本工程非线性用电负荷多，如整流设备、变频风机水泵、变频空调、节能灯具等，配电系统中谐波污染比较严重。谐波不仅会使系统的功率因数下降，而且会在设备及线路中产生热效应，导致电能损失。因此本工程在设计中采取了必要谐波抑制措施，将有源电力滤波装置以并联方式接入电网，通过实时检测负载的谐波和无功分量，让变流器中产生一个和当前谐波分量和无功分量对应的反向分量，并实时注入电力系统，从而实现谐波处理和无功补偿。

3.6 能耗管理平台

根据《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2019中二星级绿色建筑设计要求第6.2.6条 配电系统设置分类、分级自动远传计量系统，且设置能源管理系统实现对建筑能耗的监测、数据分析和管理。因此本项目采用能耗管理系统，通过该系统加强运行管理。结合用电数据分析能耗趋势，制定节能与调节措施。

4 智能配电系统

智能配电系统是一种集微机、通信网络、控制、显示技术于一身的现代电力市场运行信息管理系统，它的主要功能是将电力系统的在线监测、离线、设备运行状态、用户用电、电网结构状态等综合管理，实现对配电状态的监测和控制，并对异常状态进行保护，从而达到对供、配电系统的智能化管理。

4.1 总体架构设计

本项目智能配电系统采用辐射星型结构，分为三层：主控层、通讯管理层和现场控制层。主要包括主站、通信系统、自动化监控终端三个模块，三者形成一个功能完备的电力系统。智能配电系统主站设在商业综合体一层监控中心，主站设备有服务器、音箱、打印机等。 在通讯管理层完成智能通信采集，控制器负责采集监控区域内的数据并存储转发，通过光纤上传采集数据至监控中心电力监控系统。在现场控制层完成多功能测控仪表及其他监控设备，并以RS-485通讯方式接入智能通信采集控制器，智能通信采集控制器为第三方设备预留RS485接口，第三方设备须具备RS485/Modbus通信协议。 通讯管理层网络用于实现主控层与现场控制层网络的通信，可传输各种格式报文。现场控制层采用RS-485方式接入通讯管理层，用于将各电量数据根据要求的格式送至智能通信采集控制器。在主控层宕机的情况下，通讯管理层能独立完成就地数据采集和存储功能。

本项目接入智能配电系统的设备包括但不限于微机保护装置、电能质量在线监测装置、智能表计、电度表、开关柜无线测温装置、变压器温控仪、无功补偿控制器、直流屏等。

4.2 智能控制技术

电力系统的持续监控与自动控制，实质上是将电力系统的监控与控制子系统与数据采集子系统有机地结合起来。从上述分析可以看出，今后的电力系统将包括各种智能传感器、智能电子控制器和智能双向通信网络。数据采集子系统能够实时地采集和显示各种设备的状态，如电压、电流、有功、无功、设备的运行状况以及其他与電力系统的状态相关的数据。

5 结语

本文分析我国商业综合体开发的模式和发展趋势，指出商业综合体对配电系统的需求，结合一个具体工程案例阐述了商业综合体配电系统的特点以及智能配电技术在系统中的应用。统筹考虑建设成本及运维成本，实现经济环保和绿色节能，是综合体配电系统设计中重点关注的内容。针对不同商业综合体需求，实现供配电系统可靠性、经济性的平衡是现阶段商业综合体规划设计及建设应用中面临的重要课题。

参考文献

[1] 王岩，王海新.某城市综合体的配电设计[J].低温建筑技术， 2020，42（11）：132-134.

[2] 王晓冰，杨金双，李伟，等.面向大型城市综合体的泛在电力物联网建设思路[J].电气技术，2020，21（2）：71-76.

[3] 王从科，李娜.城市综合体供配电设计及变压器运行效率分析[J].建筑电气，2019，38（11）：50-57.