变电站供电方案设计要点

1变电站位置选择的一般要求

变电站设置须接近用电负荷中心，以减少低压供电半径。低压供电半径越大，不仅造成用电设备末端的电压偏差增大，供电质量下降，而且会大幅增加线路自身损耗。计算电流I与线电压U成反比，因此，线路自身损耗ΔP与线路中的电流I2成正比，与线电压U2成反比。由此可以看出，高压线路越接近负荷中心，低压线路长度l越短，不仅可以大幅减少线路自身总损耗，同时可以节约线路铜导体材料的使用量，可谓一举两得，这是任何其他节能措施都不能相比的。

2超高层建筑变电站位置选择

2.1超高层建筑上楼变电站设备搬运方式

《20kV及以下变电所设计规范》（GB50053—2013）第2.0.5条“高层或超高层建筑物根据需要可以在避难层、设备层和屋顶设置配电所、变电所，但应设置设备的垂直搬运及电缆敷设的措施。”上楼变压器考虑到安全系数及搬运条件，一般采用干式变压器，单台变压器容量不宜超过1000kV•A。上楼变压器一般采用下列两种搬运方式：1）采用吊装方式，变电站设备经室外吊装，由上楼变电站所在楼层的未砌外墙处进入建筑物内。需与土建专业配合，提前考虑水平进入上楼变电站的搬运通道及荷载。2）利用建筑物电梯井道作为变电站设备垂直搬运通道，变电站设备搬运同样需与土建专业提前配合，预留从电梯井道至上楼变电站的垂直、水平搬运通道及荷载。

2.2超高层建筑设置上楼变电站的条件

变压器低压侧线路供电半径通常不超过250m，低压末端配电箱供电半径宜为50m以内。同时考虑线路从变电站低压配电柜至低压末端配电箱水平敷设长度及其他需要预留的线路长度等，取0.8的系数。因此，变电站上楼的一般条件为（250-50）×0.8=160m，即一般当建筑物高度超过160m时，宜考虑增设上楼变电站。笔者认为，30层左右的高层建筑，一般在地下1层（或首层）设置变电站；当建筑物为60层左右时，一般在地下1层及中间层（多数为避难层内）分别设置变电站；当建筑物高度为100层左右时，除在地下1层、中间层（多数为避难层内）分别设置外，一般还选择在顶层设置变电站。天津滨海新区绿城蓝色广场工程建筑高度170.4m，地下1层～地下3层为地下停车及设备用房、1层～5层为商业用房、6层～41层为办公（其中6层、18层及30层为避难层），总建筑面积：103201m2，其中地上面积：83191m2，地下面积20010m2，属于一类超高层公共建筑。但因大容量用电设备所在高度皆不超过160m，故不考虑设置上楼变电站，仅在建筑物地下1层设置变电站。

3柴油发电机作备用电源供电方案设计

3.1超高层建筑备用电源设置

通常超高层建筑具备两路及以上10kV（或35kV）引自不同区域变电站的电源，满足《供配电系统设计规范》(GB50052—2009）第3.02条中“一级负荷应由双重电源供电，当一电源发生故障时，另一电源不应同时受到损坏。”对电源的要求。但目前国内、外超高层建筑普遍设置柴油发电机作为第三电源，保证特殊情况下，为建筑内重要负荷提供可靠备用电源。本文结合天津滨海新区绿城蓝色广场工程案例，分析柴油发电机作备用电源的供电方案设计。

3.2柴油发电机作备用电源的供电系统

天津滨海新区绿城蓝色广场工程，地下1层变电站设置2台1600kV•A干式变压器T1、T2及2台2000kV•A干式变压器T3、T4，并在地下1层变电站附近设置1台800kV•A低压柴油发电机作备用电源，变压器低压侧为单母线分段运行，互为热备用的2台变压器低压侧设母联开关。变压器低压出线开关K3、K4与母联开关K5之间设联锁装置，任何情况下只允许其中2个开关合闸。T3、T4变压器+柴油发电机的低压供电系统方案如图1所示。变压器T3、T4互为热备用，为重要负荷提供双重电源。平时柴油发电机不运行，处于冷备状态。当两路市政电源皆正常时，变压器T3、T4低压出线开关K3、K4合闸，母联开关K5断开，2台变压器分列运行，重要负荷由两路市电供电。当一路市政电源出现故障时，重要负荷的末端配电箱内双电源切换开关，自动切换至正常一路的市政电源，从而保证重要负荷的供电。此时柴油发电机亦不需要启动。当两路市政电源皆出现故障时，柴油发电机启动，为重要负荷提供备用电源。《供配电系统设计规范》（GB50052—2009）第4.0.2条的说明中提到“应急电源原动机的启动命令必须由正常电源主开关的辅助接点发出”，因此，柴油发电机启动信号须取自变压器T3、T4低压出线开关的辅助接点，经0~10s（可调）延时自动启动柴油发电机组。柴油发电机组15s内达到额定转速、电压、频率后，投入额定负载运行。当市电恢复30~60s（可调）后,自动恢复市电供电，柴油发电机组经冷却延时后，自动停机。

4柴油发电机容量选择方法

4.1柴油发电机容量选择

柴油发电机容量在方案设计阶段，可按变压器预期总容量的10%～20%进行估算。在施工图设计阶段，柴油发电机作为备用电源，在火灾情况下，非消防负荷被自动切除，发电机仅提供消防时需坚持工作的负荷用电；在非火灾情况下，提供日常重要负荷及平时长期工作的消防负荷用电。因此，在进行柴油发电机容量计算时，需分别按消防及非消防两种情况计算，并按两者中计算结果的大者，作为柴油发电机容量。在计算时，针对消防与非消防两种情况，又需分别按下列3种方式考虑计算，分别得出消防与非消防两种情况下，3种方式计算结果的最大值。最后比较两种情况得出最大值，取两者中的大值作为柴油发电机容量。

4.2按稳定负荷计算发电机容量按发生火灾时消防负荷计算

发生火灾时，非消防负荷被切除，仅需要考虑火灾时仍需坚持工作的消防负荷，常见的消防负荷有：火灾应急照明用电、火灾自动报警及联动控制系统用电、消防水泵用电、防排烟风机用电、消防电梯用电、变配电室用电、防火卷帘用电等。在消防负荷计算时，需注意的一点是，将所有消防设备容量相加之和作为总负荷，这样做是不合适的。对于1座建筑，火灾时，同一时间内仅考虑1个防火分区发生火灾，因此，计算消防设备总负荷时，除消防水泵、火灾应急照明、火灾自动报警及联动控制系统、配变电站用电等基础消防设备负荷需计入外，其余消防设备如防排烟风机、防火卷帘、消防电梯等，需按最不利的1个防火分区发生火灾时，需同时工作的消防设备负荷之和作为消防总负荷，即消防设备总负荷为建筑物任何1个且仅1个防火分区发生火灾时，需投入工作的消防设备总负荷最大值。按非火灾时需持续供电的重要负荷计算非火灾情况下，需持续供电的重要负荷包括非消防重要负荷及平时需持续工作的消防负荷。非消防重要负荷的常见负荷有：走道照明用电、航空障碍灯用电、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、客梯用电、生活水泵用电、排污泵用电、机械停车装置用电。平时需持续工作的消防负荷常见负荷有：消防电梯兼客梯用电、火灾自动报警及联动控制系统用电、变配电室用电等。

4.3按最大的单台电动机或成组电动机启动的需要计算发电机容量

SC2=Pm•K•C式中，SC2为按最大的单台电动机或成组电动机启动的需要，计算的发电机视在功率，kV•A；Pm为启动容量最大的电动机或成组电动机的容量，kW；K为电动机的启动倍数；C为按电动机启动方式确定的系数，全压启动：C=1；星三角启动：C=0.67；自耦变压器启动：50%抽头C=0.25,65%抽头C=0.42,80%抽头C=0.64;cosφm为电动机的启动功率因数，一般取0.4。

5结语

在设计超高层建筑的供电系统时，需针对建筑物不同的特点，正确、灵活地选择供电方案，合理的供电方案不仅能提供对人员、财产安全的可靠保障，而且可以达到减少能耗、节能减排的良好效果，取得经济效益与社会效益。

作者：李盛 张莉 杜萌 单位：青岛绿城建筑设计有限公司 青岛易境工程咨询有限公司