某超高层建筑的供配电设计方案探讨

文／林英 深圳市建筑设计研究总院有限公司 广东深圳 518031

1、项目概况

本项目为一栋超高层酒店/酒店式公寓，总建筑面积为114126m2,总计容面积为95012m2，地下3 层，地上47 层，总建筑高度为249.9m。项目由商业、五星级酒店及公寓组成。

地上：首层为酒店大堂、公寓大堂、宴会厅大堂以及商业；二层为商业；三层为宴会厅及会议；四层为会议；五层为中餐厅；6～33 层为酒店式公寓（其中6、15、24、33 层为避难层）；34 层康体；35～36 层为酒店空中大堂及全日餐厅、自助餐厅；37～46 层为客房层（其中37 层为避难层）；47 层行政酒廊。

地下：地下一层为车库、酒店配套及设备用房；地下二层为车库及设备用房；地下三层为车库及设备用房，战时为人防地下室。

2、负荷等级及计算

用电负荷等级应满足GB51348-2019《民用建筑电气设计标准》附录A 及JGJ62-2014《旅馆建筑设计规范》表6.3.1 条要求；负荷等级分类如下：

一级负荷重别重要负荷：所有消防用电设备（包括消防控制室、消防泵、防排烟风机、消防电梯、防火卷帘、应急照明等）；酒店经营及设备管理用计算机系统用电，电话及电信机房电源、安保系统、障碍灯等；

一级负荷：酒店的宴会厅、餐厅、厨房、康乐设施用房、门厅及总统套房、主要通道等场所的照明用电；厨房确保动力、主要客梯用电；计算机、电话、电声和录像设备、新闻摄影用电等；

二级负荷：酒店客房、空调、洗衣房等除一级负荷外的其他负荷；商业货梯，通道照明等；

三级负荷：公寓、商业等其它电力负荷及一般照明等。各主要功能区域电力负荷估算如下表1

表1

酒店变压器装机密度约100VA/m2，公寓变压器装机密度约64VA/m2,每台变压器的负荷率不应超过80～8 5%，在满足使用功能的前提下，宜考虑一定的安全系数，确保设备正常运行。

3、市政高压供电电源方案

本项目为五星级酒店、一类高层建筑，用电负荷等级大部分为一、二级负荷，根据计算，预估8200kVA 的变压器安装容量。根据当地市政条件，当地用户侧高压系统电压等级为10kV，一路10kV 专线可带负荷约为12000kVA。

为满足本项目非消防一、二级负荷，至少需要两路市政高压电源，且当一路电源断电时，剩余电源应能保证二级及以上负荷的供电。

方案一：二路高压电源，互为备用；

方案二：三路高压电源，两用一备；

方案三：二路高压电源，一用一备。

4、电源方案描述及比较

4.1 方案一：二路高压电源，互为备用

由市电力局提供A/B 两路10kV 高压，接入位于地下一层的中心配电室。以满足本项目中一、二级负荷要求。高压结线形式为两路电源，互为备用，单母线分段设母联开关，A,B 两路主供电源从不同的区域变电站引来。A,B两路主供电源由不同的区域变电站引来。

正常工作时，A,B 两路电源同时供电，负荷均匀分配，设置联络开关断开。当A,B 两路电源任一电源失电时，高压母线的联络开关自动投入，当故障电源回路恢复正常时，手动断开联络开关。实际运行中是否采用自投功能以当地供电部门意见为准。

4.2 方案二：三路高压电源（二路环网进线+一路10kV 专线），两用一备。

由市电力局提供A/B/C 三路10kV 高压，其中A/B电源为环网进线，C 路为10kV 专线，接入位于地下一层的中心配电室，以满足本项目中一、二级负荷要求。高压结线形式为两用一备，单母线分段，设母线联络开关。A,B两路主供电源可由同一区域变电站引来，C 路电源从不同的区域变电站引来。

正常工作时，A,B 两路电源同时供电，负荷均匀分配，设置联络开关断开。电源C 作为备用电源，平时不带负荷。

当A 或者B 电源失电时，主供电源与备用电源的联络开关自动投入，当故障电源回路恢复正常时，手动断开联络开关。实际运行中是否采用自投功能以当地供电部门意见为准。

4.3 方案三：二路高压电源，一用一备

由市电力局提供A/B 两路10kV 高压，接入位于地下一层的中心配电室，以满足本项目中一、二级负荷要求。高压结线形式为两路电源，一用一备，单母线分段设母线联络开关。A,B 两路主供电源从不同的区域变电站引来。

正常工作时，A 路电源供电，带项目全部用电负荷，设置I、II 段母线，两段母线负荷均匀分配，B 路作为备用电源，电源平时不带电，A、B 电源设置联络开关。

当A 电源失电时，联络开关自动投入，当故障电源回路恢复正常时，手动断开联络开关。实际运行中是否采用自投功能以当地供电部门意见为准。

4.4 电源方案比较

技术比较 下表2

表2

经济比较 下表3

表3

4.5 结论

经过技术及经济对比。方案二相对与方案三比较供电可靠性高，但系统接线方式相对复杂，造价最高。方案三造价最低，但可靠性不如方案一，方案一技术可靠性最高，造价比方案二低，可满足本项目一二级负荷的供电要求，且接线方式简单。

综上所述，本设计推荐方案（一）。

5、低压配电系统

本项目按业态及物业管理权限不同，分开设置变配电所及变压器。酒店、公寓分开设置变电所；裙房的商业接至园区商业变配电室。大厦设置1 个10KV 中心配电室，1 个酒店主变电所，1 个酒店分变电所，1 个公寓变电所，1 个发电机房。设置固定式柴油发电机组，作为第三电源，为本项目一级负荷及一级负荷中特别重要负荷提供备用应急电源。其中酒店和公寓分开设置2 个发电机组，共用一个柴油发电机房。每个机组分别设置1 个日储油间。

柴油发电机房设置于地下一层。正上方为室外绿化带。发电机组经机动车道运至坡道出口处的发电机房。发电机房进排风井直接做出室外。在绿化带内设置进排风口。柴油发电机房机组的尾气经消烟消音处理达到环保要求后，在裙房屋面高排。

酒店根据酒管要求储存柴油发电机全负荷连续运行24h 的燃料。为满足要求，在本地块南面设置5L 室外油罐，供酒店停电使用供油管道在进入建筑前和储油间内，设置自动和手动切断阀。储油间的油箱应密闭且应设置通向室外的通气管，通气管应设置带阻火器的呼吸阀，油箱的下部设置防止油品流失的设施。

具体配置如下表4

表4

6、设备的垂直运输通道

该项目变电房设置在地下一层及37 层避难层，地下室变配电设备经机动车道运至地下一层，从设备走道运输至变电房。高层建筑避难层的大型机电设备（如变压器）在设计阶段须考虑设备的将来更新和维护所需的搬运通道。

现有的方案中，酒店服务电梯兼消防电梯载重1.6T，酒店穿梭客梯及酒店高区客梯重暂定为2.0T。根据建筑平面中电梯井道的设置及电梯配置情况，结合供配电方案提出以下两种方案：

方案（一）：采用电梯井道吊装方案

将对应电梯轿厢升上顶部，然后拆掉避难层电梯门、一层或地下一层电梯门。38 层（避难层上一层）酒店服务电梯兼消防电梯在设计阶段预留结构预埋件，吊装时预埋件上临时安装钢梁，梁上固定吊钩，然后通过电动葫芦和滑轮吊装上来。塔楼变压器单台最大容量为1250KVA。根据相关产品资料变压器尺寸为1730x990（长x 宽，不包括外壳）。电梯井道尺寸为2850x2850，电梯轿厢尺寸为1900x1700。基本满足吊装要求。

具体方案：37 层酒店分变电所变压器运至一层大堂，经由酒店服务电梯兼消防电梯的井道吊装至37 层。再由37 层电梯厅经过设备房走道运至酒店分变电所。运输通道（含轿厢门宽）满足不小于1200mm 的宽度。

方案（二）：采用电梯轿厢运输方案

酒店电梯最大载重量方案阶段暂定为2.0t。由于载重量限制，变压器需选用800kVA 以下的干式变压器；如选用某品牌SCB-630/10 型干式变压器，重量约为1.89T，尺寸为1480x820×1400（长x 宽x 高，不包括外壳）。客梯轿厢尺寸为2200x1850。拆除外壳运输，基本满足运输要求。

具体方案：37 层酒店分变电所变压器运至一层大堂，经由酒店穿梭客梯运至35 层，由电梯前室转至通过酒店高区客梯轿厢运输至37 层电梯厅。再由37 层电梯厅经过走道运至酒店分变电所。

方案对比 下表5

表5

设备运输通道设置原则应以不破坏主体结构，不应损坏电梯、玻璃幕墙等重要设备及材料为原则，采用室外吊装方式，在吊装过程中设备晃动易损坏建筑物外立面和电气设备，所以该项目不考虑室外吊装运输方式。

限于货梯载重要求较高，变压器容量限制，且避难层面积有限，变压器选择多台将导致变电所面积增加，方案一简单易行且较为经济，本设计推荐方案（一）。

结语：

随着现今社会日趋发展，建筑结构体系日趋成熟，超高层建筑也如雨后春笋般在祖国大地拔地而起。本文可类比于150m 以上250m 以下，建筑面积不超16 万m2的建筑，对建筑面积超16 万平方米的项目，电源方案对比尚应结合每路电源所带负荷限值设计，对150m 以上250m以下的超高层建筑，高低压供配电系统以及变配电房选址及运输方案，设计需要从技术的合理性及经济可行性出发，进行综合分析。归纳以下几个要点：

（1）供电方案：用电负荷首先应确定用电负荷等级，民用建筑中各类建筑物或场所的主要用电负荷级别，可按GB51348-2019 附录A 选定,对150m 及以上的建筑，超高层公共建筑的消防负荷应为一级负荷中的特别重要负荷。根据GB51348-2019 的第3.2.9 条，供电电源需满足双重电源+应急电源。确定此基本原则后，应根据电源可靠性、经济性比对选择合适的供配电系统。

（2）电房设置：变电所位置应考虑进出线方便、设备运输方便、靠近负荷中心，且不应设在在对防电磁辐射干扰有较高要求的场所；不宜设在多尘、水雾或有腐蚀性气体的场所，当无法远离时，不应设在污染源的下风侧；不应设在厕所、浴室、厨房或其他经常有水并可能漏水场所的正下方，且不宜与上述场所贴邻；如果贴邻，相邻隔墙应做无渗漏、无结露等防水处理；

发电机房宜布置在首层或地下一、二层。不应布置在人员密集场所的上一层、下一层或贴邻。机房宜靠建筑外墙布置，应有通风、防潮、机组得排烟、消声喝减震等措施并满足环保要求。

开闭所、高低压变配电室、发电机房位置应避开伸缩缝、沉降缝等位置。电房选址、净高以及室内外高差要求应结合当地供电部门及当地地标的具体要求执行。

根据供电半径、负荷计算，结合不同业态、不同管理权限确定项目的电房个数、容量。对超高层建筑，建筑高度在150m 及以下时，避难层不设置变电所；当建筑高度在150～250m 之间时，避难层设置变电所。具体避难层变电所设置的数量，位置还应根据供电范围、供电半径及负荷计算确定。

（3）避难层电房设备运输方式：配电变压器是解决垂直运输的关键，鉴于变压器运输重量和外形尺寸的限制，设于避难层的变压器的容量不应大于 1250kVA/台。

如当建筑中的酒店因业务需要设置大吨位货梯时，当货梯载重及轿厢空间尺寸满足变压器运输要求时，可将货梯轿厢运输作为首选推荐方案。当无法满足时，建议以货梯井道作为运输方式。

国标14D801 中提出的单相变压器方案，因三相组合式变压器为单相生产，分体运输后现场组装成三相电力变压器，相较三相变压器损耗较大效率低，不经济，占地面积大，尚需要通过技术论证进行比较。