超高層建筑供電模式探討

引言

隨著社會快速發(fā)展和經(jīng)濟結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型,城市中涌現(xiàn)出大量高層建筑,近幾年更是出現(xiàn)了建筑高度達300m以上的超高層建筑。這些超高層建筑,人員密集,用電負荷大,不僅給建筑和結(jié)構(gòu)帶來了許多新的問題,對電能質(zhì)量及可靠性也有很高的要求,傳統(tǒng)的供配電系統(tǒng)面臨著許多新的問題。本文旨在通過對南京紫峰大廈供電設(shè)施建設(shè)及運行的研究,提出若干種超高層建筑供電設(shè)施建設(shè)和管理的模式,以對超高層建筑供電規(guī)劃、設(shè)計、運營提供幫助。

1典型建筑南京紫峰大廈供電建設(shè)及運營情況

紫峰大廈(綠地廣場),位于南京鼓樓廣場北側(cè),東至中央路,西至北京西路。設(shè)計總高度共89層,建筑總高度達到450m,是江蘇第一、中國第三、世界第七的標桿性建筑。項目總裝機容量達50MVA,紫峰大廈內(nèi)變電所全部為用戶專變形式,變電所運行維護由綠地集團自有物業(yè)負責。

1.1紫峰大廈供電情況

作為超高層建筑,電力供應的穩(wěn)定性和可靠性極為重要。紫峰大廈采用的是外部10kV電壓引入供電,共有8回10kV線路電源分別來自兩個不同的110kV公用變電站。在大廈負一樓設(shè)有4處10kV配電所,每處2路10kV進線,裝有高壓母聯(lián)。

整個大廈供電范圍分成四個獨立區(qū),每個區(qū)高壓都為雙電源同供互為備用,且在低壓側(cè)也設(shè)有低壓母線開關(guān)。其中高壓A區(qū)、B區(qū)10kV變壓器及低壓配電部分都設(shè)在負一樓,A區(qū)供電范圍為1~8層商業(yè)部分,B區(qū)供電范圍為9~34層;高壓C區(qū)10kV變壓器及低壓配電部分分別設(shè)在35樓和60樓,供電范圍為35~60層酒店業(yè)部分;高壓D區(qū)10kV變壓器及低壓配電部分設(shè)在輔樓,供電范圍為60層以上輔樓部分。

1.2紫峰大廈高壓供電模式

紫峰大廈10kV配電系統(tǒng)采用了主一分變電站結(jié)構(gòu)。主一分變電站結(jié)構(gòu)是最普遍使用的10kV配電結(jié)構(gòu),它采用了一級配電加分變電站的方式。整個大廈的供電結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

1.3紫峰大廈自備電源配置情況

紫峰大廈自備應急電源系統(tǒng)由自備高壓發(fā)電機和應急變壓器組成。在負一樓設(shè)有自備發(fā)電機房,共裝有4臺高壓發(fā)電機,每臺容量2000kVA,發(fā)電機出口電壓為11kV。高壓發(fā)電機出口引出高壓橋架送至5處配電間,分別接有6臺應急變壓器,低壓部分通過雙電源切換裝置接入市電供電低壓側(cè)。

1.4應急照明、消防電梯等重要負荷供電情況

作為超高層建筑,紫峰大廈對其電梯、應急照明等重要負荷均采用了雙電源供電,供電電源分別引自同一低壓配電間內(nèi)不同段低壓母線,負荷末端采用雙電源自切換裝置。

另外,在全所失電的狀況下,自備應急發(fā)電系統(tǒng)可自啟動,并通過切換裝置自動接入低壓母排(該段母排僅接消防電梯、應急照明等重要負荷),保障重要負荷的電力供應。

1.5紫峰大廈高區(qū)配電站的站址選擇

紫峰大廈的高區(qū)配電站設(shè)置在與避難層相結(jié)合的設(shè)備層中,針對配電站的不同位置,采用了下列三種供電模式:(1)向上供電方式;(1)上下供電方式;(3)向下供電方式。

1.6紫峰大廈高區(qū)配電站設(shè)備的運輸解決方法

高區(qū)配電站的主要問題是變電設(shè)備的運輸問題,主要是變壓器的運輸。該項目在建筑內(nèi)安裝了大噸位貨運電梯,可將變壓器直接運輸?shù)较鄳獦菍印?

1.7紫峰大廈高區(qū)配電站的防振降噪解決方法

高區(qū)配電站中變壓器在運行過程中產(chǎn)生的振動和噪聲對周圍環(huán)境是有一定影響的。紫峰大廈在建設(shè)初期即委托設(shè)計單位進行了聲學和防振的專業(yè)設(shè)計,在易發(fā)生振動電氣設(shè)備下方土建施工中采用了"浮筑地平"技術(shù),并在設(shè)備層墻面和頂部都采用了吸音板覆蓋。設(shè)備投入運行后該技術(shù)的實際使用效果很好。該項目電氣設(shè)備層上方就是五星級套房,下方為高檔辦公樓層,項目投運至今并無客戶反映有振動和噪聲方面的問題。

1.8紫峰大廈電纜通道布置

因該項目采用了10kV電纜直接敷設(shè)至高區(qū)配電站,而且電纜數(shù)量較多,所以該項目在建設(shè)初期預留了專用10kV高壓電纜通道,且在大廈每個樓層都有電纜通道口,這種方式可以方便日后電纜的運行和維護管理,10kV電纜全部采用了阻燃電纜,并采用垂直蛇形敷設(shè)法。

2超高層公變供電模式探討和考慮要點

超高層建筑內(nèi)業(yè)態(tài)豐富,有商場、酒店、辦公甚至住宅,不同的業(yè)態(tài)對供電模式有不同的規(guī)定及要求,且不同的供電模式又衍生出一系列建設(shè)和運維方面的問題。超高層建筑從經(jīng)營和安全的角度,基本都有較為強大的后期物業(yè)管理。商場、酒店主要是整體銷售或托管,面積較大,對應所需的用電負荷也較大,一般采用分區(qū)專變供電,所涉及的供電設(shè)施的運行維護管理責任由業(yè)主自行承擔:辦公用房以租賃為主,一般也以專變形式供電及運行維護:部分超高層建筑開發(fā)商取得規(guī)劃許可,在超高層建筑的頂層部分開發(fā)住宅項目,按照《居住區(qū)供配電設(shè)施建設(shè)標準》(DGJ32/J11一2005)規(guī)定,"居民住宅用電應實行一戶一表計量方式",開發(fā)商可要求供電部門對住宅供電到戶。以下主要針對超高層內(nèi)的住宅所需提供的供電模式進行探討并提出建議。

超高層住宅供電主要應考慮負荷性質(zhì)、容量統(tǒng)計、供電半徑等問題,為滿足《居住區(qū)供配電設(shè)施建設(shè)標準》中"新建居住區(qū)低壓供電半徑不宜超過150m"的規(guī)定,需在建筑高層設(shè)置公共配電所。目前,國內(nèi)在高層設(shè)置公共配電所的案例很少,究其原因,主要如下:

(1)高層配電所建設(shè)要求高。大樓內(nèi)應設(shè)置設(shè)備運輸?shù)耐ǖ?并應滿足最大電氣設(shè)備體積的運輸要求,配電所空間需滿足所內(nèi)設(shè)備重組、安裝及試驗需求,大樓現(xiàn)場需具備所內(nèi)設(shè)備吊裝要求的電梯,須建專門的供電電纜豎井。

(2)需要解決配電變壓器在運行中的振動和噪聲問題。在早期開發(fā)的小區(qū)配電所中,布置在小高層樓層中的配電變壓器,振動和噪聲問題曾多次造成居民投訴,矛盾突出,盡管采取了加防振墊圈、隔音降噪門等措施,但效果甚微。

(3)運行維護難度大。配電變壓器等設(shè)備的定期檢修與更換需要專用檢修通道,一旦發(fā)生配電變壓器故障,需要載重電梯,且具備起吊、裝卸等條件,這些與超高層建筑的物業(yè)管理好壞有密切關(guān)系。

針對以上問題逐條進行分析,并參考南京紫峰大廈的建設(shè)運行經(jīng)驗,我們提出以下幾種供電模式參考意見。

2.1高層設(shè)置公共配電所,10kV電纜直供至高層負荷中心

這種供電模式的優(yōu)點是10kV電纜線路直接深入超高層負荷中心,公用變壓器設(shè)置在高層避難層(或設(shè)備層),低壓側(cè)供電能有效控制在合理范圍內(nèi),滿足超高層用戶用電末端對電壓降的要求。

根據(jù)《電力用戶業(yè)擴工程技術(shù)規(guī)范》及《江蘇省電力公司配電網(wǎng)技術(shù)導則實施細則》等規(guī)定,應要求開發(fā)商在建筑設(shè)計中考慮公用配電設(shè)備的安裝預留位置及高低壓公用電纜通道,設(shè)置大噸位貨梯,以便設(shè)備運輸。

在防振和降噪方面,應要求開發(fā)商委托有資質(zhì)的設(shè)計單位進行聲學和防振的專業(yè)設(shè)計,在易發(fā)生振動電氣設(shè)備下方土建施工中采用類似于"浮筑地平"的技術(shù),并在設(shè)備層墻面和頂部都采用吸音板覆蓋:變壓器要選用節(jié)能環(huán)保、噪聲低型的變壓器。

考慮今后運行維護的配合問題,與開發(fā)商簽訂相關(guān)協(xié)議并明確移交物業(yè)后的后續(xù)責任。

2.2公共配電所設(shè)置在建筑底層(非最底層),通過0.4kV電纜供電至負荷中心

這種供電模式10kV變壓器、低壓配電柜等設(shè)備都設(shè)置在建筑底層,這為配電系統(tǒng)的施工和日后設(shè)備的運行維護都帶來了方便,而且變壓器易振動設(shè)備設(shè)置在地面或地下,對建筑內(nèi)部住戶的影響也比較小。

因公共配電所設(shè)置在底層,通過0.4kV供電至住宅,供電半徑超過允許范圍,可能會出現(xiàn)末端電壓偏差,影響供電電壓質(zhì)量。建議供電公司在末端裝設(shè)電能質(zhì)量監(jiān)測裝置,采用裝設(shè)有載調(diào)壓變壓器或在用戶末端安裝容性無功補償裝置等手段解決電壓偏差問題。

由于10kV公用變壓器不是設(shè)置在用電負荷中心,用電負荷都需要從底層用低壓側(cè)電纜供電至高層,應考慮預留足夠的低壓電力通道,投資成本會明顯增加。

2.3由開發(fā)商在建筑高層設(shè)置專用變壓器,由供電公司在住宅側(cè)裝設(shè)一戶一表

開發(fā)商專變供電,末端供電公司裝表到戶模式,相當于委托用戶專變轉(zhuǎn)供電。該模式為項目開發(fā)商根據(jù)住宅用電需求配置一定數(shù)量的用戶專用變壓器及低壓出線開關(guān)、集中表箱等,供電公司負責安裝電表,抄表到戶計量并結(jié)算電費。

開發(fā)商在高層設(shè)置專變?nèi)匀恍枰鉀Q類似于公共配電所建設(shè)、運行、維護中可能存在的問題。

供電公司應與開發(fā)商簽訂"委托轉(zhuǎn)供電協(xié)議",并明確今后移交物業(yè)應注意的問題。

3結(jié)論

超高層建筑供電是一個復雜的綜合性問題,建議供用電雙方在設(shè)計、建造的全過程中全程保持溝通,做到以下幾點。

(1)建議與開發(fā)商進行充分溝通,要求開發(fā)商提供超高層建筑避難層(設(shè)備層)設(shè)計圖紙,水平、垂直運輸條件,并請開發(fā)商盡早委托有資質(zhì)、有經(jīng)驗的設(shè)計單位,對防振、噪聲問題進行研究,明確可行的解決辦法。

(2)供電公司應盡早準備高層公共配電所設(shè)備運行方式、保護配置、電氣設(shè)備的運維管理和故障搶修等相關(guān)方面的規(guī)章制度,以便在與開發(fā)商的前期溝通中提出供電部門的意見和建議。

(3)如果采用委托開發(fā)商專變轉(zhuǎn)供電的形式,建議營銷部門深入考慮電費結(jié)算的一系列問題。

(4)建議供電公司相關(guān)業(yè)務、法律部門協(xié)作,準備需要與開發(fā)商、物業(yè)管理單位簽訂的各類協(xié)議,并準備給政府管理部門的相關(guān)匯報材料,以便今后在高層配電所運行、搶修過程中碰到困難可以得到幫助。