超高层建筑供电模式探讨

引言

随着社会快速发展和经济结构转型,城市中涌现出大量高层建筑,近几年更是出现了建筑高度达300m以上的超高层建筑。这些超高层建筑,人员密集,用电负荷大,不仅给建筑和结构带来了许多新的问题,对电能质量及可靠性也有很高的要求,传统的供配电系统面临着许多新的问题。本文旨在通过对南京紫峰大厦供电设施建设及运行的研究,提出若干种超高层建筑供电设施建设和管理的模式,以对超高层建筑供电规划、设计、运营提供帮助。

1典型建筑南京紫峰大厦供电建设及运营情况

紫峰大厦(绿地广场),位于南京鼓楼广场北侧,东至中央路,西至北京西路。设计总高度共89层,建筑总高度达到450m,是江苏第一、中国第三、世界第七的标杆性建筑。项目总装机容量达50MVA,紫峰大厦内变电所全部为用户专变形式,变电所运行维护由绿地集团自有物业负责。

1.1紫峰大厦供电情况

作为超高层建筑,电力供应的稳定性和可靠性极为重要。紫峰大厦采用的是外部10kV电压引入供电,共有8回10kV线路电源分别来自两个不同的110kV公用变电站。在大厦负一楼设有4处10kV配电所,每处2路10kV进线,装有高压母联。

整个大厦供电范围分成四个独立区,每个区高压都为双电源同供互为备用,且在低压侧也设有低压母线开关。其中高压A区、B区10kV变压器及低压配电部分都设在负一楼,A区供电范围为1~8层商业部分,B区供电范围为9~34层;高压C区10kV变压器及低压配电部分分别设在35楼和60楼,供电范围为35~60层酒店业部分;高压D区10kV变压器及低压配电部分设在辅楼,供电范围为60层以上辅楼部分。

1.2紫峰大厦高压供电模式

紫峰大厦10kV配电系统采用了主一分变电站结构。主一分变电站结构是最普遍使用的10kV配电结构,它采用了一级配电加分变电站的方式。整个大厦的供电结构示意图如图1所示。

1.3紫峰大厦自备电源配置情况

紫峰大厦自备应急电源系统由自备高压发电机和应急变压器组成。在负一楼设有自备发电机房,共装有4台高压发电机,每台容量2000kVA,发电机出口电压为11kV。高压发电机出口引出高压桥架送至5处配电间,分别接有6台应急变压器,低压部分通过双电源切换装置接入市电供电低压侧。

1.4应急照明、消防电梯等重要负荷供电情况

作为超高层建筑,紫峰大厦对其电梯、应急照明等重要负荷均采用了双电源供电,供电电源分别引自同一低压配电间内不同段低压母线,负荷末端采用双电源自切换装置。

另外,在全所失电的状况下,自备应急发电系统可自启动,并通过切换装置自动接入低压母排(该段母排仅接消防电梯、应急照明等重要负荷),保障重要负荷的电力供应。

1.5紫峰大厦高区配电站的站址选择

紫峰大厦的高区配电站设置在与避难层相结合的设备层中,针对配电站的不同位置,采用了下列三种供电模式:(1)向上供电方式;(1)上下供电方式;(3)向下供电方式。

1.6紫峰大厦高区配电站设备的运输解决方法

高区配电站的主要问题是变电设备的运输问题,主要是变压器的运输。该项目在建筑内安装了大吨位货运电梯,可将变压器直接运输到相应楼层。

1.7紫峰大厦高区配电站的防振降噪解决方法

高区配电站中变压器在运行过程中产生的振动和噪声对周围环境是有一定影响的。紫峰大厦在建设初期即委托设计单位进行了声学和防振的专业设计,在易发生振动电气设备下方土建施工中采用了"浮筑地平"技术,并在设备层墙面和顶部都采用了吸音板覆盖。设备投入运行后该技术的实际使用效果很好。该项目电气设备层上方就是五星级套房,下方为高档办公楼层,项目投运至今并无客户反映有振动和噪声方面的问题。

1.8紫峰大厦电缆通道布置

因该项目采用了10kV电缆直接敷设至高区配电站,而且电缆数量较多,所以该项目在建设初期预留了专用10kV高压电缆通道,且在大厦每个楼层都有电缆通道口,这种方式可以方便日后电缆的运行和维护管理,10kV电缆全部采用了阻燃电缆,并采用垂直蛇形敷设法。

2超高层公变供电模式探讨和考虑要点

超高层建筑内业态丰富,有商场、酒店、办公甚至住宅,不同的业态对供电模式有不同的规定及要求,且不同的供电模式又衍生出一系列建设和运维方面的问题。超高层建筑从经营和安全的角度,基本都有较为强大的后期物业管理。商场、酒店主要是整体销售或托管,面积较大,对应所需的用电负荷也较大,一般采用分区专变供电,所涉及的供电设施的运行维护管理责任由业主自行承担:办公用房以租赁为主,一般也以专变形式供电及运行维护:部分超高层建筑开发商取得规划许可,在超高层建筑的顶层部分开发住宅项目,按照《居住区供配电设施建设标准》(DGJ32/J11一2005)规定,"居民住宅用电应实行一户一表计量方式",开发商可要求供电部门对住宅供电到户。以下主要针对超高层内的住宅所需提供的供电模式进行探讨并提出建议。

超高层住宅供电主要应考虑负荷性质、容量统计、供电半径等问题,为满足《居住区供配电设施建设标准》中"新建居住区低压供电半径不宜超过150m"的规定,需在建筑高层设置公共配电所。目前,国内在高层设置公共配电所的案例很少,究其原因,主要如下:

(1)高层配电所建设要求高。大楼内应设置设备运输的通道,并应满足最大电气设备体积的运输要求,配电所空间需满足所内设备重组、安装及试验需求,大楼现场需具备所内设备吊装要求的电梯,须建专门的供电电缆竖井。

(2)需要解决配电变压器在运行中的振动和噪声问题。在早期开发的小区配电所中,布置在小高层楼层中的配电变压器,振动和噪声问题曾多次造成居民投诉,矛盾突出,尽管采取了加防振垫圈、隔音降噪门等措施,但效果甚微。

(3)运行维护难度大。配电变压器等设备的定期检修与更换需要专用检修通道,一旦发生配电变压器故障,需要载重电梯,且具备起吊、装卸等条件,这些与超高层建筑的物业管理好坏有密切关系。

针对以上问题逐条进行分析,并参考南京紫峰大厦的建设运行经验,我们提出以下几种供电模式参考意见。

2.1高层设置公共配电所,10kV电缆直供至高层负荷中心

这种供电模式的优点是10kV电缆线路直接深入超高层负荷中心,公用变压器设置在高层避难层(或设备层),低压侧供电能有效控制在合理范围内,满足超高层用户用电末端对电压降的要求。

根据《电力用户业扩工程技术规范》及《江苏省电力公司配电网技术导则实施细则》等规定,应要求开发商在建筑设计中考虑公用配电设备的安装预留位置及高低压公用电缆通道,设置大吨位货梯,以便设备运输。

在防振和降噪方面,应要求开发商委托有资质的设计单位进行声学和防振的专业设计,在易发生振动电气设备下方土建施工中采用类似于"浮筑地平"的技术,并在设备层墙面和顶部都采用吸音板覆盖:变压器要选用节能环保、噪声低型的变压器。

考虑今后运行维护的配合问题,与开发商签订相关协议并明确移交物业后的后续责任。

2.2公共配电所设置在建筑底层(非最底层),通过0.4kV电缆供电至负荷中心

这种供电模式10kV变压器、低压配电柜等设备都设置在建筑底层,这为配电系统的施工和日后设备的运行维护都带来了方便,而且变压器易振动设备设置在地面或地下,对建筑内部住户的影响也比较小。

因公共配电所设置在底层,通过0.4kV供电至住宅,供电半径超过允许范围,可能会出现末端电压偏差,影响供电电压质量。建议供电公司在末端装设电能质量监测装置,采用装设有载调压变压器或在用户末端安装容性无功补偿装置等手段解决电压偏差问题。

由于10kV公用变压器不是设置在用电负荷中心,用电负荷都需要从底层用低压侧电缆供电至高层,应考虑预留足够的低压电力通道,投资成本会明显增加。

2.3由开发商在建筑高层设置专用变压器,由供电公司在住宅侧装设一户一表

开发商专变供电,末端供电公司装表到户模式,相当于委托用户专变转供电。该模式为项目开发商根据住宅用电需求配置一定数量的用户专用变压器及低压出线开关、集中表箱等,供电公司负责安装电表,抄表到户计量并结算电费。

开发商在高层设置专变仍然需要解决类似于公共配电所建设、运行、维护中可能存在的问题。

供电公司应与开发商签订"委托转供电协议",并明确今后移交物业应注意的问题。

3结论

超高层建筑供电是一个复杂的综合性问题,建议供用电双方在设计、建造的全过程中全程保持沟通,做到以下几点。

(1)建议与开发商进行充分沟通,要求开发商提供超高层建筑避难层(设备层)设计图纸,水平、垂直运输条件,并请开发商尽早委托有资质、有经验的设计单位,对防振、噪声问题进行研究,明确可行的解决办法。

(2)供电公司应尽早准备高层公共配电所设备运行方式、保护配置、电气设备的运维管理和故障抢修等相关方面的规章制度,以便在与开发商的前期沟通中提出供电部门的意见和建议。

(3)如果采用委托开发商专变转供电的形式,建议营销部门深入考虑电费结算的一系列问题。

(4)建议供电公司相关业务、法律部门协作,准备需要与开发商、物业管理单位签订的各类协议,并准备给政府管理部门的相关汇报材料,以便今后在高层配电所运行、抢修过程中碰到困难可以得到帮助。