摘要：当今，随着我国经济不断地发展，建筑电气如今已经成为城市建筑中不可或缺的组成部分，建筑电气供配电系统设计过程中需要考虑的因素较多，也只有全面地将这些因素的影响作用考虑到设计其中，才能确保供配电设计的科学合理性，进而保证建筑电气使用的安全可靠。本人介绍了大型城市综合体的业态划分、负荷计算、变电站设置及供配电系统设计，并结合该建筑日后的运营管理、业态招商等特点，从供电可靠安全、节能环保、计量、物业运营管理等方面，阐述了大型城市综合体建筑供配电系统的设计方法和需要着重考虑的方面。
关键词：建筑电气；城市综合体；设计；负荷计算；供配电系统
1.工程概况
本工程位于某市A区中心地段，属大型城市综合体建筑，由百货、娱乐、室内商业步行街、室外商业步行街及办公楼等组成。其中：1～4号楼为SOHO办公，地下二层，地上二十四层，建筑限高80m；5～6号楼为甲级写字楼，地下二层，地上十八层，建筑限高80m；7号楼为综合商业，地下二层（-1层为超市，其他区域为地下车库及设备用房），地上六层（1～4层为室外步行街、室内步行街、主力店、大玩家、KTV、百货、次主力店，5～6层为影城、酒楼），建筑高度约32m。建筑占地面积39446.40㎡，总建筑面积385636㎡，其中地上建筑面积293030㎡，地下建筑面积92906㎡。
2.用电负荷
2.1负荷分级
本工程1～7号楼为一类高层公共建筑，属一级负荷用户。
一级负荷包括：消防用电设备（消防水泵、消防电梯、排烟风机、加压送风机等）、消防梯排水泵、自动灭火设备、防火卷帘、电动排烟窗、应急照明、各弱电系统用电、变频生活水泵、污水泵、雨水泵、金库及重要办公室照明、收银台、客梯电力等。其中经营管理用计算机系统用电为一级负荷中特别重要的负荷，除采用双重电源供电外，均由用户自备UPS电源作为其备用电源，提高供电可靠性。
二级负荷包括：经营用冷冻、冷藏系统用电、扶梯、影院放映设备。
其余为三级负荷。
2.2用户业态划分
城市综合体的运营管理、业态招商相对一般公建而言要复杂的多，根据日后的运营管理经验，初步将本项目划分为持有物业、销售物业两大块：持有是指出租类型的物业，如室内步行街商铺、娱乐、主力店、次主力店等；销售是指出售类型的物业，如SOHO办公、甲级写字楼、室外步行街商铺等。
2.3负荷计算
按照划分的业态，考虑用电负荷的分布以及水平供电半径基本控制在150～180米，本工程设11个用户变电站。其中持有物业包括百货用户站、超市用户站、商业1号站、商业2号站、商业制冷站；销售物业包括1，2#办公用户站、3，4#办公用户站、5号办公用户站、6号办公用户站、外街1号变电站、外街2号变电站。
本工程百货、超市、室内步行街、娱乐、次主力店等区域，空调形式为中央空调，百货、超市独立设置制冷机房为各自区域提供冷源；室内步行街、娱乐、次主力店等区域设置商业制冷机房为以上区域提供冷源。根据暖通专业提供的设备电量，百货、超市制冷机房由于供冷面积不大，用电量也不大，不考虑单独设专用变压器供电；商业制冷机房用电设备总电量约3200KW，由于用电量比较大，在制冷机房上方单独设置用户变电站是比较合理的，这样做的好处是靠近负荷中心，减少低压侧大电流母线及电缆的长度，节约一次投资及损耗；非供冷季还可以停掉商业制冷站内的一台或全部变压器，以达到更加节能的效果。
根据甲方设计任务书的要求及以往的设计经验，各业态负荷计算及变电站配置详见附表1、2：
2.4变电站的分布
城市综合体的用电需求量大，变电站数量多，占用面积较大。在考虑变电站位置的时候，需综合考虑经济性、整体功能布局、日后维护管理等多方面的因素。由于综合体1层的商业价值极高，就本项目来说，1层室外沿街商业的销售价格在5～7万/m2，一个两台变压器的用户站面积约160平方，占用商业价值约800～1120万，这是开发商不能接受的，除非当地供电部门有特殊的严格要求，否则在项目设计之初，变电站、开关站均应考虑设置在-1层。而如此多的变电站若是杂散的分布在地下车库内，不仅会影响建筑的功能布局，设备用房防火分区也不好划分，管理也不方便。本项目按照靠近负荷中心的原则，开关站1，2、各用户变电站均设置在-1层4处设备用房相对集中的区域内。
3.供配电系统设计
3.1供电电源
本地块变压器总安装容量为41100KVA，根据以往经验，方案阶段初步按3组6路10KV双重电缆进线，每路10KV电源所带容量按不超过8000KVA考虑；但经甲方征询当地供电部门并结合当地供电电网的现状，最终审批后的供电方案计划引入2组4路10kV双重电源进线（见附表3），并根据当地供电部门的作法，在4路10KV电源进线处的室外，设置6台前置环网柜，由6台前置环网柜引10kV电源向整个某广场（西区）供电，前置环网柜之间联络。
3.2高压主接线及用电计量点
根据市政电源的引入位置，在本广场西南、西北角进线的位置设置两处高压环网柜。10kV1#、2#进线设4台4单元前置环网柜，2台前置环网柜分别出3回10kV电源，分别供百货站、超市站、10KV开关站1，其中百货站、超市站、1#开关站均单独设计量。由1#开关站提供西区各用户变电源。见图1。
10kV3#、4#进线设2台前置环网柜，2台前置环网柜出1回10KV电源，供一座两进十四出，不带母联的高供高计2#开关站。由2#开关站提供西区各用户变电源。见图2。
本项目计量为高供高计。由于百货、超市需要开增值税发票，根据要求由供电局直接抄表计量收取电费，才可开具该发票，所以百货、超市必须有单独的计量点，不能在持有物业下由物业计量。除百货、超市外的其他用电计量，按照容量和电站分布划分，分别在进线处（开关站1，2内）计量，由物业向供电部门缴费。根据以上划分，整个某广场（西区）设置4处高压计量点，分别设置在超市用户站、百货用户站、1#开关站、2#开关站。见图1，2。
3.3高压配电系统
两组10kV进线（1#、2#进线，3#、4#进线），采用双重电源供电，两路电源同时工作，互为备用。前置环网柜至百货、超市、开关站1、开关站2的高压电缆经室外排管敷设至-1层各站内；开关站1、开关站2至下级各用户站的高压电缆，经室外排管敷设至各用户站。10KV高压系统采用单母线分段运行，两路电源同时工作，互为备用，开关站内不设高压母联，高压联络设在前置环网柜处。10KV开关柜采用中置移开式金属铠装柜，设综合继电保护，操作电源采用DC110V，弹簧储能操作机构；进线断路器设过流、速断保护，出线断路器（变压器）设过流、速断、温度及零序保护。
3.4低压配电系统
0.4KV配电系统采用单母线分段运行；电源主开关与母联开关之间设置机械和电气联锁装置防止并网。重要负荷、大用电负荷采用放射式配电，一般负荷采用树干式或树干与放射式相结合的配电方式向各用电设备配电。消防设备采用双电源供电，并在末级配电箱处设置自动切换装置。
本项目7号商业综合楼几乎全都是需要招商的业态，招商的不确定性造成业态的用电负荷不确定、用电要求也不完全一样，如何能灵活的适应招商的调整，这也是城市综合体项目设计过程中的难点。在项目设计初期，按照甲方任务书的要求，商铺按100W/m2考虑用电，餐饮按200～250W/m2考虑用电，根据经验，非餐饮商铺的用电按照以上估算，基本都能满足要求，而餐饮的用电，往往实际用电会比估算的高出很多，这个度很难掌握。在设计时，建议商业配电干线采用大电流的插接母线，在每层设一个插接箱的基础上，预留一组母线插接口，以应对电量增大后，原有插接口容量不够；大用电量商铺配电中，建议尽量少或不采用双拼电缆，原因是双拼电缆采用一组断路器保护，两根电缆的敷设路径、长度必须一致，否则载流量就会有不平衡，容易造成其中一根电缆过载，引起绝缘老化从而引发故障点。如果遇到有餐饮商铺要求的电量比较大，可以跟商管及承租方协商一下，分成2组电缆供电，一根电缆带厨房区域负荷，一根电缆带其余照明负荷，这样可以避免双拼电缆，用电也比较可靠，唯一的影响就是有2处计量点。
商业配电系统中，建议非消防类树干式配电的系统，分支处采用电缆分支箱的方式引出分支，而尽量少采用预分支电缆，因为预分支电缆一旦订货、生产，灵活性较差，如遇商场的后期改造，适应能力比较差，采用电缆分支箱则更加灵活。
3.5无功补偿
在变压器低压侧集中设置无功自动补偿装置，补偿后高峰期高压侧功率因数不低于0.95。电容器组采用自动循环、过零投切的方式。
自动循环能均衡的使用每组电容，避免使用不均衡，影响使用寿命；
过零投切是指电压过零投入和电流过零切除。在电源电压与电容器电压相等的瞬间将电容器接入系统，这样就不会产生涌流。电容器的电压与电流有90度的相位差，因此在某相电压的峰值时刻（某相电流为零）断开，就可以实现电容器电流过零切除。从而实现开关接点的无电弧分断。
3.6电井设置
7号商业综合楼单层建筑面积大，室内步行街的长度达300多米，负荷相对比较分散，设置合理的供电路径及电气井道是很重要的。本项目室内步行街区域采取的是消防性能化的设计，整个室内步行街公共区域不划分防火分区，而是把它当成一个准安全区，在准安全区域作加强的消防设计，使它达到安全区的要求。沿室内步行街设置5处电井，电井之间的间距不大于80米，距端头不大于40米，考虑到室内步行街4层顶是电动天窗，该层桥架无法穿越公共区域，所以在设置电井时须考虑在室内步行街的两端交叉设置电井。百货业态、娱乐业态分别按每个防火分区一组电井考虑。室外步行街商铺是一拖二的商铺，且是销售类型的物业，由于首层的商业价值非常高，将电表间设置在-1层，电缆经-1层桥架向上穿管引入各外铺。
4.结束语
综上所述，大型城市综合体建筑的供配电设计是电气设计的核心内容，在设计初期，一定要与甲方多沟通并仔细阅读设计任务书，任务书中有很多开发商自身积累多年的运营经验，对于了解开发商及后期商管的一些需求，理解城市综合体有很大帮助。本人在刚接触项目方案时，也因为项目建筑面积太大，感觉特别复杂，但根据上文中提到的先按物业管理方式将业态划分为持有、销售业态，再根据部分特殊要求的业态要求独立设置变电站，最后综合考虑负荷分布、用电计量及供电半径，将整个城市综合体项目逐步分解化整为零，将综合体分解成若干个具有独立变电站的配电区域，每个配电区域就类似一栋小的单体建筑，这样划分后，城市综合体也就变得相对简单很多。
参考文献：
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[2]王新宇.浅谈高层建筑供配电系统的设计[J].山西建筑，2011（07）：84.
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[4]郑周刚.对建筑电气中供配电线路设计的探讨[J].城市建设理论研究，2013.3（21）：18-19.
论文作者:邝艳苹
论文发表刊物:《基层建设》2016年18期
论文发表时间:2016/11/30
标签：负荷论文; 变电站论文; 综合体论文; 步行街论文; 电缆论文; 用户论文; 电源论文; 《基层建设》2016年18期论文;