摘 要： 超高層建筑的工程造價偏高，對安全性和可靠性的要求也超過一般高層建筑。聚焦于超高層建筑低壓供電的安全與經濟性考量，結合具體工程項目實例，從可靠性、成本等角度出發，設計兩種具有不同接線方式、負荷分配及應急電源供電的方案。對兩種方案在母線槽、電纜、配電柜等方面的費用差額進行計算，比選得到一種工程造價節省約60.6萬元、年電能損耗費用節省約13.5萬元的優化方案。在該方案中，柴油發電機組的供電范圍較為集中，簡化了主開關間的控制邏輯，保障了供電安全。對相關超高層建筑低壓供電方案優化有借鑒作用。

　　關鍵詞： 超高層建筑;負荷分配;柴油發電機組;工程造價;電能損耗

　　《中國醫院建筑與裝備》(月刊)創刊于2000年，是中華人民共和國衛生部主管、衛生部醫院管理研究所主辦的衛生工程與醫學裝備技術學科領域的權威刊物，是目前我國惟一一本以醫院建筑規劃、設計、建設和醫學裝備及技術管理、應用為主要內容的國家級科技期刊，國內外公開發行。

　　引言

　　超高層建筑具有集約化程度高、土地利用率高、現代化科技感強等優勢，需求量日益增長[1-2]。當前，超高層建筑建造正逐漸成為城市建設的主體，超高層建筑承載著城市的重要功能，正不斷成為一座座城市的標志性建筑[3-4]。但不可忽視的是，超高層建筑的性質注定使其工程造價偏高[5]，其對安全性和可靠性的要求也大大超過一般高層建筑[6-7]。

　　本文聚焦于超高層建筑低壓供電問題，結合具體工程項目實例，從可靠性、經濟性等角度出發，設計兩種具有不同接線方式、負荷分配及應急電源供電的方案，在保障安全、可靠的前提下優選出工程造價較低的方案。

　　1 工程項目介紹

　　某超高層商業辦公綜合樓項目總建筑面積約為91 805 m2。樓層數為42層，地下共3層，第10、22、33層為避難層，地下第1～3層均為地下車庫。建筑高度為185 m。本建筑為一類高層建筑，耐火等級為特級;結構主體形式為框架核心筒結構，筏板基礎，局部防水板加獨立基礎，抗震等級為一級;結構的設計使用年限為50年;抗震設防烈度為七度。

　　本工程從城市110 kV區域變電站引來兩路相互獨立的10 kV雙重電源進線，引入地下車庫的10 kV開閉所。設置兩處變電所，一處在地下一層，另一處在第33層(避難層)，并在地下一層設置一處柴油發電機房。

　　2 負荷統計及變壓器選型

　　2.1 負荷統計

　　參照相關規范，結合超高層建筑規模大、功能多樣的特點[8-11]，確定本工程的用電設備負荷分級如下：

　　一級負荷：消防用電設備(消防控制室內的火災自動報警控制器及聯動控制臺、消防水泵、消防電梯、排煙風機、加壓送風機等)、應急照明、疏散照明、航空障礙標志照明、弱電監控系統、防盜報警系統、通訊機房、客梯、排水泵、生活給水泵、事故通風機等。其中經營管理用計算機系統用電為一級負荷中的特別重要負荷。

　　二級負荷：扶梯、營業廳照明、空調用電人防二級負荷設備(重要風機水泵、正常照明、電動防護密閉門、電動密閉門和電動密閉閥門)等。

　　三級負荷：除一、二級負荷外的其他用電負荷。

　　2.2 變壓器選型

　　業主提供的用電需求量統計如下：一級消防負荷安裝容量約為1 150 kW，計算負荷約為920 kW;一級非消防負荷安裝容量約為1 200 kW，計算負荷約為960 kW;三級負荷安裝容量約為6 600 kW，計算容量約為4 000 kW。故在地下一層變配電室內共設置2臺1 250 kVA和2臺1 600 kVA的變壓器，其中2臺1 250 kVA的變壓器主供制冷機房設備，2臺1 600 kVA的變壓器主供動力照明負荷;在第33層避難層變配電室共設置2臺800 kVA的變壓器，主供動力照明負荷。

　　本工程應急電源采用柴油發電機組，在地下車庫內設置柴油發電機房。柴油發電機組既作為消防應急設備的第三電源，也作為用戶重要一級負荷的備用電源。

　　根據負荷大小、供電半徑、最不利點電壓損失等因素確定柴油發電機組的額定輸出電壓。當建筑高度在100～400 m時，應通過技術分析、比較而確定之。本工程建筑高度為185 m，須按照線路電壓損失公式試算。線路電壓損失公式為

　　其中，

　　U%—線路電壓損失;

　　I—線路負載電流，A;

　　L—線路長度，km;

　　R0—線路單位長度的電阻，Ω/km;

　　X0 -線路單位長度的電抗，Ω/km;

　　cosθ—功率因數，取0.85;

　　Ue—額定電壓，kV，取0.4 kV。

　　利用式(1)對線路電纜損失進行試算的過程如下：

　　150 mm2電力電纜：U1%=0.173×363×0.185×(0.145×0.85+0.077×0.53)/0.4≈4.76%

　　120 mm2電力電纜：U2%=0.173×314×0.185×(0.181×0.85+0.077×0.53)/0.4≈4.89%

　　因此，最不利點電壓損失可滿足線路損失5%以內的限值要求，本工程選用低壓柴油發電機組。根據業主提供的用電需求，消防負荷約960 kW，據此設置1臺容量為1 250 kVA的低壓柴油發電機組。

　　3 供電方案設計

　　本章不討論制冷機組負荷分配，相關負荷由各自獨立變壓器供電。

　　3.1 方案一

　　如圖1a所示，地下一層變電所供地下三層至第32層的所有一、二、三級負荷，避難層變電所供第33～42層(屋頂)所有一、二、三級負荷;變電所低壓出線均采用單母線分段方式，設置母線聯絡，滿足各自一級負荷用電要求。如圖1b所示，商業辦公的三級負荷均采用密集型母線加插接箱的樹干式供電，由地下一層變電所引出四段低壓母線，其中第一、二段母線供第1～9層商業用電，第三段母線供第11～21層辦公用電，第四段母線供22～32層辦公用電;由避難層變電所引出兩段低壓母線，其中第一段母線供第34～42層辦公用電，第二段母線供其他三級負荷用電。重要一、二級負荷采用電纜放射式供電，雙電源末端互投，其中第1～32層供電電纜均由地下一層變電所引出，第33～42層供電電纜均由避難層變電所引出。柴油發電機組提供兩段應急母線，分別引至地下一層變電所和避難層變電所低壓屏，作為一級負荷及消防負荷的備用電源。