超高层建筑供配电浅述

裘海晶（现代建筑设计集团－上海建筑设计研究院有限公司,上海 200070）

1 引言

我国自改革开放以来，高层建筑的建设数量日益增多，尤其是超高层建筑，更有竞争高度的态势，如在建的“上海中心大厦”，总高度632m，建成后将是中国第一高度。这其中既有其技术、经济和社会需求快速发展等方面的因素，主要也是因为城市人口密度的增大和有效土地资源紧张而引起的。但在国际上，或仅相对于亚洲来说，我国高层建筑的建设起步仍是较晚的，对高层建筑的研究工作也是近十几年来才开展起来的，有许多需要进一步学习和研究的地方。

超高层建筑的明确定义，基本上是在经过了1972年联合国教科文组织下属的世界高层建筑委员会的讨论后，才认定40层以上（高度在100m以上）的属于超高层建筑[1]。但在不同的国家，仍是以各自的具体情况，如建筑类别、防火要求等，对高层及超高层建筑的定义有不同的规定，而我国的《民用建筑设计通则》中也已明确规定“建筑高度大于100m的民用建筑为超高层建筑”。

2 超高层建筑的供配电设计特点

超高层建筑和一般高层建筑相比，因为建筑体量的巨大化，使得其中的用电设备的种类更多，用电量更大，供电可靠性要求和智能化程度要求也更高，因此其电气线路和设备机房也更多更复杂。而电气设计的基本是要稳定、可靠地接受电力和信息，并在高智能化的技术支持下以达到高舒适性的目的。因此，供电电源的可靠安全是整个电气设计的基础条件，要打好基础，则必须了解超高层建筑的特点，有针对性的进行供配电设计。

超高层建筑的最大特点就是“高”，这点引申到供配电设计上来说就是要考虑供电半径的问题，不同容量的变压器，其远距离带负荷能力不同，且供电距离与负荷密度大小是成反比关系的。现代的超高层建筑大多为功能多样的综合性大楼，可以同时包括有商业、办公、酒店、餐厅等性质和使用功能完全不同的建筑类型，这使得整个建筑的用电设备复杂而多样，负荷密度变化较大。通常来说，电力设备中用电负荷比重最大的往往是空调通风设备，经常占到整个用电负荷的50%～60%甚至以上，其设备机房经常集中设于地下室内或屋顶层，这是用电负荷较为集中的区域。另外对超高层建筑来说，电梯的数量不仅多且通常会设置有分区电梯来适应各种不同使用功能的要求，从而使得部分电梯机房布置在大楼的中部位置，再加上可能会有的中间泵站和分区空调设备，这使得超高层建筑的中部也会成为一个用电负荷密度较高的区域。设计的关键原则就是变压器的设置尽量靠近用电负荷中心，最大化地利用变压器的带负荷能力；因此在建筑物的恰当位置设置中间机房层是非常重要的，超高层建筑的中部机房层通常会与避难层结合设置，即作为一个应急疏散的重要场所，也为各个设备系统的转换、接力提供必要的空间。

超高层建筑的另一个特点是火灾情况下火势蔓延速度快、扑救难度大且疏散困难，针对这个特点，建筑结构、给排水及通风等专业都采取了相应措施。如设置避难层、提高建筑耐火等级，屋面设救援停机坪，设置喷淋、排烟系统等等。电气专业作为建筑中的基础服务专业，在提供安全可靠的正常电源的前提下，自备的应急电源的可靠连续运行也是非常必要的。因此自备柴油发电机的设置在超高层建筑中是非常普遍的，这是超高层建筑供配电系统的一个特点。当建筑物定位在为高端客户服务的基础上时，预留自备柴油发电机的设置空间及一些纵向垂直通道的空间，对将来的招商也是非常有利的。

另外还有超高层建筑内设备的运输和安装问题，由于变压器等大型电气设备安装在大楼中部，根据超高层建筑的规模程度不同，变压器和高低压开关设备及大型用电设备的运输和安装对施工来说也存在着一定的难度，需要在设计阶段适当的考虑合理的运输通道等以减缓施工难度。通常考虑以电梯井道作为纵向运输通道，与建筑、结构专业紧密配合，并在水平运输通道的适当位置预留部分水平牵引拉环等装置。

3 实例介绍

上海塘东地区某地块工程，基地内主要包括五栋高层建筑D1～D5，其中D1建筑高度为190m，建筑面积约11万m2；D2和D3（互为镜向）建筑高度为130m，建筑面积分别约9.3万m2；D4和D5（互为镜向）建筑高度为80m，建筑面积分别约6.8万m2。五栋楼均为办公楼性质，其建筑结构及使用功能相似，都是地下3层车库加设备用房，地上1～2层商业及物业管理用房，3层以上均为标准层办公，屋顶1～2层的机房层，其中三栋超高层建筑的中段部位均设有避难层加设备用房。

由于超高层建筑通常体量都较大，其供电电压等级有一定的选择性，在设计初期合理地确定其供电电压等级是非常重要的。《上海电力供电营业细则》有相关的规定，“客户受电变压器总容量在6300kVA以上至4万kVA，采用35kV电压供电”。但是“根据电网情况或客户用电特殊要求，经过经济、技术比较后，供电电压的界限可作适当变动”。本项目中业主要求D1～D5均能独立运营且产权独立，各楼的变压器装接容量可详见表1。可以看出D1～D3按规定都需要以35kV电压供电，但显然这样的做法从经济技术等各方面来说都不合理，最终与当地供电部门进行多次的协商讨论后，决定在基地内建设一座35kV/10kV的电业变电站（由供电部门负责建设和运营管理），再从站内向各栋楼分别送专用的10kV电源至楼内10/0.4kV用户变电站，10kV电源进线侧设电业计量表计。

表1 变压器容量

以下主要介绍超高层建筑D1～D3的供配电方案：

根据业主的要求，D1建筑的高度最高，其整体定位要求也最高，不管是从体形还是使用功能上都必须在地块内起到龙头的作用。因此设计时考虑的其电源可靠性要求也最高；设计采用了三路10kV电源引入，二用一备，之间设手动联络开关，每路电源均可带全部一、二级负荷正常运行；另外在地下1层设2组1250kVA柴油发电机组作为应急电源，直接供至低压应急母线，并在机房内预留高端客户自备柴油发电机的安装空间；大楼的10kV高压配电系统详见图1。

D2和D3互为镜关系，以D2为例，采用两路10kV电源引入，同时供电，之间不设联络开关，每路电源均可带全部一、二级负荷正常运行；另外在地下1层设2组1000kVA柴油发电机组作为应急电源，直接供至低压应急母线；大楼的10kV高压配电系统详见图2。

图1 层难避于设分部内框线虚（图线单统系电配压高1D ）

图 2 层难避于设分部内框线虚（图线单统系电配压高2D）

以上两种供电方案均为放射式配电，由地下1层主变配电室放射式配出专路10kV电缆至避难层副变配电室内的变压器。其中D1采用了三路10kV电源进线，二用一备。当其中一路常用电源故障或检修时，备用电源可代替其100%的全部用电负荷正常运行，而无需切除任何负荷。三个电源间联络开关均设置为手动操作方式，以防止误动作；从主变配电室不同的母线上分别引出一路10kV专路电源送至避难层副变配电室分段母线，母线之间同样设置手动联络开关，当其中一路电源故障或检修时，另一路可带其中一、二级负荷正常运行。可以说D1的整个电源系统的供电可靠性在满足规范的要求之上是有进一步提高的，这种方式比较适合于对电源有特殊要求或有较多特别重要用电负荷的情况，但也考虑到建设费用相对较高，因此对D2、D3建筑仍采用了常规的两路独立电源供电外加应急柴油发电机的配电模式。

当超高层建筑的高度继续向上发展或者建筑的使用功能发生变化，如从办公转换为酒店，建筑内可能会在中部设有多个避难层（机房层），用电负荷密度也同样随之分散发展。除了仍可采用放射方式向各个避难层的分变配电室分别配电外，也可选择采用环网方式进行配电，将各个分变配电室以开环连接，形成纵向网络，这种配电方式在横向的城市供电网络中应用非常广泛。其特点是网络中任一变压器的故障和检修都可不影响其他变压器的正常运行，同样也具有较高的供电可靠性。具体可结合工程的具体性质和要求以及投资费用等各方面综合考虑，选择适当的安全可靠的供电方案。

4 结束语

超高层建筑的建设正在快速发展，其安全性、耐久性和舒适性都将有进一步的发展，但仅上海地区，超高层建筑有近1/3以上是由境外设计公司负责设计建设的，国内的设计研究工作仍不能完全满足要求，希望通过不断的学习、交流和研究能使我们的设计技术发展与建设同步。

[1] 三栖邦博. 超高层办公楼[M]. 刘树信，译.北京: 中国建筑工业出版社, 2003.

[2] 中华人民共和国公安部.GB 50045-95高层民用建筑设计防火规范（2005年版）[S]. 北京: 中国计划出版社, 2005.