某水利水电科学研究院试验研究中心扩建工程供配电设计案例浅析

马孟儒

【摘要】本文结合某工程实例，对其供配电系统设计方案进行详细分析说明，充分利用原有资源，从而节约建筑电力系统的建设投资。同时配合优化各机电设备的系统选型，降低了运行成本，节约耗能。

【关键词】建筑电气；供配电系统；设计

1、工程概况

本工程总建筑面积27482㎡，其中地上10173㎡，地下17309㎡。建筑总高度为23.95米，属多层建筑，耐火等级为二级。建筑地上为5层，地下3层，人防地下室设在地下三层，地下第三层为设备用房、人防区和车库，地下一、二层为设备用房和车库；首层为实验室；二、三和五层为餐饮用房；四层为办公室及餐饮用房。本建筑为扩建工程（C塔楼），与原试验中心大楼（AB塔楼）毗邻，地下一、二层与原大楼连通形成整体地下室，地上则为三塔楼建筑群。

2、变配电系统

2.1 负荷等级

根据用电重要程度划分一下几级用电负荷：（1）一级负荷：地下车库照明、消防设备用电等；（2）二级负荷：排水泵、生活水泵、弱电机房等；（3）三级负荷：不属于一、 二级负荷以外的其它负荷。

2.2 负荷计算

本工程初设阶段按面积指标法估算用电负荷，办公室按50W/㎡估算；实验室按100W/㎡估算；厨房按500W/㎡估算；餐厅按40W/㎡估算；地下室照明按5W/㎡估算。空调、风机、电梯、水泵等动力负荷根据通风、给排水专业提供的参数进行计算。照明总负荷需要系数Ks为0.8，功率因素为0.85；动力总负荷需要系数Ks为0.7，功率因素为0.8。经计算得出总安装负荷为Pe=1825kW，计算负荷为Pj=1384kW。

2.3 变压器

根据以上计算负荷数据选取变压器，若考虑日后增容或升级改造需要，应预留一部分负荷余量，选取2000kVA变压器。然而为充分利用原有资源节省本项目投资成本，通过对原试验中心大楼供电回路调整调配，腾出一台1600kVA变压器供本建筑使用。计算得出變压器负荷利用率达到0.84，基本满足使用要求，但负荷余量较少。

2.4 10kV供电电源

本建筑属于一级负荷用户，须由市政电网引入两路独立10kV电源。原来实验中心同属一级负荷等级，满足本建筑使用要求。10kV高压配电系统采用单母线分段供电方式，中间设置联络柜。平时两路高压电源各带整个建筑群的50%用电负荷，当遇到其中一路电源故障时，合上母联开关，由另一路电源为全部负荷供电。

2.5 应急电源

原实验中心地下一层设有500kW的发电机组，作为AB塔楼的应急电源使用。经计算本建筑（C塔楼）消防设备用电负荷为195kW，基于不同时发生火灾的原则下，即考虑ABC塔楼不在同一时间发生火灾的情况。完全可以利用原有的发电机组作为本建筑的应急电源，仅需增加一路发电机出线开关及电缆至本建筑低压配电房即可满足使用要求，大大节省投资成本。

2.6 低压配电系统

本工程低压配电系统接地形式采用TN-S（三相五线）系统，两路电源进线，一路接自变压器，另外一路接自发电机。低压供电系统采用单母线形式，两路进线不同时合闸，正常情况下发电机电源处于断开位置。当发生火灾事故，而且变压器失电时，通过机械联锁将进线电源由变压器切换至发电机回路。同时发电机应在30s内自动启动，向消防设备供电。

低压配电采用380V/220V供电，由低压配电房视情况选用放射、树干或链式配电至各分配电箱。由于本建筑为多家单位共同使用，各层照明配电箱及空调动力配电均采用放射式配电，照明、空调、厨房动力分别计量用电量。

消防控制室、消防水泵、消防电梯、防排烟风机、防火卷帘等消防用电设备以及地下停车库照明用电均采用双电源供电，在其末端配电箱设置双电源自动切换开关，保证持续供电。

3、照明配电

本建筑设有一般照明、装饰照明、应急疏散照明以及室外照明（道路和园林照明）。根据国家标准《建筑照明设计标准》按各功能分区的环境特点和使用要求，确定各区域或房间的照明功率密度及平均照度等指标，相应选取符合要求的灯具。由于本工程变压器负载率较高，照明设计上需尽量采用节能措施降低用电负荷。在满足照度标准的基础上，选用高效节能的灯具以及控制方式。选用新型LED照明灯具有效大幅降低照明用电负荷，对比国家标准照明功率密度值降幅超过50%。另外公共区域，例如大型餐厅区照明，通过合理分配照明灯具回路以及充分利用日光亦可达到节能目的。

在楼梯间、电梯前室、公共走廊、餐厅、厨房等人员密集的场所以及配电房、消防水泵房、防排烟风机房等应设置应急照明；安全出口的顶部设置安全出口标志灯，疏散走道及其转角处设置疏散标志灯。应急照明及疏散指示灯具均采用LED光源，并自带蓄电池，电池持续时间分为不小于30/60/180分钟三种，按不同场所要求选用相应持续时间的灯具。

4、动力配电

本工程主要动力设备有通风空调主机、防排烟风机、消防水泵、生活水泵、潜水泵、电梯以及厨房动力设备。动力负荷占本建筑用电负荷比例较大，所以优化动力设备选型对整个配电系统起关键作用。电气专业需与给排水和通风空调专业密切配合，尽量采用节能低负荷的设备。例如空调采用全直流变频多联机系统、生活给水采用变频泵系统、电梯采用永磁同步电机等等。通过各专业的优化选型，降低动力用电对配电系统冲击，特别采用变频技术后减少了大功率电机启动时产生冲击电流的影响，提高本建筑配电系统的稳定性。

5、设计总结

本工程配电系统安装调试后顺利通过竣工验收，投入使用以来系统稳定可靠。

变压器在比较经济的负荷率下正常运行，测量实际运行负荷与设计值接近并有所降低，获得良好的使用效果。通过本工程的设计总结出经验：在项目设计时应充分考虑各种条件因素，充分利用已有资源；同时电气专业要与其它设备专业紧密配合，充分优化设备选型，使得配电系统稳定、可靠、节能和节省投资。

参考文献：

[1]中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册（3版）.[M].北京：中国电力出版社.2005

[2]民用建筑电气设计手册（2版）.[M].北京：中国建筑工业出版社.2007