超高层建筑中地上变压器的设置.pdf

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1、Sep. 2013 Vol. 32 No. 9 http: / www. jzdq. net. cn 誖 BUILDING ELECTRICITY2 01 3 年 第期9 Configuration of Ground Transformer in Extra鄄high Building WU Bin（Hunan Provincial Architectural Design Institute，Changsha410011，China） 吴斌 （湖南省建筑设计院， 长沙市410011） 作者信息 吴斌， 男， 湖南省建筑设计院， 高级工程师， 副主任工程师。 AbstractBycompar

2、ing and analyzing various configuration schemes of transformer substation for extra鄄 high buildings and relevant technical economy in certain project cases，and in full consideration of length of main distribution circuit，electric energy loss of main distribution circuit within the life cycle of the

3、project shall also be considered. In addition，after the discussion onunitcapacityselectionandtransportationof transformer for extra鄄high buildings，it is recommended that，the unit capacity of ground transformer shall not exceed 1 000 kVA . Key wordsExtra鄄highbuildingPositionof transformer substationP

4、ower supply radiusVoltage dropElectric energy lossTransportation of transformer Refuge storeyCapacity of elevator 摘要结合工程案例， 比较、 分析超高层建筑 变配电所的不同设置方案， 及其技术经济性， 在充分 考虑配电干线长度等因素的同时， 应考虑项目全寿命 周期内配电干线上的电能损耗； 并对单台变压器的容 量选择、 超高层建筑中的变压器运输进行探讨， 建议 地上部分变压器单台容量不超过1 000 kVA为宜。 关键词超高层建筑变配电所位置供电半 径电压降电能损耗变压器运输避难层电

5、 梯载重量 中图分类号：TU976文献标识码：A 引言 目前各大城市中心区域的超高层建筑越来越多， 以中部城市长沙市为例， 在2010年前只有十来栋超 高层建筑， 近半数在150 m以下。 但最近几年， 长沙 市超高层建筑的发展速度越来越快， 在建以及规划中 的超高层建筑已有40多处 （不包括住宅）， 最高的建 筑在400 m以上， 超过250 m的也不在少数。 在笔者目前所接触到的许多超高层项目设计中， 关于变压器的设置有各种做法， 单台变压器容量有大 至2 000 kVA的， 也有小到400 kVA的； 地上变配电 所有在每个避难层都设的， 也有隔多个避难层才设 的。 每种设计方法固然都有

6、其自身的优缺点， 但超高 层建筑与普通高层建筑相比有它的独特性， 在此笔者 提出一些个人的看法供各位同行参考。 1地上变配电所位置选择 GB 50052 - 2009 供 配 电 系 统 设 计 规 范 4. 0. 6条规定， 同一电压等级的高压配电级数不宜 多于两级， 故超高层建筑的高压供配电系统一般采 用主变配电所 分变配电所的结构， 按两级设 置。 通常做法是在地下室设置中心变配电所， 按业 态布局设置分变配电所， 由中心配电所引出高压电 缆至分变配电所。 超高层建筑中变配电所的设计， 除了要以安全 性、 可靠性为基本要求外， 同时还应该结合建筑本身 的定位和特点， 考虑其运行的灵活性，

7、 以及业主投 资、 运营的经济性。 分变配电所数量、 位置的不同， 将会对安装、 运营成本带来比较大的影响， 这一点需 要设计师充分引起重视。 在设计阶段应与业主充分沟 通， 经过严谨的技术经济比较后再确定各分变配电所 的位置以及其供电范围， 而不应简单地仅仅以低压供 电半径等单一指标作为设置变配电所的依据。 超高层建筑中地上变压器的设置 600 40 http: / www. jzdq. net. cn 供电与配电 超高 层 建 筑 中 地上 变 压 器 的 设置 （吴斌） 下面以一个实例来说明， 此项目裙房为商业， 塔 楼为写字楼， 业态简单且裙房面积较小， 总建筑面积 为22.8万m2，

8、 其中地下室为4层共4.8万m2， 地上共 75层， 建筑高度为350 m， 标准层面积约2 300 m2。 在设置塔楼写字楼区域变配电所的位置时考虑了3种 方案， 见图1。 图中地下室设置的1#变配电所为中心 变配电所，2# 4#为分变配电所 （1#变配电所设计为 专供地下室及裙房用电）。 进行方案比较时， 主要比较了主干线的投资、 电 压损失、 变配电所的设备投资、 变配电所占地面积等 指标。 由于方案阶段供配电系统还未进行设计， 为了得 到比较结果， 必须对计算模型进行适当的简化， 在此 先对计算背景说明如下： a.仅对给塔楼部分供电的分变配电所进行经济 比较， 给裙房、 地下车库供电的

9、主变配电所不参与 比较。 b.假设所有的变配电所都靠近核心筒， 在计 算 供 电 半 径 及 供 电 干 线 长 度 时 暂 不 考 虑 水 平 段 距离。 c.塔楼标准层面积为2 300 m2， 核心筒面积为 440 m2， 扣除核心筒后办公面积为1 860 m2， 进行变 压器负荷估算时按标准层面积2 300 m2、80 VA / m2 计算。 d.仅计算给办公区域供电的竖向密集式母线， 其余供电干线暂不进行比较。 e.办公区域的供电干线考虑采用密集式母线， 按照双母线奇偶层交错供电方式 （如6 21层配出 图1塔楼写字楼区域变配电所设置方案 Fig. 1Proposed configur

10、ation of transformer substation for office tower 注：1）6 75F均为写字楼， 每层2 300 m2， 核心筒占440 m2， 办公面积为1 860 m2； 2） 按80 VA / m2估算； 3） 每8层设一根1 600 A母线， 或每4层设一根800 A母线； 4） 图中红色实线为1 600 A母线， 红色虚线为800 A母线。 （c） 方案（18 890 kVA） （c）Scheme（18 890 kVA） （a） 方案（18 876 kVA） （a）Scheme（18 876 kVA） （b） 方案（18 876 kVA） （b）Sch

11、eme（18 876 kVA） 601 41 Sep. 2013 Vol. 32 No. 9 http: / www. jzdq. net. cn 誖 BUILDING ELECTRICITY2 01 3 年 第期9 两根母线， 其中一根供应奇数层用电， 另外一根供 应偶数层用电， 当某层租户需要双电源供电时， 双 母线方式可以满足其需求）。 经过估算， 按每8层 配出一个回路， 设置1 250 A断路器， 配套1 600 A 的母线； 对于供电范围较短的楼层段， 按每4层 配出一个回路， 设置630 A断路器， 配套800 A的 母线。 f.单台变压器的容量暂时按最大1 600 kVA 考虑

12、。 根据图1的3种变配电所设置方案， 各变配电所 地上部分变压器的设置见表1， 各方案技术经济比较 见表2。 方案变配电所设置较分散， 故变压器总安装容 量较其它两个方案偏大。 在本节经济比较中， 是暂按 单台变压器容量不大于1 600 kVA来考虑， 方案、 、使用的变压器台数均为10台， 只是分布的位 置不同而已。 如根据本文后面第二章的分析， 实际设计时会对 地上部分变压器的单台容量加以控制， 即若将变压器 容量限制在1 000 kVA， 则方案、在地上部分的 变压器数量会达到14台， 变配电所占地面积会加大 40 %左右， 变配电所的一次设备投资亦会加大， 但 是竖向干线并不会受到影响

13、。 而方案由于中低区供 电是由地下室的变配电所负责的， 预计会增加2台变 压器。 3种方案各有其优缺点， 通过综合比较， 最终选 择了方案。 虽然方案所占用的建筑面积并不是最 少的， 但是综合考虑到一次投资和50年的运营成本， 其综合成本是最低的。 因此， 在变配电所的布局上， 需要特别考虑配电干线的一次性投资及在后期运营上 表1地上部分变压器的设置方案 Tab. 1Proposed configuration of ground transformer substation 方案方案方案 2#变配电所： 2 1 600 + 2 1 250 kVA 2#变配电所： 2 1 600 + 2 1

14、250 kVA 2#变配电所： 2 1 600 + 2 1 250 kVA 3#变配电所： 4 1 600 kVA 3#变配电所： 4 1 000 + 2 1 600 kVA 3#变配电所： 4 1 000 + 2 1 600 kVA 4#变配电所： 2 800 kVA 共10台变压器 装机容量12 900 kVA 共10台变压器 装机容量12 900 kVA 共10台变压器 装机容量13 700 kVA 表23种方案技术经济比较 Tab. 2Comparison of technical economy for three schemes 变配 电所 设置 低压 供电 半径 1 600 A母

15、线 垂直长度 / m 800 A母线 垂直长度 / m 电压损失 （母线垂直段） 母线干线 造价 /万元 设备 造价 /万元 50年 有功电能 损耗费用 /万元 造价、 能耗 总计 /万元 地上 变配电所 占地面积 / m2 方案最大790190 最大：2. 2 % 最小：0. 65 % 2411 0402841 5651 000 方案合理540190 最大：1. 6 % 最小：0. 65 % 1731 0401621 3751 000 方案最小54050 最大：0. 65 % 最小：0. 35 % 1531 0401211 3141 000 注：1） 表中所计算的干线仅包括了垂直段密集式母线

16、， 考虑到还有其它大量竖向电缆干线未参与比较， 实际上造价 及损耗差价应比表格中数据大。 2） 计算有功电能损耗时， 按照每年250个工作日， 每个工作日10 h计算。 602 42 http: / www. jzdq. net. cn 产生的损耗。 另外方案还有一个优势， 由于变配电所较分 散， 在每个供电区域内竖向密集式母线仅为两条 （其 它竖向电缆干线也较其它两个方案少）， 电气管井需 求面积较小， 相比较其它两个方案可节约一定的管井 面积， 对于业主的投资起到一定的节约作用。 2地上变压器的运输 超高层建筑的一个特点是大多会在地面以上楼层 设置变配电所， 一般设在避难层或机电层。 由于

17、变压 器的使用寿命不可能大于建筑使用寿命， 而且电气产 品也无法保证在正常寿命期间不会损坏， 这就带来了 一个如何维修或更换变压器的问题。 各种常见规格变压器 （参考顺特电气有限公司资 料）、 电梯参数 （以笔者参与的项目为例） 见表3、 表4。 由表3、 表4可以看出， 变压器质量一般远大于 电梯的负载能力， 但尺寸一般小于电梯轿厢尺寸。 目前在超高层建筑中一般采取以下几种方式来解 决竣工后变压器的垂直运输问题。 2. 1采用货梯直接运输 这种方式要求设置一台货梯且在每个变配电所所 在楼层停靠， 超高层建筑一般均会在核心筒内设置单 独的服务电梯， 电气专业可在方案阶段与建筑专业协 商， 选择

18、合适的货梯以满足载重量与尺寸。 在这个前 提下， 可又分为两种做法： a.在地上变配电所内仅设置400 kVA以下的 变压器， 由于变压器体积小， 重量轻， 可以由载重 量1 800 kg的货梯直接运输。 从目前已有的超高层 建筑来看， 设置一台载重量1 800 kg的货梯对于大 多数开发商来说是完全可以接受的。 在笔者参与 的长沙开福万达广场项目中， 万达总部就明确要求 上楼的变压器不能大于400 kVA， 采用货梯直接 运输。 此方案的优点是变压器可以采用普通电梯直接运 输， 便于更换。 缺点是变压器容量过小， 配电干线无 法做大， 无法充分利用负荷之间的负荷高峰时间差， 导致变压器整体安

19、装容量增加； 另外如果建筑上部有 较大负荷容量的设备， 也将由于变压器容量过小而很 难进行设计。 此种方案一般仅适用于高度在200 m以下功能简 单的超高层建筑， 例如写字楼等。 b.采用大载重量的货梯， 比如3 t / 4 t货梯。 GB 7588 - 2003电梯制造与安装安全规范 中， 要求电梯的载重量与其轿厢尺寸有关联 （见 表5）， 载重量越大轿厢尺寸越大， 故占据核心筒 表3常见规格变压器质量与尺寸 Tab. 3Quality and dimension of typical transformers 型号 质量 / kg 尺寸 （长宽高） / mm SC10 - 315 / 10

20、1 3151 240 850 1 275 SC10 - 400 / 101 8001 270 850 1 400 SC10 - 500 / 102 0601 450 850 1 400 SC10 - 630 / 102 2101 570 850 1 460 SC10 - 800 / 102 5701 540 1 070 1 570 SC10 - 1 000 / 103 1401 650 1 070 1 630 SC10 - 1 250 / 103 5801 650 1 070 1 780 SC10 - 1 600 / 104 6101 770 1 070 1 965 表4电梯参数 Tab. 4

21、Parameters of elevator 供电与配电 超高 层 建 筑 中 地上 变 压 器 的 设置 （吴斌） 载重量/ kg速度/（m / s）功率/ kW轿厢尺寸/ mm 万 达 广 场 上海三菱LEHY - M1 6002. 524. 52 000 1 500 三菱GPM - 31 6003. 5502 000 1 500 HOPE - BII1 8002. 5502 150 1 650 运 达 中 央 广 场 三菱GPM - 31 6003. 5502 000 1 500 NEXWAY1 6004652 000 1 500 GPM - 3H1 6006902 000 1 500

22、型号 项目 电梯 参数 603 43 Sep. 2013 Vol. 32 No. 9 http: / www. jzdq. net. cn 誖 BUILDING ELECTRICITY2 01 3 年 第期9 的面积也就越大， 对于开发商的经济效益会有较大 影响。 从另一方面看， 我们的目的是运输变压器， 而变 压器平面尺寸并不大， 一般的轿厢尺寸都可满足， 只 是单位面积重量较大， 所以我们真正需要的是一种具 有常规轿厢尺寸但载重量较大的电梯， 这种电梯一般 来说需要向电梯厂商特别定制。 且由于货梯垂直提升 距离大， 速度要求也会较高。 载重量大且速度较高， 电梯的选择面就会较窄， 而开发商

23、一般在方案阶段还没有进行设备招标， 不可 能对电梯的要求如此深化， 所以在很多情况下无法在 前期就确定采用这种方案。 但如果业主接受设置一台 大载重量货梯的方案， 可以考虑将上楼的变压器容量 放宽到1 000 kVA， 如此在供配电系统的设计上会灵 活很多， 也避免了方案a的缺点。 2. 2采用电梯井道运输 这种运输方式需要在更换变压器前， 将电梯轿厢 下降到底， 拆除原有的电梯曳引绳等， 在井道内安装 一套提升设备及滑轮组， 将变压器本体通过井道提升 上去。 这种方案施工工艺复杂， 工期长， 对大楼的正 常营运会造成较大的影响。 这种方案要求变压器的尺寸不能大于电梯井道内 部尺寸， 但采取这

24、种方案需要在项目方案阶段向项目 未来的运营方解释清楚对将来正常营运可能造成的影 响。 有些运营商 （例如豪华酒店等） 不一定能接受对 其正常商业活动的长期影响。 在本文第一章所谈到的案例中， 采用了通过电梯 井道运输的方案。 3结语 超高层建筑供配电系统复杂， 维护困难， 在进 行设计工作时， 应反复论证， 比较多个方案， 做到 安全、 经济、 可靠。 通过上述的分析， 可以得出以 下结论： a.单台变压器容量大， 可有效减少变压器总 安装容量， 但变压器的运输是个很大的难题， 设计 者必须在项目方案阶段就充分考 虑 到 这 个 问 题 ， 不应一味加大变压器的容量。 b.变压器的设置位置，

25、应充分考虑到配电干线 的长度， 不应将电压降作为布置变配电所的唯一考量 依据。 由于超高层建筑变配电所数量多， 配电干线长 度很可观， 要充分考虑项目全寿命周期内消耗在配电 干线上的电能损耗。 c.结合变压器的运输以及配电干线的长度， 建 议地上部分变压器单台容量不超过1 000 kVA为宜； 变压器相对集中设置， 考虑变配电所分别往上下段配 电 （不跨越另一个避难层为宜）。 1中国建筑东北设计研究院.JGJ 16 2008民 用建筑电气设计规范 S.北京： 中国建筑工业出版社， 2008. 2中机中电设计研究院有限公司.GB 50054 - 2011 低压配电设计规范 S.北京： 中国计划出

26、版社，2012. 3中国联合工程公司.GB 50052 - 2009供配电 系统设计规范 S.北京： 中国计划出版社，2010. 4机械工 业 部 中 电设 计 研究院.GB 50053 - 94 10 kV及以下变电所设计规范 S.北京： 中国计划出版 社，1994. 5公安部四川消防科学研究 所.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. 6中 国 建 筑 科 学 研 究 院 建 筑 机 械 化 研 究 分 院. GB 7588 - 2003电梯制造与安装安全规范 S.北京： 中 国标准出版社，2003. 2013 -

27、02 - 18来稿 2013 - 08 - 09修回 额定 载重量 / kg 轿厢最大 有效面积 / m2 额定 载重量 / kg 轿厢最大 有效面积 / m2 1 0502. 501 4253. 25 1 1252. 651 5003. 40 1 2002. 801 6003. 56 1 2502. 902 0004. 20 1 2752. 952 5005. 00 1 3503. 10 表5电梯额定载重量和轿厢最大有效面积之间的关系 Tab. 5Correlation between rated capacity of elevator and the maximum effective area of the cage 注： 额定载重量超过2 500 kg时， 每增加100 kg， 面积增加 0. 16 m2。 对中间的载重量， 其面积由线性插入法确定。 604 44