曹浩
西安万科商业运营管理有限公司 陕西西安 710061
【摘要】建筑高度决定了低压配电竖向主干线的长度，在低压配电干线电压损失及末端设备电压偏差满足规范要求的情况下，超高层建筑只需在地下层的负荷中心设置变配电室。本文结合工程实例计算低压线路电压损失，分析末端设备电压的允许偏差有关概念，参考同类项目变配电室的设置，推论出超高层的建筑高度与避难层分变配电室设置的关系。
【关键词】超高层建筑；低压配电线路；电压损失
0 引言
现如今城市建设脚步进一步加快，高层及超高层建筑如雨后春笋般陆续涌现出来，和普通建筑相比较，高层及超高层建筑供电负荷更大，加上建筑物内的电气设备数目与类型繁多，增加了电气安全隐患。在这样的工况下，低压供配电系统可靠运行的意义随之凸显出来，对建筑物电力系统的安全运行具有维护作用[1]。因此，在建筑电气设计过程中，相关人员应对低压供配电系统予以一定重视，进而保证建筑电气设计质量
1 低压供配电系统在建筑电气设计中的作用
在现代建筑工程设计与建设过程中，低压供配电系统发挥着重要作用，与有关的用电设备设施运行效率密切相关，同时也影响现代群体的生活质量。最近几年中，人们对电力系统提出了较高的需求与标准，对于低压供配电系统而言，其作用是将电力由发电厂输送至变电站，继而在供配电设备与有关先进技术的协助下，将电力资源传输至所需之处。由此可见，低压供配电系统与人们的生产生活密切相关[2]。因此，加强低压供配电系统的优化设计，不仅能提升产品质量及使用寿命，还能降低电气系统施工作业量，压缩建筑工程造价成本，推动建筑行业智能化发展进程，满足现代群体的生活与工作需求[3-4]。
2 电压损失
配电线路（英文：distribution circuit） 是指从降压变电站把电力送到配电变压器或将配电变电站的电力送到用电单位的线路。配电线路电压为3.6kV~40.5kV的称高压配电线路；配电电压不超过1kV、频率不超过1000Hz、直流不超过1500V，称低压配电线路。电压损失是指电路中阻抗元件两端电压的数值差，在工程计算中，电压损失近似取为电压降落的纵分量。线路的电压损失可以分为两部分：第一部分：是有功功率在线路电阻R上造成的，其表达式为PR/U；第二部分是由无功电流由线路的电抗引起的，为QX/U。110千伏及以上线路，X与R之比约为4～10，所以电抗造成的电压损失占主要部分[5]。
在结合工程实例对线路电压损失计算分析前，需要明确电压偏差和电压损失是两个不同的物理概念。GB 50052《供配电系统设计规范》规定了用电设备端子处电压偏差允许值，GB 50034《建筑照明设计标准》明确了照明灯具端电压偏差值范围。电压偏差并不是指线路电压损失值，配电设计中应按照用电设备端子电压偏差允许值的要求和电网电压偏差的具体情况，确定电压损失允许值。根据《工业与民用配电设计手册》（第四版）电压偏差计算内容，在某段时间内线路或其他供电元件首端电压偏差为Δu0，线路电压降为Δul，当有变压器或其他调压设备时，还应计入该类设备内的电压提升，即
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式中，Δu0是线路首端的电压偏差率，%；e是变压器分接头设备的电压提升比，%；常用配电变压器分接头与二次空载电压和电压提升的关系，其取值见《工业与民用配电设计手册》；ΔuT是变压器电压损失率，%；Δul是线路电压损失率，%。拟定10/0.4 kV变压器高压侧为稳定的系统标称电压，变压器低压侧空载电压为稳定的0.4 kV，线路首端标称电压比系统标称电压高5%，明确以上概念后，通过对线路电压损失的计算，及供电电压的允许偏差分析，推论出超高层建筑变电室选址方案。
3 超高层建筑的低压配电线路电压损失
某超高层酒店，核心筒内电气竖井水平供电距离约为80 m，地下一层至顶层垂直供电距离为160 m，以集中负载考虑有功负荷为412 kW，功率因数为0.85。线路电压损失校验，线路种类：三相平衡负荷线路：
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式中，电压等级0.38 kV；功率因数cosφ=0.85；线路长度l=0.24 km；导体规格：1000 A密集式封闭铜母线；电阻0.057(Ω/km)；感抗0.042（Ω/km）。不同功率因数下，满负荷时10（20或6）kV/0.4 kV变压器的电压降参考工业与民用配电设计手册（第四版）P460表6.2-1，ΔuT以1 600 kV·A变压器电压降为3.26%取值，1 000 A密集式封闭铜母线线路电压损失为Δul＝5.7%，根据公式（1）可得到Δux=-4.16%，满足规范对用电设备端子处电压偏差允许值的要求。
变配电室低压侧出线至电气竖井水平距离控制在80 m以内，地下一层至顶层垂直供电距离160 m，由变配电室出线至避难层以上办公区的电压损失在规范允许值范围内，供电质量可以得到保证，办公楼在地下一层水平或垂直距离上靠近核心筒、近制冷机房处设一座变配电室。后期线损较大，初始投资相对较低，占用面积较小，日后维护管理较为便利。
公寓楼变配电所低压侧三相平衡负载线路至电气竖井水平供电距离为90 m，避难层设置在13层、27层和41层，地下一层至27层避难层垂直供电距离约为100 m，有功负荷为380 kW，功率因数为0.85。
变配电室低压侧出线至电气竖井水平距离在90 m以内，在地下一层设一座变配电室，27层避难层设一分变配电室，设置4台500 kV·A变压器。此方案须考虑变压器的运输问题，500 kV·A变压器约1.8 T，变压器的重量决定了电梯的载重量，重载电梯在保证一定梯速的前提下会增加投资成本，后期避难层变电所维护成本较高，对核心筒排布的压力较大，避难层增设变压器、柜体同样会提高项目成本，相比于只在地下一层设置一处变配电室、在地下一层设置一处变配电室及避难层设置两处变配电室的两种方案，从经济、技术、电磁屏蔽、噪声处理、设备运输、后期的管理和维护综合考虑，公寓楼超高层变配电室选址确定为地下一层设一座变配电室，27层避难层设一分变配电室，供电的导体规格按常规选择，可保证电能质量，用电安全性较高，线损较小，运行成本相比其他方案较低。
通过线路电压损失校验分析，本项目建筑高度为162 m的办公楼变配电室的设置在地下一层，223 m的公寓楼在地下一层、27层避难层各设变配电室。超高层建筑避难层分变配电室的设置需要考虑土建成本，设备减振、降噪等措施，运输方式可能导致货梯载重量及其井道须加大，日后的维护及保养费用较大，在分低压配电干线电压损失及末端设备电压偏差满足规范要求的情况下，超高层建筑只需在地下层的负荷中心设置变配电室。参考同类项目变配电室设置，可以得出结论：200 m以上的超高层建筑供配电系统普遍选择设置避难层分变电室进行设计，而150 m左右的超高层建筑普遍选择避难层不设变电室进行设计。
4 结语
超高层变配电室设置需考虑电气安全性、成本、施工及运维多方面影响，其中低压侧的三相平衡负载线路电压损失计算对选址方案有直接影响。结合工程实例分析，参考同类项目变配电室设置，推论得出超高层建筑变配电选址解决方案，可为类似的建筑项目提供参考。
【参考文献】
[1]王一添. 超高层建筑的低压配电线路电压损失分析[J]. 电气时代, 2021, (01): 24- 25+51.
[2]程伟. 电力系统中低压配电网线损计算方法分析概论[J]. 科技创新导报, 2018, 15(24): 43-44.
[3]张彦. 基于允许电压降落和改进损失系数法的中低压配电线路最大供电距离计算[J]. 电力大数据, 2018, 21(01): 66-70.
[4]崔志刚. 低压配电系统中电压损失问题的分析[J]. 科技展望, 2015, 25(05): 89.
[5]郑俊. 低压配电系统中电压损失问题的探讨[J]. 电气开关, 2013, 51(01): 18-19+25.