高层和超高层智能建筑电力负荷分析

一、高层和超高层智能建筑的用电负荷 一般来讲，现在的高层建筑及超高层建筑有两大特点：一是智能化程度越来越高．二是建筑内的设备电气化程度越来越高．且用电负荷越来越大，在《民用建筑电气设计规范》(JGJ/T16—92)4．3．6条款中规定“低压为0．4kV变电所中单台变压器不宜大于1000kVA”的上限也常常在实际工程设计中被突破。现在0．4kV配电系统中．单台变压器容量为1600kVA、2000kVA甚至2500kVA的变配电所在高层建筑中已屡见不鲜。另外由于用电负荷越来越大，且存在不少高压用电设备，以至于需要采用两路110kV或35kV市政电源供电。在这种情况下，不仅要设置一座110kV或35kV变电站，还要设置若干个10/0．4kV变配电所。如在广州国际会议展览中心就设有一座110kV变电站，17个10/0．4kV变配电所，详见附表一。 下面是最近几年国内一些高层建筑的供电电压等级及主变容量统计．详见附表二。 由此可见，高层建筑及超高层建筑已逐渐成为城市电网中的主要用电负荷之一，其负荷计算应加以重视。合理的负荷计算能使所选变配电设备得到充分利用，对降低电气设备投资有重大意义。俄罗斯就设立了“电气负荷委员会”这一专门机构．长期对电气负荷进行研究。日本 则以通产局和电力公司为主的“合理用电指导委员会”专门对用电情况进行调查和评价。在香港中华电力公司和香港电灯公司也都十分注意对用电负荷的研究并及时制订相应的指标。

二、目前高层和超高层智能建筑的用电负荷计算出现的不同设计理念 目前对高层智能建筑特别是超高层智能建筑的电力负荷计算，国内还没有这方面的专门论述．在实际工程设计中基本上是套用一般民用建筑电气设计中的常规计算方法，如需要系数法、二项系数法，单位密度法等。在方案设计阶段一般采用单位指标法，在初步设计及施工图设计阶段则常采用需要系数法，不同设计单位或设计人员，由于不同的设计理念．在一些系数的取值方面有不同的偏好．结果往往会导致不同的电气设备选型。例如上海某超高层建筑，总建筑面积为14．1万m2，使用性质为五星级酒店和商场，其中酒店部分面积为8．7万m2．商场部分面积为5．4万m2。在地下一层设有一座35kV变电站，另外在地下三层、地下一层、第十一层(避难层)、第二十八层(避难层)和第四十七层(避难层)分别设置了六处变配电所。由于对用电负荷计算的设计理念不同，施工图设计单位与业主聘请的香港某著名机电工程顾问公司对6座变配电所的变压容量有较大的分歧意见，具体表现如附表三。 通过分析他们的用电负荷计算说明书，可知这两家单位都是用需要系数法进行负荷计算，但是在用电项目需要系数取值上却各不相同，如“车库排水”的需要系数香港顾问公司取0．65，设计院取0．45；电梯的需要系数香港顾问公司取0．85，而设计院取0．65。这两种算法中的需要系数取值，一种是沿用一般民用建筑的电力负荷计算的保守取值，另一种是考虑智能建筑用电新特点的合理取值。另外两台变压器的互为备用的冗余容量考虑的也不一样。 用电负荷计算直接影响着供配电系统的设计，变压器的计算容量的差异，不仅会影响变压器、开关柜、无功补偿电容柜、母线等电气设备的选型，按照GBl094规定，我国变压器容量采用国际标准的R10系列，即按R10=101／10=1．26的倍数递增，常见的容量有100、125、160、200、250、315、500、630、800、1000、1250、1600、2000、2500kVA等（一般来讲高层建筑中超过2500kVA的变压器很少采用)。如果负荷计算相差20％，则变压器的容量就会相差一档。变压器的选型还会给变配房的配套专业如土建、通风等专业设计造成不同影响。如不同容量的变压器，其低压出线开关也不一样，不同容量的变压器，其外形尺寸、散热量也不同这些也影响着土建和通风专业的设计。因此合理的负荷计算对建筑电气设计具有重要意义。

三、一般民用建筑的用电负荷计算方法 在民用建筑的供配电系统设计中．首先碰到的关键问题是如何计算该建筑供配电系统的计算负荷。计算负荷是按发热条件选择电气设备的一个假想负荷．“计算负荷”产生的热效应和实际运行中变动负荷所产生的最大热效应相等，所以根据计算负荷选择电气设备．在实际运行中电气设备的最高温升不会超过容许值。其实计算负荷求解的最准确的办法是首先绘制出典型日负荷曲线，负荷曲线上的PMAX、QMAX、IMAX就是计算负荷(注：负荷曲线应是不同季节的典型负荷曲线，按30min时间间隔绘出)，用PJS、QJS、IJS表示。但是在进行工程设计时，工程是虚拟的，并未投入实际运行，因此在设计时还无法绘制出实际的负荷曲线。目前通用的实际计算方法是参照有关建筑电气设计标准的负荷曲线或现有类似的建筑典型负荷曲线，利用该负荷曲线上的特征参数，来进行理论计算。 常用的计算方法有(1)需要系数法；(2)利用系数法：(3)二项式法。上述几种计算方法都是一种近似算法，其理论依据是相似性原理．即性质相同．功能。档次相似的高层建筑，其负荷曲线相似，尽管建筑面积及规模不同，用电量也不同．但其负荷曲线的特征参数相近似。因此根据已投入正常运行的不同性质建筑绘制出不同类型的负荷曲线，并统计出负荷曲线的特征参数如需要系数KX．利用系数KL和二项式系数b、c等，供建筑电气设计时参考使用。 1．负荷曲线 表示电力负荷随时间变化情况的图形称为负荷曲线．日负荷曲线表示一天24小时内负荷变化的情形，而年负荷曲线表示一年中的负荷变化情况．如图一所示。 图中用负荷系数α表示有功负荷的变化程度 (α又称