科技產(chǎn)業(yè)園是通過(guò)科學(xué)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行科技創(chuàng)新，轉(zhuǎn)化科技成果的的重要技術(shù)平臺(tái)，是當(dāng)前國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策引導(dǎo)下，不斷蓬勃發(fā)展的建筑業(yè)態(tài)。該類項(xiàng)目的供配電系統(tǒng)往往存在著巨大的不確定性。文中結(jié)合某創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)基地項(xiàng)目，通過(guò)對(duì)項(xiàng)目供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行探討和總結(jié)，為相關(guān)科技產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目的設(shè)計(jì)提供參考。
近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，以及科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新的需要，各地區(qū)科技產(chǎn)業(yè)園類的項(xiàng)目在不斷興起。地方政府依據(jù)當(dāng)?shù)氐漠a(chǎn)業(yè)規(guī)劃，通過(guò)政策及資金的支持，筑巢引鳳，引進(jìn)先進(jìn)的企業(yè)或者高校，通過(guò)技術(shù)引入、人才培養(yǎng)、科技創(chuàng)新、成果轉(zhuǎn)化帶動(dòng)地方的經(jīng)濟(jì)及科技的發(fā)展。
科技產(chǎn)業(yè)園有建筑規(guī)模大、建筑高度低，多為多層建筑的特點(diǎn)。使用者以企業(yè)或者高校為主，功能主要以實(shí)驗(yàn)及辦公為主。根據(jù)科學(xué)實(shí)驗(yàn)等級(jí)的要求，其用電負(fù)荷等級(jí)要求較高。而產(chǎn)業(yè)園區(qū)的規(guī)劃建設(shè)往往快速、超前，而招商周期，由于洽談、對(duì)接、立項(xiàng)等則周期較長(zhǎng)，與建設(shè)周期難以同步，因此各單體建筑具體使用者、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容、用電容量需求往往難以確定，而在后期運(yùn)行過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)室的劃分及使用功能也往往依據(jù)需求，需要不斷變更調(diào)整。
這種不確定性的特點(diǎn)，決定了其供配電系統(tǒng)既要滿足使用方進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)供電的容量及可靠性需求，又要留有一定裕量，同時(shí)系統(tǒng)的結(jié)線又要具有一定的靈活性，以滿足未來(lái)發(fā)展的需要，方便未來(lái)使用功能及布局的調(diào)整。
供配電系統(tǒng)如何能夠既滿足一定的基本需求，同時(shí)又能夠方便未來(lái)需求的調(diào)整，目前大家都是結(jié)合具體工程進(jìn)行分析及總結(jié)，有對(duì)浙江某高校包括實(shí)驗(yàn)室的各類負(fù)荷指標(biāo)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和研究，也有對(duì)化工類科研建筑的電氣設(shè)計(jì)進(jìn)行分析及研究，文中結(jié)合某創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)孵化基地項(xiàng)目，就科技產(chǎn)業(yè)園類項(xiàng)目供配電系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計(jì)問(wèn)題加以探討和總結(jié)。
1、工程概況
工程總建筑面積 223000m2，共分為 5 個(gè)地塊，17棟單體建筑，建筑高度不超過(guò) 24m，均為多層建筑。包括科研實(shí)驗(yàn)樓、公寓、科創(chuàng)小鎮(zhèn)、科技展示中心等。科研實(shí)驗(yàn)樓包括實(shí)驗(yàn)室及科研辦公用房。科創(chuàng)小鎮(zhèn)包括商業(yè)、餐飲、體育、辦公培訓(xùn)等功能。科技展示中心，包括展廳及庫(kù)房等。地上均為 5 層，地下為 1 層。地下室均為地下車庫(kù)、設(shè)備用房。工程共引入 9 所高等院校入住，主要從事電子、汽車、光學(xué)、生物醫(yī)藥、再生能源等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的研究。1號(hào)地塊為市政 110kV 區(qū)域變電站，2 號(hào)地塊為公寓，3~5 號(hào)每個(gè)科研地塊中均有 2~4 家高校，大部分實(shí)驗(yàn)室均按國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。各科研實(shí)驗(yàn)樓 1~3層為實(shí)驗(yàn)室，4、5 層暫時(shí)為辦公。國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的數(shù)量及位置由于需要學(xué)校統(tǒng)一規(guī)劃，目前難以確定。而且未來(lái)根據(jù)發(fā)展的需要，4、5 層辦公功能也可能調(diào)整為實(shí)驗(yàn)室使用。
2、供電系統(tǒng)規(guī)劃
2.1 負(fù)荷分級(jí)
科技產(chǎn)業(yè)園內(nèi)企業(yè)及高校建設(shè)的實(shí)驗(yàn)室主要承擔(dān)國(guó)家或省市的重要科研項(xiàng)目，對(duì)供配電系統(tǒng)的安全及可靠性具有很高要求。根據(jù) GB 51348- 2019《民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，對(duì)供電連續(xù)性要求很高的國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室用電為一級(jí)負(fù)荷中的特別重要負(fù)荷，對(duì)供電連續(xù)性要求較高的國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室用電為一級(jí)負(fù)荷，對(duì)供電連續(xù)性要求較高的其他實(shí)驗(yàn)室用電為二級(jí)負(fù)荷。工程根據(jù)使用方的要求，工程其中一部分實(shí)驗(yàn)室為國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，因此，其供電負(fù)荷等級(jí)為一級(jí)。其中實(shí)驗(yàn)樓、I 類汽車庫(kù)等處消防設(shè)備用電、安防用電、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、值班照明、警衛(wèi)照明、國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室負(fù)荷等為一級(jí)負(fù)荷;II 類汽車庫(kù)、公寓、能源站等處消防負(fù)荷用電、客梯用電、排污泵、生活水泵用電、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)電源、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的空調(diào)用電等為二級(jí)負(fù)荷，其他為三級(jí)負(fù)荷。
2.2 容量估算
(1) 負(fù)荷指標(biāo)的確定。目前各高校實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的確立主要依托于專業(yè)導(dǎo)師，由于其研究方向及實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的申報(bào)等因素，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目也常常發(fā)生變化，實(shí)驗(yàn)室容量也差別很大，從十幾千瓦到上百千瓦都有可能。因此如何確定實(shí)驗(yàn)室的供電容量是此類項(xiàng)目的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。容量預(yù)留過(guò)多，則前期設(shè)備投資過(guò)大，后期運(yùn)行成本過(guò)高。而容量預(yù)留過(guò)少，又容易造成后期運(yùn)行容量缺口，導(dǎo)致部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目難以運(yùn)行或?qū)崿F(xiàn)，如果申請(qǐng)?jiān)鋈荩瑢?shí)施改造，又會(huì)增加成本，影響使用。某大學(xué)校園包含辦公、教學(xué)樓、實(shí)驗(yàn)室、宿舍、食堂、體育館、圖書(shū)館等，其供電指標(biāo)為 33VA/m2 [3 ]。某生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)園其供電指標(biāo)為 100VA/m2 [4 ]。西湖大學(xué)云棲校區(qū)實(shí)驗(yàn)樓其供電指標(biāo)則從 400~2000W/m2 。工程經(jīng)與部分高校溝通確認(rèn)，初步設(shè)計(jì)階段供電負(fù)荷確定按照建筑面積 100VA/m2 指標(biāo)進(jìn)行估算。
(2) 容量計(jì)算。工程施工圖階段各類負(fù)荷統(tǒng)計(jì)計(jì)算如表 1 所示。
表1 負(fù)荷計(jì)算
工程各地塊供電指標(biāo)約為 100~150VA/m2 之間，整個(gè)項(xiàng)目供電指標(biāo)為 108VA/m2。
2.3 供電電源
工程市電變壓器總裝機(jī)容量 24100kVA。采用雙重 10KV 電源供電，電源引自 1# 地塊 110kV 市政區(qū)域變電站。當(dāng)?shù)仉姌I(yè)局規(guī)定：供電容量大于 5000kVA 時(shí)，需 設(shè) 置 開(kāi) 閉 所 。 開(kāi) 閉 所 每 路 10kV 供 電 容 量 為8100kVA，兩路 10kV 電源合計(jì) 16200kVA。因此工程在 13# 樓公寓的地下一層設(shè)置兩處開(kāi)閉所。工程按照地塊分區(qū)配電，設(shè)置 5 處 10kV 室內(nèi)變電所，分別設(shè)于 13(主供公寓)， # 11(主供 # 11#、12#)，9#(主供 8#~10#)，2(主供 # 1#~3#)，16# 公共服務(wù)中心(主供4#~7#、15#～17#)。每處變電所附近分別設(shè)置一處柴油發(fā)電機(jī)房，內(nèi)設(shè)一臺(tái)常用功率 1200(1600)kW 柴油發(fā)電機(jī)組作為備用電源。
2.4 供電系統(tǒng)
10kV 采用單母線放射式供電，10kV 配電柜采用高壓中置柜柜;變壓器低壓側(cè)采用單母線分段方式運(yùn)行;應(yīng)急(備用)母線與主母線之間設(shè)有應(yīng)急聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，當(dāng)市電失電后，操作應(yīng)急聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，起動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組，保證重要負(fù)荷用電;低壓配電系統(tǒng)采用放射式與樹(shù)干式相結(jié)合的方式。一級(jí)負(fù)荷采用雙電源末端自動(dòng)切換供電，并設(shè)機(jī)械電氣聯(lián)鎖，嚴(yán)禁應(yīng)急電源與電力系統(tǒng)并列運(yùn)行。
3、實(shí)驗(yàn)室配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
3.1 照明設(shè)計(jì)
實(shí)驗(yàn)室均采用 LED 節(jié)能日光燈，照度及功率密度值滿足 GB 50034- 2013《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的要求。燈具布置及開(kāi)關(guān)控制分別按照柱網(wǎng)單元配置，以便于后期實(shí)驗(yàn)室根據(jù)需求進(jìn)行分隔和調(diào)整。為避免互相干擾，實(shí)驗(yàn)室照明與電力單獨(dú)回路配電，分別設(shè)置配電箱。實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所均設(shè)置應(yīng)急照明，同時(shí)兼做警衛(wèi)照明。
3.2 電力設(shè)計(jì)
根據(jù)規(guī)范要求，一級(jí)負(fù)荷應(yīng)由雙重電源的兩個(gè)低壓回路在末端配電箱處切換供電，因此具有一級(jí)負(fù)荷及一級(jí)負(fù)荷中的特別重要負(fù)荷的實(shí)驗(yàn)室配電均在樓層配電間內(nèi)設(shè)置雙電源切換裝置，進(jìn)行配電。二、三級(jí)負(fù)荷則可由變電所采用電纜敷設(shè)至末端，直接配電。
(1) 由變電所至樓層配電間雙電源切換箱，可采用放射式及樹(shù)干式兩種配電方式，配電干線可選擇電纜、預(yù)分支電纜及封閉母線等多種方式。
圖 1 實(shí)驗(yàn)室配電系統(tǒng)接線原理（放射式）
圖 1 為采用電纜放射式配電方式，每層單獨(dú)配電，獨(dú)立干線，一級(jí)及一級(jí)中特別重要負(fù)荷在樓層設(shè)置雙電源切換裝置。其優(yōu)點(diǎn)是造價(jià)較低、可靠性高、各樓層后期負(fù)荷級(jí)別改造調(diào)整靈活方便。尤其是前期實(shí)驗(yàn)室負(fù)荷級(jí)別及重要性往往難以確認(rèn)，因此可以通過(guò)調(diào)整低壓配電干線的饋出母線段(普通母線段或備用母線段)，從而調(diào)整負(fù)荷的配電級(jí)別。工程 4、5 層現(xiàn)為辦公，前期按照實(shí)驗(yàn)室功能預(yù)留配電電纜，后期可以隨時(shí)改造為實(shí)驗(yàn)室使用。或者如果其他樓層需增加容量時(shí)，也可以直接利用其作為供電電源。其缺點(diǎn)是如果后期負(fù)荷增加較多，前期預(yù)留電纜及開(kāi)關(guān)容量難以滿足要求時(shí)，需重新加設(shè)電纜。
圖 2 實(shí)驗(yàn)室配電系統(tǒng)接線原理（樹(shù)干式）
圖 2 為采用預(yù)分支電纜或母線的樹(shù)干式配電方式，當(dāng)實(shí)驗(yàn)室功能確定，設(shè)備容量也相對(duì)確定時(shí)，可采用預(yù)分支電纜樹(shù)干式配電，對(duì)于一級(jí)及一級(jí)負(fù)荷中特別重要負(fù)荷采用雙重電源樹(shù)干式供電，樓層設(shè)雙電源切換箱。其優(yōu)點(diǎn)是配電回路少、配電柜數(shù)量較少、節(jié)省供配電空間、可靠性較高。其缺點(diǎn)是后期實(shí)驗(yàn)室調(diào)整余地不大，當(dāng)需要增加大容量時(shí)，需重新敷設(shè)電纜、改造系統(tǒng)，成本較高。
采用封閉母線樹(shù)干式配電，是實(shí)驗(yàn)室配電設(shè)計(jì)中較常用的配電方式，可采用兩條封閉母線，互為備用，其型式與預(yù)分支電纜樹(shù)干式配電相似，但造價(jià)較高，兩條干線可敷設(shè)至 5 層，相比預(yù)分支配電方式，每層均可設(shè)置插接箱，接線方便，便于實(shí)驗(yàn)負(fù)荷的容量調(diào)整。但樹(shù)干式配電方式，對(duì)于不同負(fù)荷級(jí)別的負(fù)荷配電調(diào)整不如放射式方便靈活。
(2) 由樓層雙電源切換箱饋出至實(shí)驗(yàn)室的配電干線，也有放射式及樹(shù)干式兩種方式。放射式可采用電纜，沿線槽敷設(shè)至各實(shí)驗(yàn)室。樹(shù)干式可采用封閉母線作為干線沿走廊明敷設(shè)，每間實(shí)驗(yàn)室前需設(shè)置插接電源箱，由插接電源箱至實(shí)驗(yàn)室仍采用電纜配電。放射式的優(yōu)點(diǎn)是配線靈活、計(jì)量管理方便。缺點(diǎn)是容量線纜固定、較難擴(kuò)展。樹(shù)干式的優(yōu)點(diǎn)是干線容量統(tǒng)一使用，具有較大的容量、便于容量調(diào)配。缺點(diǎn)是造價(jià)較高、事故面影響較大。
4、二次設(shè)計(jì)及預(yù)留技術(shù)措施
4.1 實(shí)驗(yàn)室的二次設(shè)計(jì)
(1) 結(jié)合具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，根據(jù)其對(duì)于供電可靠性的需求，設(shè)置相應(yīng) UPS 電源。
(2) 實(shí)驗(yàn)室設(shè)置明箱，便于后期二次施工時(shí)敷設(shè)線路。當(dāng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)置于實(shí)驗(yàn)室中間時(shí)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備所需的電源開(kāi)關(guān)、插座、接地端子箱等設(shè)備應(yīng)與實(shí)驗(yàn)臺(tái)的公用設(shè)施支架及管槽統(tǒng)一由二次工藝設(shè)計(jì)。
(3) 出于保密需求的紅黑電源及電磁屏蔽等措施需待二次工藝根據(jù)需要設(shè)置。
(4) 實(shí)驗(yàn)室中還需要氦氣、氬氣、壓縮空氣等氣源，可燃?xì)怏w報(bào)警系統(tǒng)需待二次工藝根據(jù)需要設(shè)置。
4.2 預(yù)留技術(shù)措施
(1) 工程在地下變電所及柴油發(fā)電機(jī)房設(shè)置附近預(yù)留空間，以便后期增容擴(kuò)展需要。
(2) 變配電系統(tǒng)預(yù)留供電裕量，變電所預(yù)留配電柜安裝空間，開(kāi)關(guān)柜預(yù)留備用回路，每層既要滿足當(dāng)前使用要求，又要兼顧未來(lái)發(fā)展需求。
(3) 每層設(shè)置單獨(dú)設(shè)置強(qiáng)、弱電間，均不小于6m2，另預(yù)留 1~2 處不小于 6m2 配電空間。(4) 4~5 層辦公樓層預(yù)留實(shí)驗(yàn)負(fù)荷干線及總配電箱，辦公室預(yù)留接地端子箱，以便于未來(lái)作為實(shí)驗(yàn)室的功能轉(zhuǎn)換。
(5) 照明配電箱預(yù)留備用回路，照明回路按照柱網(wǎng)配置燈具及插座，以便于后期實(shí)驗(yàn)室的擴(kuò)展及重新劃分。
(6) 科研建筑按具體要求，可設(shè)置實(shí)驗(yàn)室工作接地、供電電源工作接地、保護(hù)接地、靜電接地、實(shí)驗(yàn)室特殊防護(hù)接地及防雷接地。”工程采用共用接地裝置，接地電阻不大于 1Ω。另外每間實(shí)驗(yàn)室均預(yù)留等電位聯(lián)結(jié)端子箱，防靜電措施由后期實(shí)驗(yàn)工藝設(shè)計(jì)安裝。
5、結(jié)語(yǔ)
科技產(chǎn)業(yè)園類項(xiàng)目應(yīng)依據(jù)其使用功能，確定負(fù)荷等級(jí)，并以此確定供電電源。大型項(xiàng)目宜按照地塊劃分供配電系統(tǒng)，分區(qū)域配置應(yīng)急(備用)電源。實(shí)驗(yàn)室的配電方案需考慮實(shí)驗(yàn)室的負(fù)荷級(jí)別、供電容量以及未來(lái)功能的調(diào)整變化，合理確定配電方式，并應(yīng)考慮多種預(yù)留措施。當(dāng)實(shí)驗(yàn)室有明確的使用方及確定的電氣要求時(shí)，應(yīng)根據(jù)使用方的具體要求進(jìn)行配置。沒(méi)有具體要求時(shí)，應(yīng)按照一定的原則進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)計(jì)，一般用電容量可以暫按建筑面積100~150VA/m2 的指標(biāo)預(yù)留。
科技產(chǎn)業(yè)園類項(xiàng)目在全國(guó)各地不斷蓬勃興起，科技產(chǎn)業(yè)園依據(jù)各地的產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向也包含各種不同業(yè)態(tài)，具有不同功能。具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，不僅要依據(jù)規(guī)范，更要充分聽(tīng)取甲方意見(jiàn)，了解需求，不僅要滿足當(dāng)前的建設(shè)要求，更要考慮未來(lái)的發(fā)展空間和余地。因此，希望文中研究可為科技產(chǎn)業(yè)園類項(xiàng)目的配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供借鑒及參考。(作者：劉曉峰)
