科技产业园是通过科学实验、进行科技创新，转化科技成果的的重要技术平台，是当前国家产业政策引导下，不断蓬勃发展的建筑业态。该类项目的供配电系统往往存在着巨大的不确定性。文中结合某创新产业基地项目，通过对项目供配电系统的设计方案进行探讨和总结，为相关科技产业园项目的设计提供参考。
近年来，随着经济的发展，以及科学技术创新的需要，各地区科技产业园类的项目在不断兴起。地方政府依据当地的产业规划，通过政策及资金的支持，筑巢引凤，引进先进的企业或者高校，通过技术引入、人才培养、科技创新、成果转化带动地方的经济及科技的发展。
科技产业园有建筑规模大、建筑高度低，多为多层建筑的特点。使用者以企业或者高校为主，功能主要以实验及办公为主。根据科学实验等级的要求，其用电负荷等级要求较高。而产业园区的规划建设往往快速、超前，而招商周期，由于洽谈、对接、立项等则周期较长，与建设周期难以同步，因此各单体建筑具体使用者、实验项目内容、用电容量需求往往难以确定，而在后期运行过程中，实验室的划分及使用功能也往往依据需求，需要不断变更调整。
这种不确定性的特点，决定了其供配电系统既要满足使用方进行科学实验供电的容量及可靠性需求，又要留有一定裕量，同时系统的结线又要具有一定的灵活性，以满足未来发展的需要，方便未来使用功能及布局的调整。
供配电系统如何能够既满足一定的基本需求，同时又能够方便未来需求的调整，目前大家都是结合具体工程进行分析及总结，有对浙江某高校包括实验室的各类负荷指标进行了统计和研究，也有对化工类科研建筑的电气设计进行分析及研究，文中结合某创新产业孵化基地项目，就科技产业园类项目供配电系统的相关设计问题加以探讨和总结。
1、工程概况
工程总建筑面积 223000m2，共分为 5 个地块，17栋单体建筑，建筑高度不超过 24m，均为多层建筑。包括科研实验楼、公寓、科创小镇、科技展示中心等。科研实验楼包括实验室及科研办公用房。科创小镇包括商业、餐饮、体育、办公培训等功能。科技展示中心，包括展厅及库房等。地上均为 5 层，地下为 1 层。地下室均为地下车库、设备用房。工程共引入 9 所高等院校入住，主要从事电子、汽车、光学、生物医药、再生能源等实验项目的研究。1号地块为市政 110kV 区域变电站，2 号地块为公寓，3~5 号每个科研地块中均有 2~4 家高校，大部分实验室均按国家重点实验室标准建设。各科研实验楼 1~3层为实验室，4、5 层暂时为办公。国家重点实验室的数量及位置由于需要学校统一规划，目前难以确定。而且未来根据发展的需要，4、5 层办公功能也可能调整为实验室使用。
2、供电系统规划
2.1 负荷分级
科技产业园内企业及高校建设的实验室主要承担国家或省市的重要科研项目，对供配电系统的安全及可靠性具有很高要求。根据 GB 51348- 2019《民用建筑电气设计标准》，对供电连续性要求很高的国家重点实验室用电为一级负荷中的特别重要负荷，对供电连续性要求较高的国家重点实验室用电为一级负荷，对供电连续性要求较高的其他实验室用电为二级负荷。工程根据使用方的要求，工程其中一部分实验室为国家重点实验室，因此，其供电负荷等级为一级。其中实验楼、I 类汽车库等处消防设备用电、安防用电、计算机系统、值班照明、警卫照明、国家重点实验室负荷等为一级负荷;II 类汽车库、公寓、能源站等处消防负荷用电、客梯用电、排污泵、生活水泵用电、计算机系统电源、计算机系统的空调用电等为二级负荷，其他为三级负荷。
2.2 容量估算
(1) 负荷指标的确定。目前各高校实验项目的确立主要依托于专业导师，由于其研究方向及实验项目的申报等因素，实验项目也常常发生变化，实验室容量也差别很大，从十几千瓦到上百千瓦都有可能。因此如何确定实验室的供电容量是此类项目的一个关键问题。容量预留过多，则前期设备投资过大，后期运行成本过高。而容量预留过少，又容易造成后期运行容量缺口，导致部分实验项目难以运行或实现，如果申请增容，实施改造，又会增加成本，影响使用。某大学校园包含办公、教学楼、实验室、宿舍、食堂、体育馆、图书馆等，其供电指标为 33VA/m2 [3 ]。某生物医药产业园其供电指标为 100VA/m2 [4 ]。西湖大学云栖校区实验楼其供电指标则从 400~2000W/m2 。工程经与部分高校沟通确认，初步设计阶段供电负荷确定按照建筑面积 100VA/m2 指标进行估算。
(2) 容量计算。工程施工图阶段各类负荷统计计算如表 1 所示。
表1 负荷计算
工程各地块供电指标约为 100~150VA/m2 之间，整个项目供电指标为 108VA/m2。
2.3 供电电源
工程市电变压器总装机容量 24100kVA。采用双重 10KV 电源供电，电源引自 1# 地块 110kV 市政区域变电站。当地电业局规定：供电容量大于 5000kVA 时，需 设 置 开 闭 所 。 开 闭 所 每 路 10kV 供 电 容 量 为8100kVA，两路 10kV 电源合计 16200kVA。因此工程在 13# 楼公寓的地下一层设置两处开闭所。工程按照地块分区配电，设置 5 处 10kV 室内变电所，分别设于 13(主供公寓)， # 11(主供 # 11#、12#)，9#(主供 8#~10#)，2(主供 # 1#~3#)，16# 公共服务中心(主供4#~7#、15#～17#)。每处变电所附近分别设置一处柴油发电机房，内设一台常用功率 1200(1600)kW 柴油发电机组作为备用电源。
2.4 供电系统
10kV 采用单母线放射式供电，10kV 配电柜采用高压中置柜柜;变压器低压侧采用单母线分段方式运行;应急(备用)母线与主母线之间设有应急联络开关，当市电失电后，操作应急联络开关，起动柴油发电机组，保证重要负荷用电;低压配电系统采用放射式与树干式相结合的方式。一级负荷采用双电源末端自动切换供电，并设机械电气联锁，严禁应急电源与电力系统并列运行。
3、实验室配电系统的设计
3.1 照明设计
实验室均采用 LED 节能日光灯，照度及功率密度值满足 GB 50034- 2013《建筑照明设计标准》的要求。灯具布置及开关控制分别按照柱网单元配置，以便于后期实验室根据需求进行分隔和调整。为避免互相干扰，实验室照明与电力单独回路配电，分别设置配电箱。实验场所均设置应急照明，同时兼做警卫照明。
3.2 电力设计
根据规范要求，一级负荷应由双重电源的两个低压回路在末端配电箱处切换供电，因此具有一级负荷及一级负荷中的特别重要负荷的实验室配电均在楼层配电间内设置双电源切换装置，进行配电。二、三级负荷则可由变电所采用电缆敷设至末端，直接配电。
(1) 由变电所至楼层配电间双电源切换箱，可采用放射式及树干式两种配电方式，配电干线可选择电缆、预分支电缆及封闭母线等多种方式。
图 1 实验室配电系统接线原理（放射式）
图 1 为采用电缆放射式配电方式，每层单独配电，独立干线，一级及一级中特别重要负荷在楼层设置双电源切换装置。其优点是造价较低、可靠性高、各楼层后期负荷级别改造调整灵活方便。尤其是前期实验室负荷级别及重要性往往难以确认，因此可以通过调整低压配电干线的馈出母线段(普通母线段或备用母线段)，从而调整负荷的配电级别。工程 4、5 层现为办公，前期按照实验室功能预留配电电缆，后期可以随时改造为实验室使用。或者如果其他楼层需增加容量时，也可以直接利用其作为供电电源。其缺点是如果后期负荷增加较多，前期预留电缆及开关容量难以满足要求时，需重新加设电缆。
图 2 实验室配电系统接线原理（树干式）
图 2 为采用预分支电缆或母线的树干式配电方式，当实验室功能确定，设备容量也相对确定时，可采用预分支电缆树干式配电，对于一级及一级负荷中特别重要负荷采用双重电源树干式供电，楼层设双电源切换箱。其优点是配电回路少、配电柜数量较少、节省供配电空间、可靠性较高。其缺点是后期实验室调整余地不大，当需要增加大容量时，需重新敷设电缆、改造系统，成本较高。
采用封闭母线树干式配电，是实验室配电设计中较常用的配电方式，可采用两条封闭母线，互为备用，其型式与预分支电缆树干式配电相似，但造价较高，两条干线可敷设至 5 层，相比预分支配电方式，每层均可设置插接箱，接线方便，便于实验负荷的容量调整。但树干式配电方式，对于不同负荷级别的负荷配电调整不如放射式方便灵活。
(2) 由楼层双电源切换箱馈出至实验室的配电干线，也有放射式及树干式两种方式。放射式可采用电缆，沿线槽敷设至各实验室。树干式可采用封闭母线作为干线沿走廊明敷设，每间实验室前需设置插接电源箱，由插接电源箱至实验室仍采用电缆配电。放射式的优点是配线灵活、计量管理方便。缺点是容量线缆固定、较难扩展。树干式的优点是干线容量统一使用，具有较大的容量、便于容量调配。缺点是造价较高、事故面影响较大。
4、二次设计及预留技术措施
4.1 实验室的二次设计
(1) 结合具体实验项目，根据其对于供电可靠性的需求，设置相应 UPS 电源。
(2) 实验室设置明箱，便于后期二次施工时敷设线路。当实验台设置于实验室中间时，实验设备所需的电源开关、插座、接地端子箱等设备应与实验台的公用设施支架及管槽统一由二次工艺设计。
(3) 出于保密需求的红黑电源及电磁屏蔽等措施需待二次工艺根据需要设置。
(4) 实验室中还需要氦气、氩气、压缩空气等气源，可燃气体报警系统需待二次工艺根据需要设置。
4.2 预留技术措施
(1) 工程在地下变电所及柴油发电机房设置附近预留空间，以便后期增容扩展需要。
(2) 变配电系统预留供电裕量，变电所预留配电柜安装空间，开关柜预留备用回路，每层既要满足当前使用要求，又要兼顾未来发展需求。
(3) 每层设置单独设置强、弱电间，均不小于6m2，另预留 1~2 处不小于 6m2 配电空间。(4) 4~5 层办公楼层预留实验负荷干线及总配电箱，办公室预留接地端子箱，以便于未来作为实验室的功能转换。
(5) 照明配电箱预留备用回路，照明回路按照柱网配置灯具及插座，以便于后期实验室的扩展及重新划分。
(6) 科研建筑按具体要求，可设置实验室工作接地、供电电源工作接地、保护接地、静电接地、实验室特殊防护接地及防雷接地。”工程采用共用接地装置，接地电阻不大于 1Ω。另外每间实验室均预留等电位联结端子箱，防静电措施由后期实验工艺设计安装。
5、结语
科技产业园类项目应依据其使用功能，确定负荷等级，并以此确定供电电源。大型项目宜按照地块划分供配电系统，分区域配置应急(备用)电源。实验室的配电方案需考虑实验室的负荷级别、供电容量以及未来功能的调整变化，合理确定配电方式，并应考虑多种预留措施。当实验室有明确的使用方及确定的电气要求时，应根据使用方的具体要求进行配置。没有具体要求时，应按照一定的原则进行统一规划设计，一般用电容量可以暂按建筑面积100~150VA/m2 的指标预留。
科技产业园类项目在全国各地不断蓬勃兴起，科技产业园依据各地的产业发展方向也包含各种不同业态，具有不同功能。具体设计过程中，不仅要依据规范，更要充分听取甲方意见，了解需求，不仅要满足当前的建设要求，更要考虑未来的发展空间和余地。因此，希望文中研究可为科技产业园类项目的配电系统设计提供借鉴及参考。(作者：刘晓峰)
