重慶市設(shè)計(jì)院 王 捷

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超高層建筑柴油發(fā)電機(jī)組電壓選擇分析

重慶市設(shè)計(jì)院 王 捷

【摘要】通過對(duì)超高層建筑電壓質(zhì)量分析，以及不同電壓等級(jí)柴油發(fā)電機(jī)在超高層建筑中的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，總結(jié)了超高層建筑柴油發(fā)電機(jī)選擇的設(shè)計(jì)對(duì)策，以供類似超高層建筑電氣設(shè)計(jì)時(shí)參考。

【關(guān)鍵詞】超高層建筑；柴油發(fā)電機(jī)組；電壓選擇

1 超高層建筑設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)作為備用電源

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，超高層建筑越來越多，由于其建筑體量大，功能復(fù)雜，用電負(fù)荷大，供電要求高，供電距離長，為了保證消防負(fù)荷及其它重要負(fù)荷用電，除市電電源應(yīng)滿足規(guī)范要求外，還需設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)作為備用電源。

1.1 現(xiàn)行規(guī)范要求

JGJ16-2008《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》第3.2.8條規(guī)定：“一級(jí)負(fù)荷應(yīng)由兩個(gè)電源供電，當(dāng)一個(gè)電源發(fā)生故障時(shí)，另一電源不應(yīng)同時(shí)受到損壞?！?，第3.3.1條第4款規(guī)定“當(dāng)符合下列條件之一時(shí)，用電單位宜設(shè)置自備電源：

1）一級(jí)負(fù)荷中含有特別重要負(fù)荷；

2）設(shè)置自備電源比從電力系統(tǒng)取得第二電源經(jīng)濟(jì)合理或第二電源不能滿足一級(jí)負(fù)荷的要求；

3）所在地區(qū)偏僻且遠(yuǎn)離電力系統(tǒng)，設(shè)置自備電源作為主電源經(jīng)濟(jì)合理。”

1.2 備用電源方案

方案一，供電網(wǎng)絡(luò)中獨(dú)立于正常電源的專用饋電線路；方案二，獨(dú)立于正常電源的發(fā)電機(jī)組；方案三，蓄電池組。

超高層建筑一般建于城市中心，獲得兩個(gè)電源問題不大，但如果需要獲得專用的市電備用電源回路，一方面是外線投資高，另一方面在某些極端情況下市電電網(wǎng)發(fā)生大規(guī)模停電事故，專用備用電源也得不到保證，因此一般不考慮方案一。方案三，由于超高層建筑應(yīng)急負(fù)荷多，而蓄電池組供電時(shí)間有限，要保障大容量的應(yīng)急負(fù)荷長時(shí)間供電，蓄電池組的造價(jià)、占地及污染等問題難以解決，除數(shù)據(jù)中心采用蓄電池組作為備用電源外，超高層建筑不采用蓄電池組作為備用電源。最終選擇方案二，柴油發(fā)電機(jī)作為超高層建筑備用電源，主要原因如下：

1）項(xiàng)目建設(shè)方及使用管理方的特殊要求；

2）大量工程實(shí)踐證明，對(duì)于應(yīng)對(duì)市電丟失的情況，為維持正常營運(yùn)，柴油發(fā)電機(jī)組作為備用電源仍為最可靠的電源，且技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理；

3）國內(nèi)已建成的超高層建筑絕大多數(shù)都使用柴油發(fā)電機(jī)作為備用電源。

2 柴油發(fā)電機(jī)組電壓的選擇

2.1 建筑高度為 300米及以下時(shí)，應(yīng)采用低壓柴油發(fā)電機(jī)組

0.6/1k V交聯(lián)聚乙烯電力電纜最大傳輸長度可達(dá) 500米及以上；630A密集型封閉母線槽最大傳輸長度可達(dá)500米及以上，800A、1000A可 430米。通常超限高層建筑的低壓傳輸干線是由電力電纜和密集型封閉母線槽組成，綜合考慮傳輸干線長度為450米。由柴油機(jī)房或變電所至配電小間或豎井的水平距離如為150～200米，則垂直距離就為250～300米。

2.2 建筑高度為300～400米之間時(shí)，宜采用低壓柴油發(fā)電機(jī)組

當(dāng)建筑高度為300～400米之間時(shí)，根據(jù)線路電壓降的計(jì)算，在相同的電壓降下，增加電纜的截面或降低電纜的承載電流就可以增加傳輸距離。如，計(jì)算電流為600A，在選擇1000A的密集型母線槽的情況下，590米為最大傳輸距離。另外低壓柴油發(fā)電機(jī)組出口電壓可手動(dòng)調(diào)整，調(diào)整范圍一般為360～440 V,當(dāng)末端電壓降超過規(guī)范要求的限值時(shí)，可通過調(diào)整柴油發(fā)電機(jī)組出口電壓來滿足要求。

2.3 當(dāng)建筑高度400米及以上時(shí)，宜采用高壓柴油發(fā)電機(jī)組

（1）宜采用分區(qū)供電方式，低區(qū)及中區(qū)采用低壓柴油發(fā)電機(jī)組，高區(qū)采用高壓柴油發(fā)電機(jī)組。

（2）消防負(fù)荷采用高壓柴油發(fā)電機(jī)組過于復(fù)雜，可靠性降低。

如果使用高壓柴油發(fā)電機(jī)組通過變壓器供電，當(dāng)市電停電而后轉(zhuǎn)用柴油發(fā)電機(jī)發(fā)電，運(yùn)行時(shí)間達(dá)不到30秒。因此，應(yīng)盡量縮短操作時(shí)間并作如下操作:

1）對(duì)于超限高層宜在火災(zāi)初期啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組，并空載運(yùn)行熱備用；

2）柴油發(fā)電機(jī)組與市電回路設(shè)置備自投；

3）在屋面上設(shè)置低壓柴油發(fā)電機(jī)組，縮短供電半徑，提高供電質(zhì)量。但需解決好油路、建筑防火以及機(jī)組震動(dòng)等問題，由于荷載增加，基礎(chǔ)到梁板柱均要加強(qiáng)，土建造價(jià)增加，總投資可能會(huì)大于采用高壓柴油發(fā)電機(jī)。低壓柴油發(fā)電機(jī)組上樓設(shè)置，現(xiàn)行規(guī)范沒有明確規(guī)定，因此應(yīng)征得當(dāng)?shù)叵啦块T的同意和批準(zhǔn)。

3 工程案例

3.1 工程概況

重慶某超高層建筑，總建筑面積約21萬平方米，建筑主體高度約339米，地下5層，地上78層（其中裙樓9層，塔樓69層），主要功能為車庫、商業(yè)、辦公等，避難層設(shè)在9、25、39、59層, -5～9層為低區(qū)；10～39層為中區(qū)；40～78層為高區(qū)。

3.2 負(fù)荷等級(jí)

一級(jí)負(fù)荷：電信及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)電源、消防設(shè)備用電（消防控制室、消防電梯、消防水泵、送排煙風(fēng)機(jī)等）、安全防范系統(tǒng)、應(yīng)急照明及疏散指示、 公共走道、客梯、生活泵等。

二級(jí)負(fù)荷：扶梯、廚房動(dòng)力、裙房商業(yè)空調(diào)用電等。三級(jí)負(fù)荷：一般照明用電、辦公空調(diào)用電等。

3.3 變電所設(shè)置

結(jié)合建筑布局及負(fù)荷分配情況，本工程共設(shè)置一個(gè)10 kV 高壓配電所，9個(gè)10/0.4 kV變電所，其中1～3號(hào)變電所設(shè)在地下層供裙房用電，4～9號(hào)變電所設(shè)在避難層供塔樓用電，變壓器總安裝容量為17400 kVA。

3.4 自備柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)

3.4.1 柴油發(fā)電機(jī)組電壓選擇

為了保證一級(jí)負(fù)荷以及重要負(fù)荷的雙電源供電，該工程采用兩路10 kV電源作主電源，在負(fù)一層設(shè)置二套常用容量為1000 kW 的低壓柴油發(fā)電機(jī)組作為一級(jí)負(fù)荷以及重要負(fù)荷的備用電源，1號(hào)柴油發(fā)電機(jī)為低區(qū)及中區(qū)備用電源，2號(hào)柴油發(fā)電機(jī)為高區(qū)備用電源。

3.4.2 線路末端電壓

低區(qū) -5～9層供電距離約150米，中區(qū)10～39層供電距離約150～230米，分別對(duì)低區(qū)及中區(qū)末端線路電壓進(jìn)行計(jì)算，采用低壓柴油發(fā)電機(jī)，完全能滿足末端線路電壓降的要求。高區(qū)40～78層供電距離約230～400米，通過對(duì)高區(qū)末端線路電壓進(jìn)行計(jì)算，需要采取下列措施才能滿足末端線路電壓降的要求：

1）適當(dāng)提高低壓柴油發(fā)電機(jī)出口電壓；

2）增大高區(qū)用電回路出線電纜或母線規(guī)格。

4 結(jié)束語

超高層建筑柴油發(fā)電機(jī)組電壓等級(jí)的選擇，應(yīng)根據(jù)每個(gè)工程的實(shí)際情況，進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，除了需要滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求外，還要滿足項(xiàng)目建設(shè)方及使用管理方的特殊要求。

參考文獻(xiàn)

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