王 斌

(華東建筑設(shè)計研究院有限公司, 上海 200002)

0 引 言

近年來,隨著我國建筑業(yè)的飛速發(fā)展,建筑面積25萬m2以上的大型商業(yè)綜合體建筑、250 m以上的超高層民用建筑已很常見。此類建筑火災(zāi)危險性大,人員疏散及消防撲救困難,消防要求非常嚴格。建筑物內(nèi)的消防設(shè)備,作為火災(zāi)發(fā)生時能快速響應(yīng)的自救設(shè)施,為保證其火災(zāi)時的正常運行,其供電可靠性顯得尤為重要,設(shè)計中通常會設(shè)置自備柴油發(fā)電機作為消防設(shè)備的備用電源[1]。目前,我國常見的柴油發(fā)電機額定輸出電壓有0.4 kV和10 kV兩種,而不同類型建筑中選用何種電壓等級的柴油發(fā)電機,國家相關(guān)規(guī)范尚未做出明確規(guī)定。

本文通過多年來的項目經(jīng)驗總結(jié),對中低壓柴油發(fā)電機選用做了一些總結(jié),以期為電氣設(shè)計人員提供參考。

1 柴油發(fā)電機選用分析

1.1 供電系統(tǒng)主接線分析

0.4 kV柴油發(fā)電機與市電組成的供電系統(tǒng)比較常見,接線示意圖一如圖1所示。

圖1 接線示意圖一

圖1中,0.4 kV柴油發(fā)電機在0.4 kV側(cè)與市電進行電源切換,系統(tǒng)接線簡單,操作方便,系統(tǒng)可靠性高。

10 kV柴油發(fā)電機與市電組成的供電系統(tǒng)有兩種接線形式,接線示意圖二和接線示意圖三如圖2、圖3所示。

圖2中,10 kV柴油發(fā)電機在10 kV側(cè)與市電進行電源切換,與市電共用變壓器,具有如下特點。

圖2 接線示意圖二

圖3 接線示意圖三

(1) 未設(shè)置專用變壓器,變電所面積較小。

(2) 應(yīng)急系統(tǒng)的變壓器平時正常運行,降低應(yīng)急狀態(tài)變壓器故障的可能性,可靠性較高。

(3) 系統(tǒng)接線復雜,操作復雜,對維護人員要求高。

(4) 發(fā)電機容量無法滿足終端變壓器所有負載,因此發(fā)電機投入時需要切除非應(yīng)急負荷。

圖3中,采用10 kV柴油發(fā)電機,設(shè)置專用變壓器,在0.4 kV側(cè)與市電進行電源切換,具有如下特點:

(1) 系統(tǒng)接線簡單,操作方便。

(2) 電源在0.4 kV側(cè)切換,發(fā)電機投入時無需切除負荷。

(3) 設(shè)置專用變壓器,變電所面積增大。

(4) 專用變壓器平時不用,對運維要求很高。

(5) 專用變壓器故障率增加,系統(tǒng)的可靠性降低。

1.2 起動時間分析

JGJ 16—2008《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定,當市電中斷供電時柴油發(fā)電機組應(yīng)能自動起動,并應(yīng)在30 s內(nèi)向負荷供電。低壓柴油發(fā)電機能夠滿足此要求,而當采用10 kV中壓柴油發(fā)電機,通過變壓器降壓向負載供電,操作時間難以滿足30 s內(nèi)向負荷供電的要求。上海市地方標準《民用建筑電氣防火設(shè)計規(guī)程》[2]中要求,中壓發(fā)電機組從起動到向其正常供電的時間不應(yīng)大于60 s。

1.3 電壓降分析

文獻[3]中要求低壓供電半徑一般不宜超過250 m。在超大型項目設(shè)計中,電壓降是選擇柴油發(fā)電機電壓等級的一個重要因素。按低壓柴油發(fā)電機出口端電壓0.4 kV計,0.4 kV單芯礦物絕緣電纜水平排列的電壓降(cosφ=0.8)如表1所示,0.4 kV三相緊密式母線槽的電壓降如表2所示。

表1 0.4 kV單芯礦物絕緣電纜水平排列的電壓降

由表1、表2可見,當供電距離在300 m以內(nèi)時,主干線路壓降<10%,可滿足供配電系統(tǒng)末端電壓380 V±5%的要求;當供電距離>400 m時,主干線路的壓降>10%。因此,在實際工程中,當柴油發(fā)電機供電傳輸距離在300 m以內(nèi)時,均可采用低壓柴油發(fā)電機;當供電傳輸距離>400 m時,應(yīng)采用中壓柴油發(fā)電機。上海市地方標準DGJ 08-2048—2016中對柴油發(fā)電機的電壓選擇做出如下規(guī)定:當柴油發(fā)電機供電傳輸距離>250 m時宜選用中壓柴油發(fā)電機,當供電傳輸距離>400 m時應(yīng)選用中壓柴油發(fā)電機。

表2 0.4 kV三相緊密式母線槽的電壓降

1.4 初投資分析

對于相同裝機容量的1 250 kVA柴油發(fā)電機,主干線采用母線槽,供電距離為300 m,估算價格比較如表3所示。

表3 估算價格比較

注：不同品牌、不同時期價格存在差異;僅考慮設(shè)備的造價。

對于占地面積大的大型商業(yè)綜合體建筑,集中設(shè)置中壓柴油發(fā)電機裝機容量應(yīng)該小于分散設(shè)置的多個低壓柴油發(fā)電機的總裝機容量(僅考慮一個著火點情況,根據(jù)不同項目具體計算)。從表3可見,中、低壓發(fā)電機組價格相差不大,主要差價在于供電線路。因此,對于長距離供電方式,采用低壓機組的設(shè)備初投資費用較高[4]。

1.5 根據(jù)市政電壓分析

目前,我國各省市的市政電壓不完全相同,民用建筑通常為35 kV、20 kV和10 kV。當市政電壓為35 kV(35 kV可以降至10 kV)或10 kV時,柴油發(fā)電機的選擇可不考慮市政電壓的影響,采用10 kV或0.4 kV均可。而當市政電壓為20 kV時,柴油發(fā)電機宜優(yōu)先選擇額定電壓為0.4 kV機組。如果選擇采用10 kV柴油發(fā)電機,由于其輸出電壓與市政電壓不同,無法共用變壓器,則需設(shè)置專用的應(yīng)急變壓器,而該變壓器長期處于停用狀態(tài)。根據(jù)相關(guān)要求,變壓器停運滿1個月,在恢復送電前應(yīng)測量絕緣電阻,合格者方可投入運行;擱置或停運6個月以上的變壓器,投入前應(yīng)做絕緣電阻和絕緣油耐壓試驗。因此,設(shè)置專用應(yīng)急變壓器給今后運行維護增加諸多麻煩,應(yīng)急供電系統(tǒng)的可靠性隨之降低。

1.6 其他因素

在實際工程設(shè)計中,柴油發(fā)電機組的選擇除考慮自身專業(yè)的要求外,還受到其他相關(guān)專業(yè)的影響。

(1) 根據(jù)規(guī)范要求,民用建筑內(nèi)的柴油發(fā)電機房不應(yīng)布置在人員密集場所的上一層、下一層或貼鄰。因此,實際工程中,當受建筑功能影響,分散設(shè)置的低壓柴油發(fā)電機房無法避開人員密集場所時,在綜合分析經(jīng)濟、效益合理的情況下,可考慮集中設(shè)置高壓柴油發(fā)電機。

(2) 建筑師通常對建筑物的立面效果要求很高,對于會影響建筑物立面的機電設(shè)施在設(shè)計中往往會遮擋起來,而煙囪是最難處理的部分,且煙囪位置受排放高度、風向等因素的影響。在占地面積很大的工程中,如果分區(qū)設(shè)置低壓柴油發(fā)電機的煙囪影響建筑效果時,也可考慮設(shè)置高壓柴油發(fā)電機。

2 綜合分析對比

通過以上分析,中低壓柴油發(fā)電機選用綜合比較如表4所示。

表4 中低壓柴油發(fā)電機選用綜合比較

3 案例分析

實際項目比較分析如表5所示。

4 結(jié) 語

低壓柴油發(fā)電機與中壓柴油發(fā)電機相比,有較多的優(yōu)勢,與正常電源組成的應(yīng)急供電系統(tǒng)相對成熟、可靠,后期運行維護簡單。因此,在實際工程設(shè)計中技術(shù)可行的前提下,可優(yōu)先考慮選用低壓柴油發(fā)電機,同時應(yīng)根據(jù)不同的工程特點,通過綜合分析比較,確定適合項目特點、滿足項目要求的柴油機組。

表5 實際項目比較分析

[1]中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計研究院.工業(yè)與民用供配電設(shè)計手冊[M].4版.北京:中國電力出版社,2016.

[2]民用建筑電氣防火設(shè)計規(guī)程:DGJ08-2048—2016[S].

[3]住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部工程質(zhì)量安全監(jiān)管司,中國建筑標準設(shè)計研究院.全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施[M].北京:中國計劃出版社出版,2009.

[4]王金元.《超限高層建筑中柴油發(fā)電機組電壓等級的選擇》技術(shù)研討會總結(jié)[J].智能建筑電氣技術(shù),2011,5(4):6-8.