施 潘

(深圳市華陽國際工程設(shè)計(jì)股份有限公司,廣東 深圳 518000)

0 引言

柴油發(fā)電機(jī)作為應(yīng)急電源被各類項(xiàng)目普遍使用,在探索項(xiàng)目是否需要設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)和設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)臺數(shù)的路徑上,成本因素逐漸增加比重,特別是對于商業(yè)建筑,因其較大的建設(shè)成本和成本回收周期以及其不穩(wěn)定的經(jīng)營收益情況,是否可以不設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)或者設(shè)置幾處發(fā)電機(jī)房不僅是規(guī)范、使用需求問題,也逐步成為建設(shè)成本考慮的一個(gè)決策點(diǎn)[1-5]。

柴油發(fā)電機(jī)的選擇首先需要滿足項(xiàng)目中對于供電電源選擇的要求,其次需要考慮成本因素。本文結(jié)合某大型商業(yè)建筑項(xiàng)目,探討了大型商業(yè)建筑柴油發(fā)電機(jī)設(shè)置。

1 工程概況

某工程項(xiàng)目占地面積約3萬m2,總建筑面積15萬m2,其中地下室面積5萬m2,裙房面積10萬m2,地下2層,地上4層;-1F為車庫、商業(yè)、設(shè)備房,-2F為人防車庫,地上4層為商業(yè),建筑高度為24.0 m。

2 判定是否需要設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)

2.1 建筑類別的判定

根據(jù)JGJ 48—2014《商店建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》[6]中第1.0.4條規(guī)定,該項(xiàng)目為大型商業(yè)建筑。根據(jù)GB 50016—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中第5.1.1條規(guī)定,該項(xiàng)目為多層民用建筑。

2.2 負(fù)荷分級

根據(jù)JGJ 48—2014《商店建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》第3.3.2條的規(guī)定:經(jīng)營管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)用電為一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷;客梯、公共安全系統(tǒng)、信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、電子信息設(shè)備機(jī)房用電、走道照明、應(yīng)急照明、值班照明、警衛(wèi)照明為一級負(fù)荷;自動(dòng)扶梯、貨梯、經(jīng)營用冷凍及冷藏系統(tǒng)、空調(diào)為二級負(fù)荷。

根據(jù)GB 50016—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(2018年版)中第10.1.2條規(guī)定,該項(xiàng)目消防負(fù)荷為二級負(fù)荷。

根據(jù)《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊》(第4版)2.1.2.(3)中的建議:當(dāng)建筑物另有更高級別的負(fù)荷時(shí),消防負(fù)荷宜視為與之同級。

負(fù)荷分級如表1所示。該項(xiàng)目一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷主要為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)用電,系統(tǒng)用電特征可靠性較高,容量相對較小。柴油發(fā)電機(jī)不能滿足電源切換時(shí)間要求,因而應(yīng)急電源采用不間斷電源(UPS)供電。因此,該項(xiàng)目一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷可以不考慮由柴油發(fā)電機(jī)供電。

表1 負(fù)荷分級

2.3 電源選擇

GB 51348—2019《民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》[7]中第3.2.8條及其條文解釋的要求:“一級負(fù)荷應(yīng)由雙重電源供電,當(dāng)一個(gè)電源發(fā)生故障時(shí),另一個(gè)電源不應(yīng)同時(shí)受到損壞。”《南方電網(wǎng)10 kV及以下業(yè)擴(kuò)受電工程技術(shù)導(dǎo)則(2018版)》[8]第6.3.3條供電電源要求“一級負(fù)荷的供電電源應(yīng)負(fù)荷下列規(guī)定:一級負(fù)荷應(yīng)由雙電源供電,當(dāng)一路電源發(fā)生故障時(shí),另一路電源不應(yīng)同時(shí)受損壞”以及第3.10條雙電源的定義:“由2個(gè)獨(dú)立的供電線路向同一用電負(fù)荷實(shí)施的供電。這兩條供電線路是由兩個(gè)電源供電,即由來自2個(gè)不同的變電站或來自具有兩回及以上進(jìn)線的同一變電站內(nèi)不同電源進(jìn)線的兩段母線分別提供電源?！?/p>

2.4 市政條件

110 kV變配電站(三棟站)距離項(xiàng)目9 km,110 kV變配電站(體育館站)距離項(xiàng)目3 km,項(xiàng)目位置示意圖如圖1所示;并且體育館站自上級電站接入的電源回路為兩回路及以上。

圖1 項(xiàng)目位置示意圖

2.5 方案對比

方案一:2個(gè)獨(dú)立110 kV變配電站(體育館站,三棟站)各引入一路電源,無柴油發(fā)電機(jī)。

方案二:2個(gè)獨(dú)立110 kV變配電站(體育館站,三棟站)各引入一路電源,設(shè)柴油發(fā)電機(jī)。

方案三:110 kV變配電站(體育館站)引入兩路獨(dú)立電源供電線路,無柴油發(fā)電機(jī)(變電站內(nèi)不同電源進(jìn)線的兩段母線分別提供電源)。

方案四:110 kV變配電站(體育館站)引入兩路電源供電線路,設(shè)柴油發(fā)電機(jī)。

根據(jù)供電咨詢,每電路供電外線價(jià)格為70萬元/km;柴油發(fā)電機(jī)選型為1 600 kW,柴油發(fā)電機(jī)價(jià)格為190萬元,柴油發(fā)電機(jī)面積約為100 m2。部分成本分析如表2所示。

表2 部分成本分析

柴油發(fā)電機(jī)房價(jià)值:當(dāng)不設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)房時(shí),節(jié)省的面積按照2個(gè)車位進(jìn)行估算,每個(gè)車位價(jià)值15萬元,得出總價(jià)為30萬元。

根據(jù)《南方電網(wǎng)10 kV及以下業(yè)擴(kuò)受電工程技術(shù)導(dǎo)則(2018版)》對于雙電源的要求,方案三滿足一級負(fù)荷供電要求,但GB 51348—2019《民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》未做此類說明,在與審圖單位以及建設(shè)單位溝通之后,不選方案三為最終方案。

在考慮政策和部分直接成本的前提下,優(yōu)先選擇方案一或方案四,對于電纜/母線、配電柜等成本在分析階段還未體現(xiàn),根據(jù)配電系統(tǒng)分析,可得出此部分成本。

3 柴油發(fā)電機(jī)設(shè)置臺數(shù)對比分析

3.1 柴油發(fā)電機(jī)負(fù)荷估算

該項(xiàng)目建筑平面占地約為3萬m2,呈長條形,在考慮供配電系統(tǒng)時(shí),變配電房按照左右分區(qū)進(jìn)行考慮,可以有效地減少供電距離,則柴油發(fā)電機(jī)設(shè)置是否也考慮按照左右分區(qū),并且與變配電房匹配,對比分析設(shè)置一處發(fā)電機(jī)房和兩處發(fā)電機(jī)房的優(yōu)劣。

根據(jù)GB 51348—2019《民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中第3.5.4條及其條文解釋和第3.5.5條的要求,對該項(xiàng)目柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)行復(fù)核估算。兩處、一處發(fā)電機(jī)房方案中柴油發(fā)電機(jī)負(fù)荷計(jì)算分別如表3、表4所示。

表3 兩處發(fā)電機(jī)房方案中柴油發(fā)電機(jī)負(fù)荷計(jì)算

表4 一處發(fā)電機(jī)房方案中柴油發(fā)電機(jī)負(fù)荷計(jì)算

該項(xiàng)目停電狀態(tài)下柴油發(fā)電機(jī)需要負(fù)擔(dān)的重要負(fù)荷主要包括以下幾種一級負(fù)荷:44 kW生活水泵用電、60 kW網(wǎng)絡(luò)機(jī)房用電、50 kW消防控制室用電、10臺15 kW客梯用電,共計(jì)為304 kW,其余二級負(fù)荷可不計(jì)入柴油發(fā)電機(jī)容量,電網(wǎng)提供的電源可滿足二級負(fù)荷的要求。

建筑物消防用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷,按照共用的消防用電設(shè)備(如消防水泵、消防電梯及消防控制室等用電)、發(fā)生火災(zāi)的防火分區(qū)內(nèi)的消防用電設(shè)備以及與其關(guān)聯(lián)的防火分區(qū)消防用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷之和確定。

對比其他著火點(diǎn),某一層中庭著火時(shí),建筑消防用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷為最大值。中庭與本層其他所有防火分區(qū)均相鄰,而且中庭無獨(dú)立的疏散樓梯,均是借用相鄰防火分區(qū)的疏散樓梯作為疏散使用,因而在考慮火災(zāi)狀態(tài)下,假設(shè)1F中庭著火時(shí),除1F中庭防火分區(qū)外,同層其他防火分區(qū)的排風(fēng)風(fēng)機(jī)、樓梯加壓風(fēng)機(jī)、應(yīng)急照明均可作為與其關(guān)聯(lián)的防火分區(qū)消防用電設(shè)備考慮。由于暖通排煙和加壓送風(fēng)均為垂直設(shè)計(jì),不同樓層同一位置的防火分區(qū)著火,均會(huì)啟動(dòng)設(shè)置在屋頂?shù)呐艧燂L(fēng)機(jī)和加壓送風(fēng)機(jī),因此任一樓層中庭著火,裙房排煙風(fēng)機(jī)和加壓送風(fēng)機(jī)均會(huì)啟動(dòng)。

另外,對于項(xiàng)目的應(yīng)急照明,火災(zāi)發(fā)生后消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)控制所有消防應(yīng)急照明和標(biāo)志燈具立即轉(zhuǎn)入應(yīng)急工作狀態(tài)?；馂?zāi)時(shí)不中斷供電的非消防負(fù)荷主要包括生活水泵用電、網(wǎng)絡(luò)機(jī)房用電。

選型結(jié)果:方案一分設(shè)兩處柴油發(fā)電機(jī)房,其中一臺常載1 000 kW和一臺常載1 200 kW柴油發(fā)電機(jī),分別設(shè)在項(xiàng)目的左、右分區(qū),方案二設(shè)置一處柴油發(fā)電機(jī)房,采用一臺1 600 kW柴油發(fā)電機(jī)。

根據(jù)GB 51348—2019《民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》第 6.1.3.8條規(guī)定:“柴油發(fā)電機(jī)組的單機(jī)容量,額定電壓為3～10 kV時(shí)不宜超過2 400 kW,額定電壓為1 kV以下時(shí)不宜超過1 600 kW?！痹擁?xiàng)目計(jì)算未超過1 600 kW,因此方案一和方案二在規(guī)范上都可行。

3.2 柴油發(fā)電機(jī)的平面設(shè)置

柴油發(fā)電機(jī)房布置如圖2所示。方案一中柴油發(fā)電機(jī)房出線線纜至對應(yīng)變配電房距離分別為20 m和60 m;方案二中柴油發(fā)電機(jī)房出線線纜至各變配電房距離分別為20 m和220 m。

圖2 柴油發(fā)電機(jī)房布置

3.3 柴油發(fā)電機(jī)供電電壓降分析

分別計(jì)算柴油發(fā)電機(jī)房至低壓配電房雙電源切換柜的壓降。柴油發(fā)電機(jī)供電電壓降如表5所示。發(fā)電機(jī)房輸出電壓設(shè)置為400 V,供電至2號變壓器時(shí)電壓降小于5%,在不對末端用電設(shè)備位置考慮的前提下可滿足電壓要求。1號,2號變壓器至末端用電設(shè)置距離超過200 m時(shí),仍需電壓降計(jì)算,此部分不在考慮范圍內(nèi)。

表5 柴油發(fā)電機(jī)供電電壓降

3.4 經(jīng)濟(jì)性分析

柴油發(fā)電機(jī)設(shè)置成本主要考慮設(shè)備成本、出線電纜/母線成本、配電柜成本、機(jī)房工程成本及柴油發(fā)電機(jī)機(jī)房價(jià)值成本,其中柴油發(fā)電機(jī)機(jī)房價(jià)值成本按照項(xiàng)目實(shí)際布置等價(jià)為4個(gè)車位,按照項(xiàng)目定位每個(gè)車位按照15萬元考慮。方案一、方案二成本計(jì)算結(jié)果分別如表6、表7所示。

表6 方案一成本計(jì)算結(jié)果

表7 方案二成本計(jì)算結(jié)果

根據(jù)成本分析,設(shè)置一處發(fā)電機(jī)房比設(shè)置兩處發(fā)電機(jī)房更具有成本優(yōu)勢。由表2和表7可見,110 kV變配電站(體育站)引入兩路電源供電線路,并且設(shè)置一處柴油發(fā)電機(jī)最經(jīng)濟(jì)。

4 結(jié) 語

大型商業(yè)建筑柴油發(fā)電機(jī)設(shè)置方案選擇主要考慮政策法規(guī)和成本兩個(gè)因素。對于同類項(xiàng)目,由于其設(shè)計(jì)初始條件、政策法規(guī)因素、產(chǎn)品選擇的差異,選擇方案也會(huì)大相徑庭。