超高层建筑柴油发电机方案设计Word下载.docx
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2应急柴油发电机的选择依据及供电范围
根据《供配电系统设计规范》(50052-1995),《高层民用建筑设计防火规范》(50045-1995)(2005年版)及《民用建筑电气设计规范》(16-2008)中对电力负荷等级的规定,“一级负荷应由两个电源供电;
当一个电源发生故障时,另一个电源不应同时受到损坏。
”“一级负荷中特别重要的负荷,除由两个电源供电外,尚应增设应急电源,并严禁将其他负荷接入应急供电系统。
”
以下为本项目的一级负荷(其中包含特别重要负荷):
1)本项目中的消防用电一级负荷:
消防水泵,消防风机,消防电梯,火灾疏散电梯,火灾自动报警系统,漏电火灾报警系统,自动灭火系统,电动防火卷帘(门、阀),应急照明,避难层照明等。
2)本项目中的非消防用电一级负荷:
安防系统,重要弱电机房,大厦调度中心,物业管理系统,通讯设施,航空障碍灯,地下室潜污泵,生活水泵,擦窗机,部分区域的公共照明,部分客梯,部分新风系统等设备用电。
3)本项目中的重要商户保障用电:
金融机构、交易所电子设备,商业、办公的必保负荷,如珠宝展示区安保照明,贵宾房照明,多功能厅设备,业务电脑,后备空调机组等。
本项目为地标性的超高层建筑,除了必须保证消防设备的可靠供电,还需要充分考虑对大厦的众多特别重要负荷的运行保证,如安保系统用电,智能化系统设备,部分超高速电梯用电等。
因此,除采用双电源回路市电供电外,单独设置作为应急的第三电源,对于保障大厦的安全、稳定运营是很有必要的。
规范中指出,可以作为应急电源的有:
1)供电网络中独立于正常电源的专用馈电线路;
2)独立于正常电源的发电机组;
3)蓄电池。
对于上述1)中的独立专用馈电线路,一般须由当地供电局根据项目情况审批并由业主全额投资,而在正常电源出现故障时,需要手动切换至该独立电源,操作上的技术要求较高,因为目前供电部门一般不允
许用户在高压侧使用自动投切。
对于上述3)中的蓄电池,目前较为普遍的是采用带蓄电池的应急电源设备()。
这种方式适合于允许中断供电时间为毫秒级的供电对象。
但其缺点很明显:
投资大,运行维护成本高,尤其是蓄电池需要定时检查和更换,因此不适合用于大功率设备(10以上)。
故此,应用独立于正常电源的柴油发电机组,是目前超高层建筑解决应急电源的最常用方案。
其优点比较明显:
可以在较短时间内自启动并且自动投入到供电母线,运行稳定可靠,供电时间可满足现时大多数的市电停电时长,投资相对合理,维护管理方便。
3项目本身对于柴油发电机房的限制因素
考虑到本项目是塔楼屋面高达538米,一级负荷比重很大而且比较分散,应急柴油发电机的服务范围将贯穿于地下室至塔楼屋面。
若从供电距离、电压降、线路损耗这几个方面考虑,应该是在塔楼的若干设备层分散设置柴油机组,这样可以使应急电源更接近于各个负荷中心。
然而超高层写字楼本身的特点,决定了对设备的垂直运输有很大程度的限制。
若柴油发电机房于地下室集中设置,一则可避免占用商业价值极
高的地上面积,二则便于消防及运营管理,而且形成相对独立的“污染区域”,也利于通风、排烟、减振、供油等系统设计。
4柴油发电机容量的选择
根据过往超高层建筑的设计经验,以及参照国内众多知名的项目案例。
在方案阶段,本项目应急柴油发电机拟按照变压器的总安装容量之20%考虑,即56400×
2011280,选用六台连续容量为2000的低压柴油发电机组。
在这里需要说明的是,部分未来租户
区的备用电源,基于其商业方面的各项不定因素,不在本次设计范围内,仅在地下二层预留两至三个备用发电机位置,并在电气竖井中预留电缆走向通道。
根据业主的商业顾问提供的开发建议书“应为业主与租客基本的发电机提供24小时贮油”。
单台2000的柴油机组带100%负荷时的耗油量约为420(实际运行不会大于此值),则六台机组连续24小时额定工作时的耗油总量应为6×
24×
420/1000=60.5立方。
若按
照0.85的油量充满系数计算,则需要的储油罐总容积为60.5/0.85=71立方。
结合本项目的具体情况,室外油罐的布置方案将由建筑专业与消防顾问确定。
5平安项目柴油发电机形式的选择
5.1机组设计的考虑要点
与市电供电回路不同,应急柴油机供电回路由于其只作为市电故障时的临时保障方式,使用的机会和频率相对于常规市电电源而言是非常低的,因此其线路损耗不是首要考虑的重点;
相反,若纯粹为补救这些微小的线路损耗而增大线路截面,实际上是与经济、环保设计背道而驰。
对于柴油发电机组的设计,除了安全性、可靠性、初期投资、后期维护等这些基本要素外,更是结合项目本身的特点作针对性的分析。
经
初步计算,供电半径小于150米的低压配电线路,根据计算电流配合选择电缆截面,则其干线末端电压降不会大于2%,不仅符合国家规范规定值,更是满足认证体系标准当中关于对电压降的要求(8.4.1.1条文规定“支流导线粗细应适用于设计荷载2%的最大电压下降”。
本项目自地下二层至塔楼屋顶垂直距离接近600米,如此超长的供电距离,如何有效的解决长距离线路电压损失(电压降)问题,成为本设计的重要关注点。
5.2干线电压降分析
经初步计算,若从地下二层发电机房以低压干线电缆直供电至塔楼中间层(干线段长度约为330米),在电缆截面不作加大的前提下,干线的电压降达到了4.4%,至塔楼屋顶(干线段长度约为650米)则达到了8.8%;
若对应计算电流将电缆截面加大一级,则上述的电压降值分别为3.8%和7.6%;
即使电缆截面再加大至两级,上述的电压降值也分别达到3.2%和6.4%。
由此可见,如果只是单纯通过加大电缆截面来降低电阻值,从而试图减低线路电压损失,对于如此长度的电缆,是很难有效实现的。
而当采用10交联聚乙烯绝缘电力电缆作为干线时,我们发现上述的两个电压降值仅为0.2%和0.4%。
很明显,采用高压传输时,线路电压损失得到了很好的抑制。
对此,柴油发电机组的形式可以从以下几个方案的作可行性分析。
5.3机组形式的选择方案
方案一,集中设置于地下二层主变电所附近,采用380V低压线路短、长程直供。
优点是系统简单,初期投资低,安装、环保、供油、维护管理等各方面都相对方便。
然而对与本项目而言,长距离的低压传输,电压降显然无法满足要求。
方案二,机组分散设置于地下二层和塔楼的几个设备层,采用380V低压线路短程直供。
优点是由于机组尽量分别靠近各区负荷中心,供电距离较小,可有效的降低线路电压降;
但其缺点也很明显,塔楼设备层能够提供的运输、安装、维护、供油、消防等各方面条件都有很多限制。
方案三,400V低压柴油发电机通过升、降压传输的方式,也就是低压柴油发电机组设置于地下二层,出口400V电压经过机组设于就近的专用变压器升压至10,采用10高压电缆分别传输到塔楼上的若干设备层,经过专用变压器降压至400V,向各负荷区供电。
其优点是由于干线电流采用高压传输,容易满足线路电压降的要求,机组集中在地下室设置,便于消防控制、运输、安装、供油及管理。
缺点就是需要增加高压变压设备、线路,对塔楼设备房的面积要求会更高。
方案四,10(6)高压柴油发电机组设置于地下二层,出口端直接通过10高压电缆分别传输到塔楼上的若干设备层,再由专用变压器降压至400V,向各负荷区供电。
其优点和方案三相似,缺点是高压机组本身成本就比相同容量低压机组高很多(一般为30%~50%),而且高压机组的保护比较复杂,国内可选择的厂商相对少很多,在国内民用建筑的应用案例也极少,使用、维护的成熟度不高。
5.4项目方案的构成
从以上几个方案的分析可以看出,不同的供电距离直接决定着柴油发电机组的形式,所以,下述两种形式的组合,可以构成本项目柴油发电机的设计方案:
1)对于低压配电供电半径不大于150米的部分,直接采用低压输出发电机组的方式,可以满足电压降要求,同时亦可节省一部分高压投资。
2)对于低压配电供电半径不大于150米的部分,我们以同一进口品牌2000的柴油机为例去作投资比较:
方案一为一台10的高压机组+一台2000的10/0.4降压变压器;
方案二则为一台400V的低压机组+一台2000的0.4/10升压变压器+两台
10高压开关柜+一台2000的10/0.4降压变压器。
从设备投资而言,前者比后者高出约25%(因对于水平段、垂直段,两者均为相同长度的10高压电缆,故不作对比)。
后者的投资相对更低,据了解,目前国内应用于民用建筑的10柴油发电机案例很少,加上能够提供该电压等级产品技术的柴油机厂家也相对较少,而且,高压柴油机的日常维护对于操作人员的技术能力要求更高,其优缺点不言而喻。
由附表1可以看出,柴油发电机房选址可紧密结合变配电所的位
置考虑。
本项目将低压柴油发电机组集中设置在地下二层,通过专用升压变压器升压至10,并采用10高压电缆分别传输到39F(5#变配电所),68F(7#变配电所),97F(9#变配电所),然后通过上述各
个变配电所的专用降压变压器降压至400V,以低压形式向就近的应急负荷配电。
6结论
综合上述的技术、经济指标分析,超高层商业办公综合体不同于政府功能性建筑,也不是纯粹的城市形象工程。
其应急电源系统的设计,除了要以安全性、可靠性为基本要求,同时还应该结合建筑本身的定位和特点,考虑其运行的灵活性,以及业主投资、运营的经济性。
当然,在项目的施工图设计阶段,需要对各种应急、备用负荷进行具体、详尽的统计和计算,才能最终确定柴油发电机的容量。
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