《超限高層建筑中柴油發電機組電壓等級的選擇》技術研討會總結

王金元 （中國建筑東北設計研究院有限公司，遼寧 沈陽 110003）

超限高層建筑中柴油發電機組電壓等級的選擇，在國家電氣設計規范中尚屬空白，設計無據可依。此類問題需深入探討，力求在行業內達成共識。因此，中國建筑學會建筑電氣分會在2010年年會上提出下列3項議題，與會的理事對議題進行了充分研討，并有43名理事投票表達了自己觀點，現整理總結如下：

議題1： 建筑高度為300m及以下時，應采用低壓柴油發電機組。

1） 如果超限高層建筑內有大型數據中心，機房裝機容量為每平米800kW～1500kW之間，容量很大。當采用低壓柴油發電機組不能滿足技術要求時，即使建筑高度低于300m也應采用高壓柴油發電機組。

作者注：由于數據中心機房每平米用電量很大，如選用低壓柴油發電機組，單臺容量受限，臺數必然很多，并車受限，技術上不合理，故多選用高壓柴油發電機組。

2）應根據負荷電流距確定柴油發電機組電壓等級，無需對此做出規定。

作者注：確定柴油發電機組的電壓等級，就是在滿足規范要求的前提下，根據不同型號不同規格的電纜在傳輸不同電流值時，所能達到的最長距離，這是研究此問題的基礎。無需對此問題規定，如何能合理選擇柴油發電機組的電壓等級呢？

3）應兼顧水平傳輸距離，建筑高度設定為250m為宜。

作者注：根據附表1、表2可知，0.6/1kV交聯聚乙烯電力電纜最大傳輸長度可達500m及以上；630A密集型封閉母線槽最大傳輸長度可達500m及以上，800A、1000A可達430m。通常超限高層建筑的低壓傳輸干線是由電力電纜+密集型封閉母線槽組成，綜合考慮傳輸干線長度為450m。由油機房或變電所至配電小間或豎井的水平距離如為150m～200m, 則垂直距離就為300m～250m。

4）同意將建筑高度界定為300m，但是“應”改為“宜”。

5）28人投了贊同票。

綜合上述意見可得出下列結論：

（1）除數據中心大樓外，建筑高度在250m～300m時，應選擇低壓（0.4 kV）柴油發電機組。

（2）建筑高度在250m～300m時，宜選擇低壓（0.4 kV）柴油發電機組。

議題2：建筑高度為300m～400m之間時，宜采用0.4 kV柴油發電機組或10 kV柴油發電機組。

1）盡量少用中壓油機，因其對維護操作人員要求很高，代價較大。

作者注：因國內的超限高層建筑和大體量建筑逐年增多，僅采用低壓柴油發電機組供電，技術上已很難滿足要求，雖然采取一些特殊措施可以達到目的，但是經濟性并不合理。建筑高度在300m～400m之間的建筑物應根據工程具體情況進行技術、經濟比較確定供配電系統方案。

當建筑高度為300m～400m之間時，根據線路壓降計算可知，在相同的電壓降前提下，如果加大電纜的截面或降低電纜的承載電流都可以增加傳輸距離。采用這種方法進行低阻抗傳輸，技術上也是可行的。例如：計算電流為600A，選用1000A的密集型母線槽最大傳輸距離可達590m，也可滿足傳輸要求。但是，經濟合理性降低。

如果采用10 kV柴油發電機組，變壓器仍采用原有變壓器的供配電系統方案，10 kV機組與0.4 kV柴油發電機組相比（相同容量）初投資增加約25%；而10kV線路與1kV線路相比初投資降低約90%（10kV線路采用耐火電纜，1kV線路采用母線槽），線路損耗降低約90%。選用10 kV柴油發電機組總投資略有增加，但是，線路損耗卻大幅降低。從節能降耗的角度看，是值得推廣的。

2）建筑高度超過300m時，應通過技術經濟比較確定柴油發電機組的電壓等級。

作者注：此觀點無疑是正確的。如前所述，建筑高度為300m～400m之間，經技術經濟比較，采用0.4 kV柴油發電機組或10 kV柴油發電機組技術上均可行，投資也差不多。因此，如議題2表述更清晰明確了。

3）30人投了贊成票。

綜合上述意見可得出下列結論：

建筑高度為300m～400m之間時，可采用0.4 kV柴油發電機組，亦可采用10 kV柴油發電機組。

議題3：建筑高度為400m及以上時，應采用10 kV柴油發電機組。

1）宜采用分區供電方式，低區采用0.4 kV柴油發電機組，高區采用10 kV柴油發電機組。

作者注：這種供電方式是可行的，只是維護管理和備品備件略顯麻煩。

2）采用0.4 kV柴油發電機組，配升壓變壓器和降壓變壓器組成供配電系統。

作者注：這也是可選方案之一，但投資較大。采用專用變壓器長期不用，使用前要測接地電阻和絕緣；用于消防負荷的應急供電不太方便。

3）消防負荷采用10kV柴油發電機組過于復雜，可靠性降低。

作者注：這是一個實際問題，如果采用10 kV柴油發電機組通過變壓器供電，當市電停電轉入柴油發電機供電時，操作時間滿足不了30s的要求。這一問題即使是《高層民用建筑設計防火規范》的編制者也沒有考慮到。因此，應盡量縮短操作時間并作如下操作：

（1）對于超限高層宜在火災初期啟動柴油發電機組，并空載運行熱備用；

（2）油機與市電回路設置備自投。

4）議題3中，“應采用10 kV柴油發電機組”的“應”改為“宜”。

作者注：由于有上述多種方案可選，“應”改“宜”是正確的。

5）柴油機可放置于屋頂，解決好油路即可。

編者注：此處是國家防火規范的空白點，沒有明確的規定。各地消防建審部門掌握的尺度也不同。柴油發電機設置在屋頂不僅僅是“解決好油路即可”的問題，還有許多建筑、結構方面的防火設計。另外，柴油發電機設置在屋頂經濟性并不好，從基礎開始梁板柱都要加大很多，投資可能比采用10 kV柴油發電機組還大。因此，把柴油發電機設置在屋頂應權衡利弊，需征得消防部門的同意和認可。

6）24人投了贊成票。

綜合上述意見可得出下列結論：

建筑高度為400m及以上時，宜采用10 kV柴油發電機組。

通過對上述議題的研討，與會理事各抒己見，從不同角度提出問題和解決問題，使所討論的議題更加深入，更加清晰。對今后正確選擇柴油發電機的電壓等級提供了依據。本文中的“編者注：”因個人技術水平所限，出現錯誤在所難免，望廣大同仁斧正。

附錄：各種低壓配電線路的電壓損失計算

由于柴油發電機組電壓等級的選擇關系到技術、經濟的合理性，如何正確選用是亟待解決的問題。影響柴油發電機組電壓等級選擇的因素主要有下列幾個方面：

—— 傳輸線路的長度。

—— 傳輸線路的類型，如：密集型封閉母線槽、空氣絕緣型封閉母線槽和電力電纜。

—— 線路傳輸電流的大小。

—— 負荷功率因素（附表中取0.8是基于消防動力負荷多為0.8）。

除考慮上述因素外，還要遵循供配電系統末端電壓質量應滿足380V±5%的要求?；谶@一原則，計算各種低壓配電線路的電壓損失如表1～表3所示：

表1 0.6/1kV交聯聚乙烯電力電纜的最大傳輸距離

2.礦物絕緣電纜的安裝方式采用單芯一字排列（F）方式。

3.終端負荷用電流矩IL(A·km)計算。

4.電纜采用銅芯電纜的環境溫度均35℃。

表2 密集型母線槽傳輸距離

空氣絕緣型 負荷功率 油機輸出 末端 額定電流le le·80%時母線槽 因數 電壓 電壓 時最大傳輸 最大傳輸（A） （cosψ） （kV） （kV） 距離（m） 距離（m）500 0.8 0.4 0.36 280 350