超高層建筑柴油發電機組電壓選擇分析

重慶市設計院 王 捷

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超高層建筑柴油發電機組電壓選擇分析

重慶市設計院 王 捷

【摘要】通過對超高層建筑電壓質量分析，以及不同電壓等級柴油發電機在超高層建筑中的技術經濟比較，總結了超高層建筑柴油發電機選擇的設計對策，以供類似超高層建筑電氣設計時參考。

【關鍵詞】超高層建筑；柴油發電機組；電壓選擇

1 超高層建筑設置柴油發電機作為備用電源

隨著我國經濟的高速發展，超高層建筑越來越多，由于其建筑體量大，功能復雜，用電負荷大，供電要求高，供電距離長，為了保證消防負荷及其它重要負荷用電，除市電電源應滿足規范要求外，還需設置柴油發電機作為備用電源。

1.1 現行規范要求

JGJ16-2008《民用建筑電氣設計規范》第3.2.8條規定：“一級負荷應由兩個電源供電，當一個電源發生故障時，另一電源不應同時受到損壞。”，第3.3.1條第4款規定“當符合下列條件之一時，用電單位宜設置自備電源：

1）一級負荷中含有特別重要負荷；

2）設置自備電源比從電力系統取得第二電源經濟合理或第二電源不能滿足一級負荷的要求；

3）所在地區偏僻且遠離電力系統，設置自備電源作為主電源經濟合理。”

1.2 備用電源方案

方案一，供電網絡中獨立于正常電源的專用饋電線路；方案二，獨立于正常電源的發電機組；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發生大規模停電事故，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，由于超高層建筑應急負荷多，而蓄電池組供電時間有限，要保障大容量的應急負荷長時間供電，蓄電池組的造價、占地及污染等問題難以解決，除數據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，柴油發電機作為超高層建筑備用電源，主要原因如下：

1）項目建設方及使用管理方的特殊要求；

2）大量工程實踐證明，對于應對市電丟失的情況，為維持正常營運，柴油發電機組作為備用電源仍為最可靠的電源，且技術上可行，經濟上合理；

3）國內已建成的超高層建筑絕大多數都使用柴油發電機作為備用電源。

2 柴油發電機組電壓的選擇

2.1 建筑高度為 300米及以下時，應采用低壓柴油發電機組

0.6/1k V交聯聚乙烯電力電纜最大傳輸長度可達 500米及以上；630A密集型封閉母線槽最大傳輸長度可達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，宜采用低壓柴油發電機組

當建筑高度為300～400米之間時，根據線路電壓降的計算，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。另外低壓柴油發電機組出口電壓可手動調整，調整范圍一般為360～440 V,當末端電壓降超過規范要求的限值時，可通過調整柴油發電機組出口電壓來滿足要求。

2.3 當建筑高度400米及以上時，宜采用高壓柴油發電機組

（1）宜采用分區供電方式，低區及中區采用低壓柴油發電機組，高區采用高壓柴油發電機組。

（2）消防負荷采用高壓柴油發電機組過于復雜，可靠性降低。

如果使用高壓柴油發電機組通過變壓器供電，當市電停電而后轉用柴油發電機發電，運行時間達不到30秒。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）柴油發電機組與市電回路設置備自投；

3）在屋面上設置低壓柴油發電機組，縮短供電半徑，提高供電質量。但需解決好油路、建筑防火以及機組震動等問題，由于荷載增加，基礎到梁板柱均要加強，土建造價增加，總投資可能會大于采用高壓柴油發電機。低壓柴油發電機組上樓設置，現行規范沒有明確規定，因此應征得當地消防部門的同意和批準。

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、辦公等，避難層設在9、25、39、59層, -5～9層為低區；10～39層為中區；40～78層為高區。

3.2 負荷等級

一級負荷：電信及網絡系統電源、消防設備用電（消防控制室、消防電梯、消防水泵、送排煙風機等）、安全防范系統、應急照明及疏散指示、 公共走道、客梯、生活泵等。

二級負荷：扶梯、廚房動力、裙房商業空調用電等。三級負荷：一般照明用電、辦公空調用電等。

3.3 變電所設置

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

3.4 自備柴油發電機系統

3.4.1 柴油發電機組電壓選擇

為了保證一級負荷以及重要負荷的雙電源供電，該工程采用兩路10 kV電源作主電源，在負一層設置二套常用容量為1000 kW 的低壓柴油發電機組作為一級負荷以及重要負荷的備用電源，1號柴油發電機為低區及中區備用電源，2號柴油發電機為高區備用電源。

3.4.2 線路末端電壓

低區 -5～9層供電距離約150米，中區10～39層供電距離約150～230米，分別對低區及中區末端線路電壓進行計算，采用低壓柴油發電機，完全能滿足末端線路電壓降的要求。高區40～78層供電距離約230～400米，通過對高區末端線路電壓進行計算，需要采取下列措施才能滿足末端線路電壓降的要求：

1）適當提高低壓柴油發電機出口電壓；

2）增大高區用電回路出線電纜或母線規格。

4 結束語

超高層建筑柴油發電機組電壓等級的選擇，應根據每個工程的實際情況，進行詳細的技術經濟比較，除了需要滿足現行規范的要求外，還要滿足項目建設方及使用管理方的特殊要求。

參考文獻

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