某大型商業綜合體10kV 柴發機組電氣設計簡析

杜廣亮

(中衡設計集團股份有限公司,蘇州 215021)

0 引言

隨著我國經濟持續快速發展,多功能商業綜合體建筑群越來越多。 綜合體內含大型商業、高標準酒店、甲級辦公樓等單體,供電電源的可靠性成為重點關注問題,除去標準的雙重市政電源外,多功能、大面積的商業綜合體一般都會設置柴油發電機組作為備用電源。 本文結合工程設計案例,針對商業綜合體內柴油發電機組設計進行探討。

1 項目概況

本項目位于蘇州工業園區,坐落于蘇州工業園區金雞湖旁,在園區核心CBD 區域。 由A、B、C、D、E、H、P 共7 個地塊組成,將城市中的辦公、商業、五星級酒店、公寓、文娛、餐飲、會議、集中能源站和交通等生活空間組合在一起,形成一個多功能、高效率、復雜而統一的龐大綜合建筑群。 該建筑群總建筑面積約100 萬m2,用地面積為10.3 萬m2,其中地上建筑面積68.27 萬m2,地下建筑面積為31.75 萬m2。 共有7 棟塔樓,其余為多層商業,該建筑群地下共3 層,地下一層局部有5 萬m2商業和設備房外,其余全部為地下停車庫,地下部分全部互相貫通。 圍繞多層商業南側,有設備管道共用的共同溝。 該項目竣工后成為工業園區的標志性建筑。

2 柴油發電機組的選擇

2.1 10kV 中壓發電機系統

本項目建筑體量較大,地塊有多棟建筑物,共有7 棟塔樓,其中5 棟為超高層建筑,其余為一類高層建筑。 根據各單體使用功能,如每個地塊內都單獨設置低壓柴油發電機房需要占用較多的建筑面積,還需要考慮進排風通道、出屋面的排煙煙囪,影響建筑平面的排布,且后期維護復雜,人力成本較大。 本項目統一開發,整體建設,經綜合比較,在P地塊集中能源站設置10kV 中壓柴油發電機組,再在各區域內根據供電區域設置10/0.4kV 應急變壓器。 10kV 中壓柴油發電機組系統圖如圖1 所示。為確保供電連續性和運行的經濟性,本系統共設置3 臺常用功率為1 800kW 的10kV 柴油發電機組,并預留一臺備用機組安裝位置。 柴油發電機房內高壓柜出線電纜沿設備共同溝(圖2 中虛線示意)敷設至各區域應急變壓器,各區域應急變壓器位置如圖2 所示。 北區應急變壓器共有6 臺,安裝容量為6 330kVA;南區應急變壓器共有5 臺,安裝容量為7 030kVA。 根據給排水專業消防設計原則,消防火災時僅考慮南區和北區各一處同時發生火災的情況,發電機容量選擇在火災時最不利情況僅保證南區DE 街區應急變壓器2 000kVA、9#樓應急變壓器800kVA 和北區H 街區1 600kVA 應急變壓器,上述應急變壓器的安裝容量為4 400kVA。 經理論計算,考慮南北區各一處發生火災而二路市電均停電時,柴油發電機組的負載率約為75%。

圖1 10kV 中壓發電機組系統圖

圖2 應急變位置示意圖

2.2 應急變壓器容量選擇

當柴油發電機組作為備用電源時,為消防負荷和一級負荷供電,應分為二種情況考慮:一是火災發生時的計算負荷。 火災發生時首先啟動相關部分的消防設備,及時疏散大樓內所有人員,并切除火災時不需要工作的非消防負荷。 此時計算容量應為消防負荷與火災時仍需正常工作的非消防重要負荷的容量之和。 二是非消防火災時市電斷電情況下的計算負荷容量。 當二路市電均斷電的情況下,正常工作的一級負荷與平時使用的消防負荷計算容量之和。 應急變壓器容量應選擇上述兩種情況下的較大值。 以DE 區為例,根據表1 計算,應急變壓器選擇容量為2 000kVA 一臺,理論負載率為80%,滿足規范要求。 需說明表1 中消防負荷地下室消防風機為地下二層風機負荷,DE 區地下室共有3 層,每層地下室防火分區較多,原則上只需要酌情按照其中一層最大消防負荷的一個防火分區和相鄰防火分區消防負荷之和計算即可。 其他地塊內柴油發電機組容量都按此原則來確定的。

應急變負荷計算表 表1

3 柴油發電機組啟動條件信號的獲取

根據各建筑類型,本項目各用戶均按照一級負荷供電考慮。 根據各地塊建筑面積和用電容量,整個建筑群按照9 個用戶申請電源,每個用戶申請二路獨立的20kV 市政電源進線。

根據GB 50052-2009《供配電系統設計規范》中第4.0.2 條文說明:“應急電源原動機的啟動命令必須由正常電源主開關的輔助接點發出,而不是由繼電器接點發出,因為繼電器有可能誤動作而造成正常電源誤并網。”因此本工程取9 組市政電源進線的高壓斷路器的輔助觸點作為柴油發電機組的啟動信號,任一組二路市政電源失電后,均作為柴油發電機組的啟動信號。 柴油發電機組啟動信號接線原理圖詳見圖3,僅對給柴油發電機組用直流啟動電機發出啟動信號作簡要說明,對應具體控制邏輯關系以廠家產品設計為準。 柴油發電機組的最佳經濟運行狀況是標定功率的65%～80%。 柴發機組獲得啟動信號后,三臺機組同時啟動,待穩定運行后,控制系統根據所帶負荷容量按70%來決定解列相應臺數停機。 當市電電源恢復后,控制系統發出信號,柴油發電機組停機,控制系統具有自動運行、手動運行兩種方式。

本項目建筑體量較大,考慮應急變壓器位置分散,距離柴油發電機房較遠,基本都在100m 以上,實際設計中C 地塊6#樓應急變距離最遠,近500m。 考慮柴發機組啟動信號用電纜壓降,故統一采用DC110V 電源,由柴發機房配電室內高壓柜用直流屏取得,柴發機組啟動信號用電纜采用礦物絕緣控制電纜BTTQ-2×4mm2。

4 柴發機組冷卻系統

柴油機工作時,高溫燃油及摩擦生成的熱會使氣缸、活塞等零部件溫度升高,因此,必須采取適當的冷卻方式,否則柴油機組因高溫會受損。 柴油機組常見有水冷式和風冷式二類。 本項目機組容量較大,柴發機房空間較小,故采用水冷式柴油機組。本柴油發電機房所處P 區為該項目集中供冷供熱能源中心,天然存在制冷機房通往室外冷卻塔平臺的冷卻水管,在屋頂冷卻塔組中選用了二臺,平時用于商業空調,消防時用于柴發機組。 此冷卻塔的配電采用二路供電,末端切換并由柴油發電機作為備用電源。

5 柴發機房設計

本項目在P 區集中能源站地下一層設置柴油發電機房,建筑面積約600m2,機房內設置高壓配電室、控制室、油箱間、進排風豎井,在室外設置一座15m3的地下儲油罐。 機房布置如圖4 所示。

圖4 柴油發電機房平面圖

柴油發電機組容量較大,機組通常整體運輸至安裝現場,施工時采取整體安裝。 本柴油發電機房設置在能源房地下一層,能源房有較多大型空調機組和水泵需要吊裝,所以在地下一層頂板設置吊裝孔,由吊機將設備吊至地下一層再水平移動至發電機房。 因此,在機房設計時在機組縱向中心線上方頂板下預留一個起重吊鉤,方便安裝和檢修時用。

6 結束語

中壓柴油發電機組在建筑設計中常用于400m以上的超高層建筑,在大體量、多單體的綜合體建筑中應用不多,本項目對此做出積極嘗試,竣工開業運行兩年多來,系統運行正常。 筆者以此文就柴油發電機組電氣設計問題與同行交流,個中認識難免謬誤,望同行批評指正。