超高層建筑柴油發(fā)電機(jī)方案設(shè)計(jì)

1、超高層建筑柴油發(fā)電機(jī)方案設(shè)計(jì)摘 要對(duì)于現(xiàn)代超高層建筑而言，應(yīng)急備用電源無(wú)疑是消防設(shè)備、 計(jì)算機(jī)中樞、安保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的可靠保障，而柴油發(fā)電機(jī)在此則是 飾演著其中一個(gè)不可或缺的重要角色。關(guān)鍵詞 超高層建筑；柴油發(fā)電機(jī)組；電壓降；用油量1項(xiàng)目概況深圳平安國(guó)際金融中心（以下簡(jiǎn)稱(chēng)平安）位于深圳市 福田中心區(qū)，益田路與福華三路交界處，是一座超高層 綜合型現(xiàn)代化辦公大樓， 樓高588米，地上116層，地 下5層,總建筑面積約6萬(wàn)itf,其中商業(yè)裙樓9層，10層 及以上為辦公塔樓，從豎向上分為8個(gè)區(qū)域，另外還設(shè) 有兩個(gè)空中大廳。作為深圳市中心重要的商業(yè)地標(biāo)， 它將云集全球熱門(mén)商業(yè)公司及國(guó)內(nèi)知名企業(yè)。項(xiàng)目定

2、位之高度，以及業(yè)主對(duì)于商業(yè)價(jià)值的意念，都決定了 其對(duì)配電系統(tǒng)的安全性、可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性的 要求都是非常高的，而對(duì)于現(xiàn)代超高層建筑而言，應(yīng) 急備用電源無(wú)疑是消防設(shè)備、計(jì)算機(jī)中樞、安保系統(tǒng) 等核心負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行的可靠保障，而柴油發(fā)電機(jī)則是 在其中飾演著重要角色。2應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)的選擇依據(jù)及供電范圍根據(jù)供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范50052- 1995 ,高層民 用撕設(shè)計(jì)防火規(guī)范（50045- 1995 （2005年版）及民 用建筑趣設(shè)計(jì)規(guī)范（16- 2008）中對(duì)電力負(fù)荷等級(jí)的規(guī) 定，“一級(jí)負(fù)趣由兩個(gè)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?！?“一級(jí)負(fù)荷 中特別重要的負(fù)荷，除由兩個(gè)

3、電源供電外，尚應(yīng)增設(shè) 應(yīng)急電源，并嚴(yán)禁將其他負(fù)荷接入應(yīng)急供電系統(tǒng)?！?以下為本項(xiàng)目的一級(jí)負(fù)荷（其中包含特別重要負(fù)荷）： 1）本項(xiàng)目中的消防用電一級(jí)負(fù)荷：消防水泵，消防 風(fēng)機(jī)，消防電梯，火災(zāi)疏散電梯，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)， 漏電火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，自動(dòng)滅火系統(tǒng)，電動(dòng)防火卷簾（門(mén)、閥），應(yīng)急照明，避難層照明等。2）本項(xiàng)目中的非消防用電一級(jí)負(fù)荷：安防系統(tǒng)，重 要弱電機(jī)房，大廈調(diào)度中心，物業(yè)管理系統(tǒng)，通訊設(shè) 施，航空障礙燈，地下室潛污泵，生活水泵，擦窗機(jī)， 部分區(qū)域的公共照明，部分客梯，部分新風(fēng)系統(tǒng)等設(shè) 備用電。3）本項(xiàng)目中的重要商戶(hù)保障用電：金融機(jī)構(gòu)、交易 所電子設(shè)備，商業(yè)、辦公的必保負(fù)荷，如珠寶展示區(qū)安保照

4、明，貴賓房照明，多功能廳設(shè)備，業(yè)務(wù)電腦， 后備空調(diào)機(jī)組等。本項(xiàng)目為地標(biāo)性的超高層建筑，除了必須保證消防設(shè) 備的可靠供電，還需要充分考慮對(duì)大廈的眾多特別重 要負(fù)荷的運(yùn)行保證，如安保系統(tǒng)用電，智能化系統(tǒng)設(shè) 備，部分超高速電梯用電等。因此，除采用雙電源回 路市電供電外，單獨(dú)設(shè)置作為應(yīng)急的第三電源，對(duì)于 保障大廈的安全、穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)是很有必要的。規(guī)范中指 出，可以作為應(yīng)急電源的有：1）供電網(wǎng)絡(luò)中獨(dú)立于正常電源的專(zhuān)用饋電線(xiàn)路；2）獨(dú)立于正常電源的發(fā)電機(jī)組；3） 蓄電池。對(duì)于上述1）中的獨(dú)立專(zhuān)用饋電線(xiàn)路，一般須由當(dāng)?shù)?供電局根據(jù)項(xiàng)目情況審批并由業(yè)主全額投資，而在正 常電源出現(xiàn)故障時(shí)，需要手動(dòng)切換至該獨(dú)立電源，

5、操 作上的技術(shù)要求較高，因?yàn)槟壳肮╇姴块T(mén)一般不允 許用戶(hù)在高壓側(cè)使用自動(dòng)投切。對(duì)于上述3）中的蓄電池，目前較為普遍的是采用帶 蓄電池的應(yīng)急電源設(shè)備（）。這種方式適合于允許中 斷供電時(shí)間為毫秒級(jí)的供電對(duì)象。但其缺點(diǎn)很明顯： 投資大，運(yùn)行維護(hù)成本高，尤其是蓄電池需要定時(shí)檢 查和更換，因此不適合用于大功率設(shè)備 （10以上）故此，應(yīng)用獨(dú)立于正常電源的柴油發(fā)電機(jī)組，是目前 超高層建筑解決應(yīng)急電源的最常用方案。其優(yōu)點(diǎn)比較 明顯：可以在較短時(shí)間內(nèi)自啟動(dòng)并且自動(dòng)投入到供電 母線(xiàn)，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，供電時(shí)間可滿(mǎn)足現(xiàn)時(shí)大多數(shù)的 市電停電時(shí)長(zhǎng)，投資相對(duì)合理，維護(hù)管理方便。3項(xiàng)目本身對(duì)于柴油發(fā)電機(jī)房的限制因素考慮到本項(xiàng)目

6、是塔樓屋面高達(dá)538米，一級(jí)負(fù)荷 比重很大而且比較分散，應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)的服務(wù)范圍 將貫穿于地下室至塔樓屋面。若從供電距離、電壓降、 線(xiàn)路損耗這幾個(gè)方面考慮，應(yīng)該是在塔樓的若干設(shè)備 層分散設(shè)置柴油機(jī)組，這樣可以使應(yīng)急電源更接近于 各個(gè)負(fù)荷中心。然而超高層寫(xiě)字樓本身的特點(diǎn)，決定 了對(duì)設(shè)備的垂直運(yùn)輸有很大程度的限制。若柴油發(fā)電 機(jī)房于地下室集中設(shè)置，一則可避免占用商業(yè)價(jià)值極 高的地上面積，二則便于消防及運(yùn)營(yíng)管理，而且形成 相對(duì)獨(dú)立的“污染區(qū)域”，也利于通風(fēng)、排煙、減振、 供油等系統(tǒng)設(shè)計(jì)。4柴油發(fā)電機(jī)容量的選擇根據(jù)過(guò)往超高層建筑的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，以及參照國(guó)內(nèi)眾 多知名的項(xiàng)目案例。在方案階段，本項(xiàng)目應(yīng)急柴油發(fā)

7、 電機(jī)擬按照變壓器的總安裝容量之20%考慮，即56400 X2011280 ,選用六臺(tái)連續(xù)容量為2000的低壓 柴油發(fā)電機(jī)組。在這里需要說(shuō)明的是，部分未來(lái)租戶(hù) 區(qū)的備用電源，基于其商業(yè)方面的各項(xiàng)不定因素，不 在本次設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，僅在地下二層預(yù)留兩至三個(gè)備用 發(fā)電機(jī)位置，并在電氣豎井中預(yù)留電纜走向通道。根 據(jù)業(yè)主的商業(yè)顧問(wèn)提供的開(kāi)發(fā)建議書(shū)“應(yīng)為業(yè)主與租 客基本的發(fā)電機(jī)提供24小時(shí)貯油”。單臺(tái)2000的柴 油機(jī)組帶100%負(fù)荷時(shí)的耗油量約為420 （實(shí)際運(yùn)行 不會(huì)大于此值），則六臺(tái)機(jī)組連續(xù)24小時(shí)額定工作時(shí) 的耗油總量應(yīng)為6X24X420/1000=60.5 立方。若按 照0.85的油量充滿(mǎn)系數(shù)計(jì)算

8、，則需要的儲(chǔ)油罐總?cè)莘e 為60.5/0.85=71立方。結(jié)合本項(xiàng)目的具體情況，室外 油罐的布置方案將由建筑專(zhuān)業(yè)與消防顧問(wèn)確定。5平安 項(xiàng)目柴油發(fā)電機(jī)形式的選擇5.1 機(jī)組設(shè)計(jì)的考慮要點(diǎn)與市電供電回路不同，應(yīng)急柴油機(jī)供電回路由于其 只作為市電故障時(shí)的臨時(shí)保障方式，使用的機(jī)會(huì)和頻 率相對(duì)于常規(guī)市電電源而言是非常低的，因此其線(xiàn)路 損耗不是首要考慮的重點(diǎn)；相反，若純粹為補(bǔ)救這些微小的線(xiàn)路損耗而增大線(xiàn)路截面，實(shí)際上是與經(jīng)濟(jì)、 環(huán)保設(shè)計(jì)背道而馳。對(duì)于柴油發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)，除了 安全性、可靠性、初期投資、后期維護(hù)等這些基本要 素外，更是結(jié)合項(xiàng)目本身的特點(diǎn)作針對(duì)性的分析。經(jīng) 初步計(jì)算，供電半徑小于150米的低壓

9、配電線(xiàn)路，根 據(jù)計(jì)算電流配合選擇電纜截面，則其干線(xiàn)末端電壓降 不會(huì)大于2%,不僅符合國(guó)家規(guī)范規(guī)定值，更是滿(mǎn)足 認(rèn) 證體系標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中關(guān)于對(duì)電壓降的要求（8.4.1.1條文規(guī) 定“支流導(dǎo)線(xiàn)粗細(xì)應(yīng)適用于設(shè)計(jì)荷載2%的最大電壓下 降”。本項(xiàng)目自地下二層至塔樓屋頂垂直距離接近 600 米，如此超長(zhǎng)的供電距離，如何有效的解決長(zhǎng)距離線(xiàn) 路電壓損失（電壓降）問(wèn)題，成為本設(shè)計(jì)的重要關(guān) 注點(diǎn)。5.2 干線(xiàn)電壓降分析經(jīng)初步計(jì)算，若從地下二層發(fā)電機(jī)房以低壓干線(xiàn)電纜 直供電至塔樓中間層（干線(xiàn)段長(zhǎng)度約為330米），在電纜截面不作加大的前提下，干線(xiàn)的電壓降達(dá)到了 4.4% ,至塔樓屋頂（干線(xiàn)段長(zhǎng)度約為650米）則達(dá) 到了 8

10、.8%;若對(duì)應(yīng)計(jì)算電流將電纜截面加大一級(jí)，則 上述的電壓降值分別為3.8%和7.6%;即使電纜截面 再加大至兩級(jí)，上述的電壓降值也分別達(dá)到 3.2%和 6.4% o由此可見(jiàn)，如果只是單純通過(guò)加大電纜截面來(lái) 降低電阻值，從而試圖減低線(xiàn)路電壓損失，對(duì)于如此 長(zhǎng)度的電纜，是很難有效實(shí)現(xiàn)的。而當(dāng)采用10交聯(lián)聚 乙烯絕緣電力電纜作為干線(xiàn)時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)上述的兩個(gè) 電壓降值僅為0.2%和0.4%。很明顯，采用高壓傳輸 時(shí)，線(xiàn)路電壓損失得到了很好的抑制。對(duì)此，柴油發(fā) 電機(jī)組的形式可以從以下幾個(gè)方案的作可行性分析。5.3 機(jī)組形式的選擇方案方案一，集中設(shè)置于地下二層主變電所附近，采用 380V低壓線(xiàn)路短、長(zhǎng)程直供

11、。優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡(jiǎn)單，初期 投資低，安裝、環(huán)保、供油、維護(hù)管理等各方面都相 對(duì)方便。然而對(duì)與本項(xiàng)目而言，長(zhǎng)距離的低壓傳輸， 電壓降顯然無(wú)法滿(mǎn)足要求。方案二，機(jī)組分散設(shè)置于地下二層和塔樓的幾個(gè)設(shè)備 層，采用380V低壓線(xiàn)路短程直供。優(yōu)點(diǎn)是由于機(jī)組盡 量分別靠近各區(qū)負(fù)荷中心，供電距離較小，可有效的 降低線(xiàn)路電壓降；但其缺點(diǎn)也很明顯，塔樓設(shè)備層能 夠提供的運(yùn)輸、安裝、維護(hù)、供油、消防等各方面條 件都有很多限制。方案三，400V低壓柴油發(fā)電機(jī)通過(guò)升、降壓傳輸?shù)姆?式，也就是低壓柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)置于地下二層，出口 400V電壓經(jīng)過(guò)機(jī)組設(shè)于就近的專(zhuān)用變壓器升壓至10,采用10高壓電纜分別傳輸?shù)剿巧系娜舾稍O(shè)備層

12、，經(jīng)過(guò)專(zhuān)用變壓器降壓至400V,向各負(fù)荷區(qū)供電。 其優(yōu)點(diǎn)是由于干線(xiàn)電流采用高壓傳輸，容易滿(mǎn)足線(xiàn)路 電壓降的要求，機(jī)組集中在地下室設(shè)置，便于消防控 制、運(yùn)輸、安裝、供油及管理。缺點(diǎn)就是需要增加高 壓變壓設(shè)備、線(xiàn)路，對(duì)塔樓設(shè)備房的面積要求會(huì)更高。 方案四，10 （6）高壓柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)置于地下二層， 出口端直接通過(guò)10高壓電纜分別傳輸?shù)剿巧系娜?干設(shè)備層，再由專(zhuān)用變壓器降壓至400V ,向各負(fù)荷區(qū) 供電。其優(yōu)點(diǎn)和方案三相似，缺點(diǎn)是高壓機(jī)組本身成 本就比相同容量低壓機(jī)組高很多（一般為30%50%）,而且高壓機(jī)組的保護(hù)比較復(fù)雜，國(guó)內(nèi)可選擇 的廠(chǎng)商相對(duì)少很多，在國(guó)內(nèi)民用建筑的應(yīng)用案例也極 少，使用、維

13、護(hù)的成熟度不高。5.4 項(xiàng)目方案的構(gòu)成從以上幾個(gè)方案的分析可以看出，不同的供電距離直 接決定著柴油發(fā)電機(jī)組的形式，所以，下述兩種形式 的組合，可以構(gòu)成本項(xiàng)目柴油發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)方案： 1）對(duì)于低壓配電供電半徑不大于150米的部分，直 接采用低壓輸出發(fā)電機(jī)組的方式，可以滿(mǎn)足電壓降要 求，同時(shí)亦可節(jié)省一部分高壓投資。2）對(duì)于低壓配電供電半徑不大于150米的部分，我 們以同一進(jìn)口品牌2000的柴油機(jī)為例去作投資比較： 方案一為一臺(tái)10的高壓機(jī)組+ 一臺(tái)2000的 10/0.4降壓變壓器；方案二則為一臺(tái)400V的低壓機(jī) 組+ 一臺(tái)2000的0.4/10 升壓變壓器+兩臺(tái) 10高壓開(kāi)關(guān)柜+ 一臺(tái)2000的1

14、0/0.4降壓變壓器。從 設(shè)備投資而言，前者比后者高出約25% （因?qū)τ谒?段、垂直段，兩者均為相同長(zhǎng)度的10高壓電纜，故不 作對(duì)比）。后者的投資相對(duì)更低，據(jù)了解，目前國(guó)內(nèi) 應(yīng)用于民用建筑的10柴油發(fā)電機(jī)案例很少，加上能夠 提供該電壓等級(jí)產(chǎn)品技術(shù)的柴油機(jī)廠(chǎng)家也相對(duì)較少， 而且，高壓柴油機(jī)的日常維護(hù)對(duì)于操作人員的技術(shù)能 力要求更高，其優(yōu)缺點(diǎn)不言而喻。由附表1可以看出，柴油發(fā)電機(jī)房選址可緊密結(jié)合變 配電所的位置考慮。本項(xiàng)目將低壓柴油發(fā)電機(jī)組集中設(shè)置在地下 二層，通過(guò)專(zhuān)用升壓變壓器升壓至10,并采用10高壓 電纜分別傳輸?shù)?9F （5#變配電所），68F （7#變 配電所），97F （9#變配電所

15、），然后通過(guò)上述各 個(gè)變配電所的專(zhuān)用降壓變壓器降壓至 400V ,以低壓形 式向就近的應(yīng)急負(fù)荷配電。的表 斑電所的血置及供電15囹 困喻陵仲號(hào)加供電/“1 ktf，Ylh hWO rt睇F“FCFtfiMMFg 口 _0 MBa?F-ISO也1lontm#334i MIEaJKtr-irr1”訪(fǎng)加1 HF湎6 vr«4Tfina»D0*，加i4W3A4M3WTA (h*SHF1B&Dnn4I(»1垢1flMT«4(ir-fliF3M»量身- 、M* 券MF；muAMneo；.ijB75F-JM7MFSW5MMHUAwudtlF JbV*

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