工業(yè)建筑機電設(shè)計探討
——常德卷煙廠項目案例

崔俊澤， 朱立彤， 焦鶴勇， 王 鋒， 侯冉冉

(中國五洲工程設(shè)計集團有限公司，北京100053)

[摘要] 以常德卷煙廠為例，簡要分析工業(yè)建筑常德卷煙廠供電系統(tǒng)、電氣動力、照明和防雷接地等設(shè)計的主要內(nèi)容和方法，以對類似項目的電氣設(shè)計起到一定的借鑒作用。

[關(guān)鍵詞] 工業(yè)建筑； 常德卷煙廠； 電氣設(shè)計； 綠色工房

中圖分類號:TU277.1文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1729-1275(2021)03-0037-04

0 引言

工業(yè)建筑的電氣設(shè)計與民用建筑不同，工業(yè)建筑包含建筑類型較多，如生產(chǎn)工房、動力中心、污水處理站、庫房、辦公樓、技術(shù)研發(fā)樓、食堂等，生產(chǎn)工房建筑一般為單層，層高較高，單間面積大，工房環(huán)境條件較為復(fù)雜，動力負荷種類多、容量大，會涉及到普通照明、應(yīng)急照明、動力設(shè)備配電、其他電氣設(shè)備控制等方面的設(shè)計。 設(shè)計師針對卷煙廠這種較為特殊的工業(yè)建筑，首先要對設(shè)計對象進行深入的分析研究，總結(jié)出設(shè)計的重點和難點，有針對性的進行電氣設(shè)計，并滿足規(guī)范和工藝方面的要求。

1 相關(guān)部分重要規(guī)范及理解

卷煙工業(yè)建筑的消防電氣設(shè)計主要遵循GB 50016－2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》(2018 年版)的各項要求。 本規(guī)范第10.1 節(jié)對各類建筑物的消防用電負荷等級進行了劃分。 對規(guī)范中的一些不確定的條文具體落實到設(shè)計當(dāng)中時，還需要征詢當(dāng)?shù)叵啦块T和審圖辦的意見，各地區(qū)的消防部門和審圖辦對規(guī)范條文的理解不盡相同，要求也因此可能不同。

作為卷煙工業(yè)建筑的設(shè)計，離不開煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn):YC/T 9－2015《卷煙廠設(shè)計規(guī)范》和YC/T 384《煙草企業(yè)安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范》。 前者對卷煙生產(chǎn)電力負荷等級、用電負荷計算、車間環(huán)境劃分以及主要場所照度標(biāo)準(zhǔn)值做了相應(yīng)的規(guī)定。 后者中的內(nèi)容也是煙廠安全生產(chǎn)部門要求執(zhí)行的重點檢查范圍。

常德卷煙廠聯(lián)合工房按照綠色工房“三星級”、辦公及研發(fā)樓按照綠色建筑“二星級”的標(biāo)準(zhǔn)進行建設(shè)，需按照YC/T 396－2011《煙草行業(yè)綠色工房評價標(biāo)準(zhǔn)》中的評價標(biāo)準(zhǔn)采取相應(yīng)的設(shè)計措施。

2 項目概況

常德卷煙廠易地技改項目為大型工業(yè)建設(shè)項目，產(chǎn)能規(guī)模按照年產(chǎn)卷煙160 萬箱(其中葉片預(yù)處理能力按180 萬箱/年配置)生產(chǎn)規(guī)模進行規(guī)劃設(shè)計。 是行業(yè)內(nèi)唯一結(jié)合海綿城市設(shè)計理念的綠色工房、綠色建筑，也是全球最具現(xiàn)代化的卷煙工業(yè)建筑之一。

項目場地基本呈梯形，北寬南窄，北側(cè)寬約1 280m， 南側(cè)寬約880m，南北長約550m。 建設(shè)用地1076.91 畝，按規(guī)劃部門要求，市政景觀水系沿廠區(qū)東南側(cè)穿過，在廠區(qū)內(nèi)水面面積約55 畝。 項目總投資45.6 億元(不含專賣設(shè)備)。

本項目新建110kV 總降變電站、動力中心、聯(lián)合工房、輔料綜合庫、香精香料庫、工業(yè)廢品站、污水處理站、地下油庫、辦公及研發(fā)樓、職工食堂，以及門衛(wèi)室等，總建筑面積約42.7 萬m2。

該項目初步設(shè)計始于2012 年，于2016 年施工圖設(shè)計基本結(jié)束，于2020 年8 月進入全面正式生產(chǎn)運行階段。

3 供電系統(tǒng)設(shè)計

3.1 負荷等級

根據(jù)YC/T 9－2015《卷煙廠設(shè)計規(guī)范》，卷煙生產(chǎn)電力負荷等級為二級負荷；根據(jù)GB 50016－2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》及當(dāng)?shù)叵缹＜以u審會的結(jié)論，全廠消防設(shè)備、應(yīng)急照明均按一級負荷供電；安防、通訊、電話、計算機系統(tǒng)、生產(chǎn)生活變頻設(shè)備等重要用電設(shè)備為二級負荷；其余一般設(shè)備用電屬三級負荷。

3.2 供電電源

常德卷煙廠分別由兩個不同的市政220kV 變電站各引入一路110kV 高壓電源專用線，采用電纜接入到廠區(qū)內(nèi)的110/10kV 總降變電站，兩路電源各自獨立運行，同時供電。 兩路專用線可以滿足全廠一、二級負荷的供電要求。 當(dāng)其中一路110kV 進線電源故障停電時，通過另一路110kV 線路為全廠區(qū)一、二級負荷及重要用電負荷供電。 同時，在各個建筑物的消防控制室、計算機房等區(qū)域根據(jù)需要設(shè)置EPS 或UPS 不間斷電源系統(tǒng)。

在廠區(qū)內(nèi)新建110/10kV 總降變電站，站內(nèi)通過GIS 氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備將兩路市政110kV 供電電源分別送至站內(nèi)兩臺110/10kV，25 000kVA 有載調(diào)壓油浸式變壓器，變壓器低壓側(cè)通過封閉母線將10kV 電源送至站內(nèi)10kV 高壓配電室。 10kV 高壓配電室采用高壓電纜放射式為全廠分變電所供電。

全廠共設(shè)10 個變電所，計24 臺變壓器，變壓器總裝機容量為36 500kVA。 全廠配電系統(tǒng)示意圖見圖1。

圖1 全廠配電系統(tǒng)示意圖

4 電氣動力設(shè)計

(1)動力中心制冷站高壓制冷機組及高壓壓縮機采用10kV 配電，其余用電設(shè)備均采用0.4/0.23kV 供電。

(2)聯(lián)合工房按照工藝生產(chǎn)線、物流系統(tǒng)合理設(shè)計分配變壓器，避免因為變壓器故障而引起停產(chǎn)范圍的擴大。

(3)對消防及其他重要負荷的供電措施

設(shè)有兩臺及以上變壓器的建筑物對一、二級負荷用電設(shè)備供電采用雙電源供電，兩路電源分別來自于變電所接自不同高壓母線段的變壓器低壓側(cè)，并在最末一級配電箱處自動切換。 消防設(shè)備采用專用的供電回路，其配電裝置應(yīng)有明顯標(biāo)志。

設(shè)有單臺變壓器的建筑物對一、二級負荷用電設(shè)備供電采用雙電源供電，其中一路電源來自于變壓器低壓側(cè)，另一路電源引自臨近建筑物內(nèi)變電所接自不同高壓母線段的變壓器低壓側(cè)。

5 照明設(shè)計

(1)照明電源電壓為220/380V，燈具的工作電壓為220V。

(2)照明光源全部采用高效節(jié)能的LED 光源，燈具型式和安裝方式:1)卷接包車間、濾棒成型發(fā)射間:LED 燈帶，嵌入式安裝；2)辦公室、控制室:LED 燈盤，嵌入式安裝；3)走廊、衛(wèi)生間:LED 筒燈，嵌入式安裝；4)制絲車間:LED 工礦燈，管吊安裝；5)高架庫:LED 工礦燈，管吊、壁裝。

(3)各建筑物房間或場所的照明功率密度值均不高于現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50034－2013《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的目標(biāo)值。 主要房間或場所照明的照度及功率密度值詳見表1。

(4)應(yīng)急照明:在變配電所、消防控制室、消防水泵房、配電間、報警閥間、排煙機房等消防設(shè)備用房設(shè)置應(yīng)急備用照明，供發(fā)生火災(zāi)時繼續(xù)工作使用。

表1 主要房間或場所采用的照明照度及功率密度值一覽表

采用集中電源集中控制型應(yīng)急照明及疏散指示系統(tǒng)，由監(jiān)控主機、控制分機、通訊模塊、消防聯(lián)動轉(zhuǎn)換箱、電池、顯示終端、應(yīng)急照明燈具和疏散指示燈具等組成。 燈具自帶地址編碼，若燈具發(fā)生故障，監(jiān)控主機能及時報警。 當(dāng)消防聯(lián)動信號到達或者停電后，能強制點亮應(yīng)急燈具，確保在混亂狀態(tài)人身安全。 備用電源由電池提供，持續(xù)供電時間≥90min。

設(shè)置疏散照明的部位則依據(jù)GB 50016－2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》第10.3 節(jié)的要求來設(shè)置。 而對于條文中未明確規(guī)定的場所或部位，設(shè)計師可根據(jù)實際情況，從有利于人員安全疏散需要出發(fā)考慮來設(shè)置疏散照明，如生產(chǎn)車間、倉庫、重要辦公樓中的會議室等。 也可與當(dāng)?shù)叵啦块T溝通后確定設(shè)置場所或部位。

(5)智能照明:在生產(chǎn)車間、面積較大的設(shè)備用房、公共走廊、樓梯間等場所采用智能照明控制系統(tǒng)，根據(jù)卷包機組和生產(chǎn)線，以及是否靠采光窗，分成若干個控制區(qū)域，控制系統(tǒng)根據(jù)每個控制區(qū)域的使用功能、不同時間及室外光亮度，以及人員流動性來自動控制照明，實現(xiàn)照明管理智能化。

(6)室外路燈照明均采用LED 燈，在廠前區(qū)則采用太陽能LED 燈具，同時接入智能照明控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)遠動及自動功能，使控制方式更加靈活、節(jié)電。

6 配電設(shè)備和燈具選擇

卷煙廠建筑物種類較多，場所環(huán)境較為復(fù)雜，不同場所的配電設(shè)備和燈具應(yīng)根據(jù)其環(huán)境類型來選擇對應(yīng)的防護結(jié)構(gòu)及等級。 主要場所設(shè)備選擇表見表2。

表2 主要場所設(shè)備選擇表

7 建筑物防雷接地設(shè)計

(1)根據(jù)相關(guān)計算，本工程聯(lián)合工房、辦公及研發(fā)樓、110kV 總降變電站、動力中心、香精香料庫按第二類防雷設(shè)計，其他建筑物按第三類防雷建筑物要求設(shè)置防雷措施。

為防止直擊雷，在建筑物的屋面設(shè)接閃網(wǎng)，采用直徑為10mm 的熱浸鍍鋅圓鋼，二類防雷建筑物在整個屋面組成≤10m×10m 或12m×8m 的接閃網(wǎng)，三類防雷建筑物在整個屋面組成≤20m×20m 或24m×16m 的接閃網(wǎng)；所有突出屋面的金屬設(shè)備及管道，均應(yīng)與接閃網(wǎng)焊接。

利用混凝土柱內(nèi)主鋼筋作為防雷引下線，通長焊接，防雷引下線上部出屋面與屋頂接閃帶相接，引下線下部接至基礎(chǔ)接地裝置，構(gòu)成整體防雷接地系統(tǒng)。

一般建筑物利用建筑物的基礎(chǔ)作為接地裝置。較小型建筑物如香精香料庫、門衛(wèi)室等采用人工接地裝置。

(2)主要建筑物的工作接地，保護接地，防雷接地，計算機接地等采用共用接地系統(tǒng)，接地電阻應(yīng)≤1Ω。 施工結(jié)束后實際的接地電阻值經(jīng)檢測均為0.55～0.75Ω。

(3)為了提高用電安全性，在建筑物內(nèi)設(shè)置等電位聯(lián)結(jié)。 所有按規(guī)范需要保護接地的電氣設(shè)備外殼必須與等電位聯(lián)結(jié)線可靠連接。 總等電位連接應(yīng)將建筑物內(nèi)的保護干線、給水總管、金屬輸送管道、冷凍、冷卻水管和建筑物的金屬構(gòu)件等部件進行連接。 在淋浴間等潮濕場所，還應(yīng)設(shè)局部等電位連接。

建筑物內(nèi)低壓配電系統(tǒng)采用TN－S 系統(tǒng)，將PE線與N 線嚴格分開。 室外道路照明采用TT 接地系統(tǒng)，同時在其電源線路裝設(shè)RCD 做接地故障保護。

為防止閃電感應(yīng)的次生災(zāi)害，按GB 50057－2010《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》相關(guān)要求， 110kV 總降變電站、動力中心、香精香料庫等建筑物采取防閃電感應(yīng)和防閃電電涌侵入措施。 在低壓配電系統(tǒng)中，設(shè)置SPD 保護裝置；在高壓配電系統(tǒng)中，設(shè)置過電壓保護裝置。 對電纜進出線，在電纜的進出端將電纜的金屬外皮、鋼管等與電氣接地相連。

8 綠色工房和綠色建筑

聯(lián)合工房按照行業(yè)綠色工房“三星級”標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)；辦公及研發(fā)樓按照綠色建筑“二星級”標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。 嚴格執(zhí)行國家建設(shè)有關(guān)規(guī)定，推進綠色工房建設(shè)，做到實用、經(jīng)濟、節(jié)地、節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材和環(huán)保。電氣設(shè)計中主要采取如下措施。

(1)配電系統(tǒng)按照明、冷熱源及空調(diào)末端系統(tǒng)、輸配系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)和工藝設(shè)備等各部分能耗進行獨立分項設(shè)計量儀表。

(2)在動力中心10kV 側(cè)設(shè)置集中無功補償；在各分變壓器低壓側(cè)設(shè)置抵壓無功補償柜，補償后，變壓器低壓側(cè)的功率因數(shù)在0.95 以上；在裝有大功率變頻器的空調(diào)機組、除塵系統(tǒng)設(shè)備、冷水機組等用電設(shè)備的配電回路上就地安裝有源電力濾波器。低壓配電柜的無功補償電容上串聯(lián)電抗器。 在低壓配電系統(tǒng)母線上安裝有源濾波器。

(3)各變電所10/0.4kV 變壓器均采用高效節(jié)能干式有載調(diào)壓變壓器，變壓器空載損耗和負載損耗均不高于GB 20052－2013《三相配電變壓器能效限定值及能效等級》表2 中3 級損耗標(biāo)準(zhǔn)值。

(4)各建筑物的照明功率密度值不高于GB 50034－2013《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的目標(biāo)值。

(5)在生產(chǎn)車間、面積較大的設(shè)備用房、公共走廊、樓梯間等場所采用智能照明控制系統(tǒng)，對主要生產(chǎn)區(qū)按系統(tǒng)分區(qū)進行控制，通過設(shè)定開關(guān)時間，根據(jù)工作環(huán)境照度的需求進行控制。

(6)在室內(nèi)停車場設(shè)置20 個交流充電樁、室外停車場設(shè)置80 個交流充電樁，設(shè)置由控制層、間隔層及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)成的充電設(shè)施監(jiān)控系統(tǒng)。

9 結(jié)束語

通過以上案例可以看出，一般工業(yè)建筑的電氣設(shè)計，關(guān)鍵是抓住工業(yè)建筑的特點，了解生產(chǎn)工藝特點及需求，掌握工業(yè)建筑與民用建筑的不同之處，依據(jù)相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)圖集和設(shè)計手冊進行科學(xué)合理的設(shè)計。