中低壓柴油發(fā)電機(jī)在大型公共建筑中的選擇

王 斌

(華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司, 上海 200002)

0 引 言

近年來(lái),隨著我國(guó)建筑業(yè)的飛速發(fā)展,建筑面積25萬(wàn)m2以上的大型商業(yè)綜合體建筑、250 m以上的超高層民用建筑已很常見。此類建筑火災(zāi)危險(xiǎn)性大,人員疏散及消防撲救困難,消防要求非常嚴(yán)格。建筑物內(nèi)的消防設(shè)備,作為火災(zāi)發(fā)生時(shí)能快速響應(yīng)的自救設(shè)施,為保證其火災(zāi)時(shí)的正常運(yùn)行,其供電可靠性顯得尤為重要,設(shè)計(jì)中通常會(huì)設(shè)置自備柴油發(fā)電機(jī)作為消防設(shè)備的備用電源[1]。目前,我國(guó)常見的柴油發(fā)電機(jī)額定輸出電壓有0.4 kV和10 kV兩種,而不同類型建筑中選用何種電壓等級(jí)的柴油發(fā)電機(jī),國(guó)家相關(guān)規(guī)范尚未做出明確規(guī)定。

本文通過(guò)多年來(lái)的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)總結(jié),對(duì)中低壓柴油發(fā)電機(jī)選用做了一些總結(jié),以期為電氣設(shè)計(jì)人員提供參考。

1 柴油發(fā)電機(jī)選用分析

1.1 供電系統(tǒng)主接線分析

0.4 kV柴油發(fā)電機(jī)與市電組成的供電系統(tǒng)比較常見,接線示意圖一如圖1所示。

圖1 接線示意圖一

圖1中,0.4 kV柴油發(fā)電機(jī)在0.4 kV側(cè)與市電進(jìn)行電源切換,系統(tǒng)接線簡(jiǎn)單,操作方便,系統(tǒng)可靠性高。

10 kV柴油發(fā)電機(jī)與市電組成的供電系統(tǒng)有兩種接線形式,接線示意圖二和接線示意圖三如圖2、圖3所示。

圖2中,10 kV柴油發(fā)電機(jī)在10 kV側(cè)與市電進(jìn)行電源切換,與市電共用變壓器,具有如下特點(diǎn)。

圖2 接線示意圖二

圖3 接線示意圖三

(1) 未設(shè)置專用變壓器,變電所面積較小。

(2) 應(yīng)急系統(tǒng)的變壓器平時(shí)正常運(yùn)行,降低應(yīng)急狀態(tài)變壓器故障的可能性,可靠性較高。

(3) 系統(tǒng)接線復(fù)雜,操作復(fù)雜,對(duì)維護(hù)人員要求高。

(4) 發(fā)電機(jī)容量無(wú)法滿足終端變壓器所有負(fù)載,因此發(fā)電機(jī)投入時(shí)需要切除非應(yīng)急負(fù)荷。

圖3中,采用10 kV柴油發(fā)電機(jī),設(shè)置專用變壓器,在0.4 kV側(cè)與市電進(jìn)行電源切換,具有如下特點(diǎn):

(1) 系統(tǒng)接線簡(jiǎn)單,操作方便。

(2) 電源在0.4 kV側(cè)切換,發(fā)電機(jī)投入時(shí)無(wú)需切除負(fù)荷。

(3) 設(shè)置專用變壓器,變電所面積增大。

(4) 專用變壓器平時(shí)不用,對(duì)運(yùn)維要求很高。

(5) 專用變壓器故障率增加,系統(tǒng)的可靠性降低。

1.2 起動(dòng)時(shí)間分析

JGJ 16—2008《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定,當(dāng)市電中斷供電時(shí)柴油發(fā)電機(jī)組應(yīng)能自動(dòng)起動(dòng),并應(yīng)在30 s內(nèi)向負(fù)荷供電。低壓柴油發(fā)電機(jī)能夠滿足此要求,而當(dāng)采用10 kV中壓柴油發(fā)電機(jī),通過(guò)變壓器降壓向負(fù)載供電,操作時(shí)間難以滿足30 s內(nèi)向負(fù)荷供電的要求。上海市地方標(biāo)準(zhǔn)《民用建筑電氣防火設(shè)計(jì)規(guī)程》[2]中要求,中壓發(fā)電機(jī)組從起動(dòng)到向其正常供電的時(shí)間不應(yīng)大于60 s。

1.3 電壓降分析

文獻(xiàn)[3]中要求低壓供電半徑一般不宜超過(guò)250 m。在超大型項(xiàng)目設(shè)計(jì)中,電壓降是選擇柴油發(fā)電機(jī)電壓等級(jí)的一個(gè)重要因素。按低壓柴油發(fā)電機(jī)出口端電壓0.4 kV計(jì),0.4 kV單芯礦物絕緣電纜水平排列的電壓降(cosφ=0.8)如表1所示,0.4 kV三相緊密式母線槽的電壓降如表2所示。

表1 0.4 kV單芯礦物絕緣電纜水平排列的電壓降

由表1、表2可見,當(dāng)供電距離在300 m以內(nèi)時(shí),主干線路壓降<10%,可滿足供配電系統(tǒng)末端電壓380 V±5%的要求;當(dāng)供電距離>400 m時(shí),主干線路的壓降>10%。因此,在實(shí)際工程中,當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)供電傳輸距離在300 m以內(nèi)時(shí),均可采用低壓柴油發(fā)電機(jī);當(dāng)供電傳輸距離>400 m時(shí),應(yīng)采用中壓柴油發(fā)電機(jī)。上海市地方標(biāo)準(zhǔn)DGJ 08-2048—2016中對(duì)柴油發(fā)電機(jī)的電壓選擇做出如下規(guī)定:當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)供電傳輸距離>250 m時(shí)宜選用中壓柴油發(fā)電機(jī),當(dāng)供電傳輸距離>400 m時(shí)應(yīng)選用中壓柴油發(fā)電機(jī)。

表2 0.4 kV三相緊密式母線槽的電壓降

1.4 初投資分析

對(duì)于相同裝機(jī)容量的1 250 kVA柴油發(fā)電機(jī),主干線采用母線槽,供電距離為300 m,估算價(jià)格比較如表3所示。

表3 估算價(jià)格比較

注：不同品牌、不同時(shí)期價(jià)格存在差異;僅考慮設(shè)備的造價(jià)。

對(duì)于占地面積大的大型商業(yè)綜合體建筑,集中設(shè)置中壓柴油發(fā)電機(jī)裝機(jī)容量應(yīng)該小于分散設(shè)置的多個(gè)低壓柴油發(fā)電機(jī)的總裝機(jī)容量(僅考慮一個(gè)著火點(diǎn)情況,根據(jù)不同項(xiàng)目具體計(jì)算)。從表3可見,中、低壓發(fā)電機(jī)組價(jià)格相差不大,主要差價(jià)在于供電線路。因此,對(duì)于長(zhǎng)距離供電方式,采用低壓機(jī)組的設(shè)備初投資費(fèi)用較高[4]。

1.5 根據(jù)市政電壓分析

目前,我國(guó)各省市的市政電壓不完全相同,民用建筑通常為35 kV、20 kV和10 kV。當(dāng)市政電壓為35 kV(35 kV可以降至10 kV)或10 kV時(shí),柴油發(fā)電機(jī)的選擇可不考慮市政電壓的影響,采用10 kV或0.4 kV均可。而當(dāng)市政電壓為20 kV時(shí),柴油發(fā)電機(jī)宜優(yōu)先選擇額定電壓為0.4 kV機(jī)組。如果選擇采用10 kV柴油發(fā)電機(jī),由于其輸出電壓與市政電壓不同,無(wú)法共用變壓器,則需設(shè)置專用的應(yīng)急變壓器,而該變壓器長(zhǎng)期處于停用狀態(tài)。根據(jù)相關(guān)要求,變壓器停運(yùn)滿1個(gè)月,在恢復(fù)送電前應(yīng)測(cè)量絕緣電阻,合格者方可投入運(yùn)行;擱置或停運(yùn)6個(gè)月以上的變壓器,投入前應(yīng)做絕緣電阻和絕緣油耐壓試驗(yàn)。因此,設(shè)置專用應(yīng)急變壓器給今后運(yùn)行維護(hù)增加諸多麻煩,應(yīng)急供電系統(tǒng)的可靠性隨之降低。

1.6 其他因素

在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中,柴油發(fā)電機(jī)組的選擇除考慮自身專業(yè)的要求外,還受到其他相關(guān)專業(yè)的影響。

(1) 根據(jù)規(guī)范要求,民用建筑內(nèi)的柴油發(fā)電機(jī)房不應(yīng)布置在人員密集場(chǎng)所的上一層、下一層或貼鄰。因此,實(shí)際工程中,當(dāng)受建筑功能影響,分散設(shè)置的低壓柴油發(fā)電機(jī)房無(wú)法避開人員密集場(chǎng)所時(shí),在綜合分析經(jīng)濟(jì)、效益合理的情況下,可考慮集中設(shè)置高壓柴油發(fā)電機(jī)。

(2) 建筑師通常對(duì)建筑物的立面效果要求很高,對(duì)于會(huì)影響建筑物立面的機(jī)電設(shè)施在設(shè)計(jì)中往往會(huì)遮擋起來(lái),而煙囪是最難處理的部分,且煙囪位置受排放高度、風(fēng)向等因素的影響。在占地面積很大的工程中,如果分區(qū)設(shè)置低壓柴油發(fā)電機(jī)的煙囪影響建筑效果時(shí),也可考慮設(shè)置高壓柴油發(fā)電機(jī)。

2 綜合分析對(duì)比

通過(guò)以上分析,中低壓柴油發(fā)電機(jī)選用綜合比較如表4所示。

表4 中低壓柴油發(fā)電機(jī)選用綜合比較

3 案例分析

實(shí)際項(xiàng)目比較分析如表5所示。

4 結(jié) 語(yǔ)

低壓柴油發(fā)電機(jī)與中壓柴油發(fā)電機(jī)相比,有較多的優(yōu)勢(shì),與正常電源組成的應(yīng)急供電系統(tǒng)相對(duì)成熟、可靠,后期運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單。因此,在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中技術(shù)可行的前提下,可優(yōu)先考慮選用低壓柴油發(fā)電機(jī),同時(shí)應(yīng)根據(jù)不同的工程特點(diǎn),通過(guò)綜合分析比較,確定適合項(xiàng)目特點(diǎn)、滿足項(xiàng)目要求的柴油機(jī)組。

表5 實(shí)際項(xiàng)目比較分析

[1]中國(guó)航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].4版.北京:中國(guó)電力出版社,2016.

[2]民用建筑電氣防火設(shè)計(jì)規(guī)程:DGJ08-2048—2016[S].

[3]住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部工程質(zhì)量安全監(jiān)管司,中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院.全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施[M].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社出版,2009.

[4]王金元.《超限高層建筑中柴油發(fā)電機(jī)組電壓等級(jí)的選擇》技術(shù)研討會(huì)總結(jié)[J].智能建筑電氣技術(shù),2011,5(4):6-8.