大型新能源公交汽車庫供配電系統(tǒng)設(shè)計

(上海城市交通設(shè)計院有限公司, 上海 200025)

0 引 言

目前,國家十三五規(guī)劃把新能源汽車產(chǎn)業(yè)定義為新型戰(zhàn)略支柱產(chǎn)業(yè),國務(wù)院相關(guān)政策明確新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展將以純電驅(qū)動為新能源汽車發(fā)展和汽車工業(yè)轉(zhuǎn)型的主要戰(zhàn)略取向。在這樣的背景下,要亟待加快推進新能源公交汽車庫充電設(shè)施建設(shè),滿足日益增長的新能源公交車的停放、充電、保養(yǎng)及后勤的需求。

新能源公交汽車庫是涉及區(qū)域公交線網(wǎng)的重要后勤保障設(shè)施,其使用質(zhì)量對整個大地區(qū)的公交安全運營及公交服務(wù)水平有著直接及顯著影響。

1 設(shè)計依據(jù)

參與新能源公交汽車庫設(shè)計的專業(yè)有建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、暖通空調(diào)、強電、弱電、景觀、裝飾等專業(yè),供配電設(shè)計需與各專業(yè)充分配合。

與新能源公交汽車庫供配電設(shè)計有關(guān)的規(guī)范有GB 50053—2013《20 kV及以下變電所設(shè)計規(guī)范》[1]、GB 50052—2009《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》[2]、GB 50016—2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》[3]、GB 50067—2014《汽車庫、修車庫、停車場設(shè)計防火規(guī)范》[4]、JGJ 243—2011《交通建筑電氣設(shè)計規(guī)范》[5]、GB 50966—2014《電動汽車充電站設(shè)計規(guī)范》[6]、GB/T 29781—2013《電動汽車充電站通用要求》等。

2 負(fù)荷分級

2.1 汽車庫(不包括充電基礎(chǔ)設(shè)施)的負(fù)荷等級

汽車庫的負(fù)荷等級與其分類息息相關(guān),所以在確定負(fù)荷等級前須明確汽車庫建筑的分類。根據(jù)GB 50067—2014《汽車庫、修車庫、停車場設(shè)計防火規(guī)范》第3.0.1條:根據(jù)停車數(shù)量和總建筑面積,汽車庫分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四類。這是因為汽車庫建筑發(fā)生火災(zāi)后火災(zāi)損失的大小,主要是按照燒毀車庫中車輛的數(shù)量確定的。

表1 汽車庫的分類

汽車庫的負(fù)荷設(shè)備包括消防電梯、消防水泵、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)、自動滅火系統(tǒng)、防排煙設(shè)備、消防應(yīng)急照明、疏散指示標(biāo)志和電動的防火門窗、卷簾、閥門等消防用電設(shè)備。汽車庫的負(fù)荷等級如下:

(1) 一級負(fù)荷,包括Ⅰ類汽車庫的消防用電設(shè)備,采用汽車專用升降機作車輛疏散出口的升降機,機械停車設(shè)備。

(2) 二級負(fù)荷,包括Ⅱ、Ⅲ類汽車庫的消防用電設(shè)備。

(3) 三級負(fù)荷,包括Ⅳ類汽車庫的消防用電設(shè)備。

值得注意的是,若汽車庫建筑屬于一類高層建筑,走道照明、值班照明、警衛(wèi)照明、航空障礙燈、主要業(yè)務(wù)和計算機系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、電子信息設(shè)備機房、客梯、排污泵、生活水泵屬于一級負(fù)荷用電設(shè)備。若汽車庫建筑屬于二類高層建筑,主要通道及樓梯間照明用電、客梯用電、排污泵、生活水泵屬于二級負(fù)荷用電設(shè)備。

另外,建議一項工程負(fù)荷分級不宜超過二級,以免人為造成供電系統(tǒng)復(fù)雜化。

2.2 汽車庫充電基礎(chǔ)設(shè)施的負(fù)荷等級

根據(jù)供電可靠性及中斷供電所造成的損失或影響程度,充電基礎(chǔ)設(shè)施用電負(fù)荷等級應(yīng)符合現(xiàn)行國家規(guī)范GB 50052—2009《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定。建議大型新能源公交汽車庫充電基礎(chǔ)設(shè)施的負(fù)荷等級不低于二級。參考DG/TJ 08-2093—2017《電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)技術(shù)規(guī)范》(送審稿),充電基礎(chǔ)設(shè)施的負(fù)荷等級如下:一級負(fù)荷,重要用戶的充電設(shè)施;二級負(fù)荷,重要用戶的專用充電設(shè)施,公交服務(wù)領(lǐng)域等重要的專用充電設(shè)施;三級負(fù)荷,一般用戶的自用、專用及公用充電設(shè)施。

3 供電系統(tǒng)

3.1 汽車庫供電電源的配置(不包括充電基礎(chǔ)設(shè)施)

一級負(fù)荷應(yīng)由雙重電源供電。二級負(fù)荷的供電系統(tǒng)盡可能采用兩回線路供電。三級負(fù)荷供電是建筑供電的最基本要求,有條件的建筑要盡量通過設(shè)置2臺終端變壓器來保證建筑的消防用電。

3.2 汽車庫充電基礎(chǔ)設(shè)施供電電源的配置

一級重要用戶的充電設(shè)施具備兩路電源供電條件,兩路電源應(yīng)當(dāng)來自兩個不同的變電站,當(dāng)一路電源發(fā)生故障時,另一路電源能保證獨立正常供電。

二級重要用戶的專用充電設(shè)施,宜采用雙回路供電,兩回進線應(yīng)來自不同電源變電站或同一變電站的不同母線段。公交服務(wù)領(lǐng)域等重要的專用充電設(shè)施可參照二級重要用戶的供電電源配置,宜采用雙回路供電,且當(dāng)其中一個回路發(fā)生故障時,另一回路能保證60%充電負(fù)荷正常供電。

一般用戶的自用、專用及公用充電設(shè)施可采用單電源供電。

4 工程實例

某省綜合車場總建筑面積為46 050 m2,其中地上建筑面積為32 000 m2,地下建筑面積為14 050 m2,公交車可停320輛,小車可停74輛,保養(yǎng)工位8個。根據(jù)表1規(guī)定和上述負(fù)荷分級分析,該工程屬于I類大型汽車庫,按照一級負(fù)荷的供電要求設(shè)計。

4.1 用電負(fù)荷估算

根據(jù)負(fù)荷特點和經(jīng)濟運行,變壓器臺數(shù)和容量的選擇見下列表格。

4.1.1 汽車庫用電負(fù)荷(不包括充電基礎(chǔ)設(shè)施)估算

該工程計算負(fù)荷是按照變配電間母線劃分的。統(tǒng)計汽車庫用電負(fù)荷時,除了按照常規(guī)計算照明、動力等負(fù)荷外,還應(yīng)注意車庫提升設(shè)備,這三種負(fù)荷應(yīng)盡量由不同變壓器供電。同時根據(jù)相關(guān)需求適當(dāng)預(yù)留室外用電(如室外景觀照明、大屏幕等)。大型新能源公交汽車庫存在水幕噴淋泵、雨淋泵等汽車庫專用消防設(shè)備,相應(yīng)的消防負(fù)荷備用電源需要預(yù)留足夠容量。

T1負(fù)荷計算表如表2所示。T2負(fù)荷計算表如表3所示。

表2 T1負(fù)荷計算表

備:變壓器應(yīng)選容量為2 000 kVA;無功補償容量為471 kvar

表3 T2負(fù)荷計算表

備:變壓器應(yīng)選容量為2 000 kVA;無功補償容量為457 kvar

根據(jù)以上分析,整個汽車庫(不包括充電基礎(chǔ)設(shè)施)負(fù)荷需求為4 000 kVA。

4.1.2 汽車庫充電基礎(chǔ)設(shè)施用電負(fù)荷估算

充電基礎(chǔ)設(shè)施負(fù)荷是大型新能源公交汽車庫的專用負(fù)荷,其負(fù)荷量較大,且其需要系數(shù)也相對較大,在其他公共建筑中較少見,因此在設(shè)計中需要予以全面考慮,以避免漏算負(fù)荷。充電機總?cè)萘坑嬎愎綖?/p>

式中:K——同時系數(shù),公交服務(wù)領(lǐng)域等重要的專用充電設(shè)施,取0.9;

n——充電機的臺數(shù);

P——充電機的輸出功率;

cosφ——功率因數(shù),應(yīng)達到0.9以上;

η——充電機工作效率,應(yīng)達到0.9以上。

充電基礎(chǔ)設(shè)施負(fù)荷計算表如表4所示。

根據(jù)以上分析,整個汽車庫的充電基礎(chǔ)設(shè)施負(fù)荷需求為16 000 kVA。

表4 充電基礎(chǔ)設(shè)施負(fù)荷計算表

變壓器應(yīng)選容量為1 600 kVA;無功補償容量為8 kvar，該工程共10個機械停車單元，總計算負(fù)荷為16 000 kVA

4.2 配電系統(tǒng)方案

根據(jù)上述負(fù)荷分級和負(fù)荷計算,盡早與建設(shè)方溝通,向當(dāng)?shù)毓╇姴块T取得原始設(shè)計資料,確定配電系統(tǒng)方案:

(1) 根據(jù)工程所在當(dāng)?shù)毓╇娋值囊?用戶申請總?cè)萘啃∮?0 000 kVA,采用10 kV電壓供電;用戶申請總?cè)萘?0 000 kVA及以上時,采用110 kV電壓供電。

(2) 確定每一路10 kV專線負(fù)荷不能超過5 000 kVA;采用雙回路供電,供電部門收取高可靠性電源保障費等。

(3) 根據(jù)負(fù)荷計算表,合理確定從市電引入幾路進線。為了節(jié)約投資,如一、二級負(fù)荷的容量較小,可采用柴油發(fā)電機組作為應(yīng)急備用電源。

該工程在-1F設(shè)1座電業(yè)開關(guān)站和6座10 kV主配電室,汽車庫負(fù)荷由供電部門提供2路10 kV高壓電源,每一路容量為4 000 kVA。該工程汽車庫負(fù)荷除兩路市電外,還設(shè)置柴油發(fā)電機作為應(yīng)急電源。充電設(shè)施負(fù)荷由供電部門提供2路10 kV高壓電源,每一路容量為3 200 kVA。

供電電源及變配電間的設(shè)置如表5所示。

設(shè)12臺10/0.4 kV變壓器,系統(tǒng)變壓器高壓側(cè)采用單母線分段運行方式。變壓器低壓側(cè)采用單母線分段運行方式,中間設(shè)置母聯(lián)開關(guān),母聯(lián)開關(guān)設(shè)手動轉(zhuǎn)換功能。正常情況下,母聯(lián)開關(guān)處于斷開位置,變壓器分列運行。當(dāng)一臺變壓器因故障退出運行時,對應(yīng)的變壓器進線主開關(guān)跳閘,切換非保證負(fù)荷供電,手動合上母聯(lián)開關(guān),有選擇地向故障段母線供電,維持工程全部一級負(fù)荷的供電。低壓主進斷路器與母聯(lián)開關(guān)之間設(shè)電氣聯(lián)鎖,任何情況下只能合其中的兩個斷路器,以確保變壓器不并列運行。

表5 供電電源及變配電間的設(shè)置

對于大型、重要的交通建筑,變壓器的長期工作負(fù)荷率宜為60%～75%。

該工程采用放射式和樹干式相結(jié)合的配電方式。對于單臺容量較大的負(fù)荷和重要負(fù)荷采用放射式供電,如冷凍機組、冷凍泵、冷卻泵、生活泵、電梯等采用放射式供電;對用電量較大的照明配電系統(tǒng),利用在強電豎井內(nèi)的預(yù)制分支電纜配電給各層照明配電箱,以便于安裝和降低能耗;消防負(fù)荷與非消防負(fù)荷供電應(yīng)在汽車庫配電室總配電箱處分開,消防負(fù)荷采用專路電源供電,并在末端作雙電源自動切換。整座汽車庫供電干線按照防火分區(qū)供電[7-8]。

5 結(jié) 語

與其他民用建筑相比,大型新能源公交汽車庫建筑面積不是很大,但汽車庫用電申請容量巨大,用電設(shè)備種類繁多,供配電系統(tǒng)設(shè)計相對復(fù)雜。本文對大型新能源公交汽車庫供配電系統(tǒng)設(shè)計過程中碰到的難點及解決方案進行探討,為類似大型新能源公交汽車庫建筑的設(shè)計提供參考。

[1]20kV及以下變電所設(shè)計規(guī)范:GB50053—2013[S].

[2]供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范:GB50052—2009[S].

[3]建筑設(shè)計防火規(guī)范:GB50016—2014[S].

[4]汽車庫、修車庫、停車場設(shè)計防火規(guī)范:GB50067—2014[S].

[5]交通建筑電氣設(shè)計規(guī)范:JGJ243—2011[S].

[6]電動汽車充電站設(shè)計規(guī)范:GB50966—2014[S].

[7]張逸峰.五星級酒店供配電設(shè)計探討[J].現(xiàn)代建筑電氣,2017,8(6):26-31.

[8]邱春玲.大型商業(yè)綜合體供配電系統(tǒng)設(shè)計[J].現(xiàn)代建筑電氣,2017,8(1):23-27.