某公共安全應(yīng)急救援指揮中心的電氣設(shè)計(jì)探討*

李山山, 王 冉

(濱州市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司, 山東 濱州 256602)

0 引 言

某公共安全應(yīng)急救援指揮中心位于山東省某市城市中心地帶,地理位置優(yōu)越,建筑面積為10 039.96 m2,建筑高度為30.55 m。該建筑物共8層,其中地上7層、地下1層,地下1層為槍庫(kù)及值班室,風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為二級(jí),安全防護(hù)等級(jí)為二級(jí)。1F、2F的東西裙房為指揮中心及會(huì)議室,主樓部分為功能房間;其余標(biāo)準(zhǔn)層均為辦公用房及機(jī)要用房。根據(jù)GB 50016—2014(2018年版)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》[1]第5.1.1條,該工程屬于應(yīng)急管理局一類(lèi)高層辦公建筑,配電室、消防控制室(兼安防控制室)設(shè)置在1F,網(wǎng)絡(luò)機(jī)房設(shè)置在4F。

1 變配電系統(tǒng)

1.1 負(fù)荷等級(jí)

根據(jù)GB 50052—2009《供配電設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]第3.0.1條及應(yīng)急管理局的要求,主要用電負(fù)荷分級(jí)如表1所示。

表1 主要用電負(fù)荷分級(jí)

1.2 供電電源

考慮到使用功能的特殊性,該工程擬采用兩路獨(dú)立的高壓市政電源以保障供電。由于受到當(dāng)?shù)厥姓l件的影響,暫時(shí)不具備滿(mǎn)足設(shè)置兩路電源條件。經(jīng)過(guò)與建設(shè)單位溝通,采用以下方法加以解決:由當(dāng)?shù)毓╇姴块T(mén)提供一路專(zhuān)線(xiàn),保障消防及其他重要負(fù)荷。另設(shè)一臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)作為備用電源,要求市電停電時(shí)在0～30 s自啟動(dòng)。同時(shí),一級(jí)負(fù)荷中特別重要負(fù)荷增設(shè)UPS電源。

1.3 負(fù)荷計(jì)算

該工程功能復(fù)雜,使用條件較高,其用電負(fù)荷的計(jì)算需要多個(gè)單位共同完成:其指揮大廳及接警中心的LED顯示屏、機(jī)房、音響都屬于工藝設(shè)計(jì)范疇,此部分負(fù)荷由建設(shè)方委托專(zhuān)業(yè)的工藝設(shè)計(jì)人員提前提供,并留有一定裕量;空調(diào)等設(shè)備用電由暖通專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員提供;其他用電根據(jù)19DX101-1《建筑電氣常用數(shù)據(jù)》表3.28估算。用電負(fù)荷估算如表2所示。

1.4 變配電系統(tǒng)方案

負(fù)荷估算完畢后,再確定變配電系統(tǒng)方案。確定變配電系統(tǒng)方案后,進(jìn)行配電室預(yù)留及柴發(fā)容量選擇。經(jīng)過(guò)與建設(shè)單位溝通,最終選擇箱式變電站以節(jié)約辦公樓面積。將柴發(fā)機(jī)房設(shè)于樓一側(cè)并與箱式變電站一起建設(shè)。根據(jù)負(fù)荷等級(jí)、負(fù)荷估算并結(jié)合當(dāng)?shù)厥姓╇妼?zhuān)線(xiàn)條件,10 kV主接線(xiàn)采用單母線(xiàn)不分段運(yùn)行方式,設(shè)柴油發(fā)電機(jī)作為備用電源[3-4]。結(jié)合建筑特點(diǎn)及負(fù)荷估算,本工程在低壓變配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)著重考慮以下4個(gè)方面。

(1) 根據(jù)用電負(fù)荷運(yùn)行特點(diǎn)將其適當(dāng)分組,在運(yùn)行中根據(jù)負(fù)荷變化投切相應(yīng)變壓器。采用上述方式對(duì)減少變壓器損耗、節(jié)約電能等方面具有積極的意義。以本設(shè)計(jì)為例,分別設(shè)置1#與2#兩臺(tái)變壓器。其中,1#變壓器供照明、指揮大廳、電梯、末端空調(diào)設(shè)備用;2#變壓器供中央空調(diào)外機(jī)用,不使用空調(diào)的季節(jié)可以停用,以減少變壓器空載損耗。

(2) 對(duì)建筑物諧波源較多的供配電系統(tǒng),選用D,yn11接線(xiàn)組別的配電變壓器,3次及其整數(shù)倍以上的高次諧波可以在變壓器的一次側(cè)形成環(huán)流,有利于限制高次諧波。同時(shí),對(duì)指揮大廳調(diào)光裝置采取有效的諧波抑制措施。

(3) 采用以下方式以保障電源安全及能夠連續(xù)供電:指揮大廳及110接警機(jī)房、弱電機(jī)房設(shè)置相對(duì)獨(dú)立的電源供電;配電室設(shè)電源雙切柜,電源分別引自變壓器低壓側(cè)、柴油發(fā)電機(jī)控制屏,機(jī)房電源引自該電源雙切柜。此外,在機(jī)房單獨(dú)設(shè)置UPS電池組,以確保電源安全、不間斷。

(4) 高低壓主接線(xiàn)示意圖如圖1所示。由圖1可知:① 正常運(yùn)行情況下QF3斷開(kāi),QF1、QF2合閘,N1T和N2T分列運(yùn)行,N-1與N-2母線(xiàn)間設(shè)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)QF3,當(dāng)一路電源故障時(shí),通過(guò)手/自操作聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān),另一路電源負(fù)擔(dān)全部一、二級(jí)負(fù)荷。N1T為N-1段母線(xiàn)供電,N2T為N-2、N-G1、N-G2段母線(xiàn)供電。備用電源不投入運(yùn)行。② 當(dāng)市電電源出現(xiàn)故障時(shí),備用電源投入運(yùn)行。當(dāng)QF1、QF2電源側(cè)均故障時(shí),QF1、QF2分閘,備用電源投入運(yùn)行,為N-G1、N-G2段母線(xiàn)供電。③ QF1、QF2、QF3之間必須設(shè)置可靠聯(lián)鎖,任何時(shí)候至多有2個(gè)斷路器合閘。

1.5 諧波治理

4F設(shè)置的專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)機(jī)房存在大量電子設(shè)備,設(shè)備運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的高次諧波。這些高次諧波的存在,會(huì)使電壓、電流波形產(chǎn)生畸變,從而影響供電質(zhì)量。針對(duì)上述問(wèn)題,該工程采用就地補(bǔ)償?shù)姆椒右越鉀Q,即按設(shè)備工作電流乘以諧波畸變率,得到諧波電流有效值,然后根據(jù)電流有效值選擇相應(yīng)的三相濾波器。

1.6 無(wú)功補(bǔ)償

該工程采用自然功率因數(shù)高的電氣設(shè)備,如采用功率因數(shù)高的LED驅(qū)動(dòng)器等。當(dāng)采用提高自然功率因數(shù)的措施后仍達(dá)不到電網(wǎng)合理運(yùn)行要求時(shí),則采用并聯(lián)電力電容器作為無(wú)功補(bǔ)償裝置,在箱式變電站內(nèi)集中補(bǔ)償。

2 應(yīng)急照明系統(tǒng)

應(yīng)急照明是在正常狀態(tài)下因正常照明電源的失效而啟用的照明,或者在火災(zāi)等緊急狀態(tài)下按預(yù)設(shè)邏輯和時(shí)序而啟用的照明。根據(jù)國(guó)家GB 50034—2013《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》,應(yīng)急照明分為三類(lèi):備用照明、安全照明、疏散照明。其中,備用照明是用于確保正?；顒?dòng)繼續(xù)或暫時(shí)繼續(xù)進(jìn)行的應(yīng)急照明;安全照明是用于確保處于潛在危險(xiǎn)之中的人員安全的應(yīng)急照明;疏散照明是用于確保疏散通道被有效地辨認(rèn)和使用的應(yīng)急照明。

2.1 備用照明

備用照明分為消防備用照明和重要場(chǎng)所非消防備用照明。消防備用照明主要用于配電室、消防控制室、自備發(fā)電機(jī)房等火災(zāi)時(shí)仍需工作或值守的場(chǎng)所。消防備用照明要求與正常照明具有相同照度,并應(yīng)保證供電的可靠性。消防備用照明與正常照明兼用相同燈具,采用主電源和備用電源切換后供電。非消防備用照明對(duì)重要建筑物尤其是人員密集的高大空間、具有重要功能的特定場(chǎng)所的照明系統(tǒng)提出了更高的要求。除正常照明和消防應(yīng)急照明外,非消防備用照明設(shè)置了一部分照明用來(lái)確保正常照明失效時(shí)能使正?；顒?dòng)繼續(xù)或暫時(shí)繼續(xù)進(jìn)行。該工程110接警中心和指揮大廳、加密會(huì)議室照明均屬于非消防備用照明。

2.2 安全照明

安全照明是用于確保處于潛在危險(xiǎn)之中的人員安全的應(yīng)急照明,該工程不涉及。

2.3 疏散照明

疏散照明是為發(fā)生火災(zāi)時(shí)人員疏散和仍需工作的場(chǎng)所提供的照明和疏散指示。該工程采用集中控制型系統(tǒng),將其控制器設(shè)置于消防控制室內(nèi)。選擇集中電源供電方式,將電源集中設(shè)于電井內(nèi)。燈具的主電源和蓄電池電源由集中電源提供,燈具主電源和蓄電池電源在集中電源內(nèi)部實(shí)現(xiàn)輸出轉(zhuǎn)換后由同一配電回路為燈具供電。水平照度的計(jì)算公式由下式確定

式中:Eh——點(diǎn)光源在水平面點(diǎn)上產(chǎn)生的水平照度;

Iθ——點(diǎn)光源照射方向的光強(qiáng);

h——點(diǎn)光源至被照面計(jì)算點(diǎn)的距離;

cosθ——被照面通過(guò)點(diǎn)光源的法線(xiàn)與入射光線(xiàn)夾角的余弦值;

K——燈具維護(hù)系數(shù)。

根據(jù)GB 51309—2018《消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[5]要求,該工程樓梯間、消防電梯前室地面水平照度≥5.0 lx,超過(guò)400 m2的辦公大廳及會(huì)議室地面水平照度≥3.0 lx,疏散走道、配電室、消控室、發(fā)電機(jī)房地面的水平照度≥1.0 lx。對(duì)于區(qū)域場(chǎng)所,按照有無(wú)疏散路徑進(jìn)行劃分:有疏散路徑時(shí),按疏散路徑確定照度測(cè)量范圍;無(wú)疏散路徑時(shí),按區(qū)域四周各減少500 mm確定照度測(cè)量范圍。照度是點(diǎn)照度值,此值與燈具配光、效能有關(guān)。工程水平照度設(shè)計(jì)如圖2所示。

以走廊照度計(jì)算為例:h=4.6 m(吊頂高度3.0 m,取兩燈最遠(yuǎn)點(diǎn)),cosθ=0.65,則θ=49°;查文獻(xiàn)[6]表25-28,Iθ=36 cd,則兩燈在此點(diǎn)的照度Eh=1.1 lx>1.0 lx,滿(mǎn)足要求。

設(shè)置在距地面8 m以下的燈具采用A型燈具,大廳及指揮大廳超過(guò)8 m的部位燈具采用B型燈具。對(duì)于A(yíng)型消防應(yīng)急燈具,電源線(xiàn)與控制線(xiàn)可以采用二總線(xiàn),即電源線(xiàn)與控制線(xiàn)采用兩根線(xiàn)。如不采用二總線(xiàn),則電源線(xiàn)與控制線(xiàn)應(yīng)采用共管敷設(shè)。對(duì)于B型集中控制型消防應(yīng)急燈具,每個(gè)燈具應(yīng)具有2根電源線(xiàn)和2根通信線(xiàn)。如果應(yīng)急照明集中電源或應(yīng)急照明配電箱的通信回路與電源回路均采用了安全隔離措施并滿(mǎn)足了電磁兼容要求,同時(shí)電源線(xiàn)路電壓等級(jí)、線(xiàn)路絕緣等級(jí)與控制回路保護(hù)等級(jí)均滿(mǎn)足要求,則電源線(xiàn)和通信線(xiàn)可共管敷設(shè),否則應(yīng)分管敷設(shè)。

3 結(jié) 語(yǔ)

作為當(dāng)?shù)刂匾墓步ㄖ?首先在嚴(yán)格按照規(guī)范規(guī)定的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì),然后優(yōu)化配電系統(tǒng),采用節(jié)能燈具及電氣設(shè)備,以達(dá)到節(jié)能環(huán)保的要求。后期隨著工藝設(shè)計(jì)、 裝修設(shè)計(jì)的深入,還將與各專(zhuān)業(yè)公司協(xié)調(diào)配合,并對(duì)供配電、電力設(shè)計(jì)進(jìn)一步進(jìn)行認(rèn)真核算。