超高层建筑柴油发电机组电压选择分析

重庆市设计院 王 捷



超高层建筑柴油发电机组电压选择分析

重庆市设计院 王 捷

【摘要】通过对超高层建筑电压质量分析，以及不同电压等级柴油发电机在超高层建筑中的技术经济比较，总结了超高层建筑柴油发电机选择的设计对策，以供类似超高层建筑电气设计时参考。

【关键词】超高层建筑；柴油发电机组；电压选择

1 超高层建筑设置柴油发电机作为备用电源

随着我国经济的高速发展，超高层建筑越来越多，由于其建筑体量大，功能复杂，用电负荷大，供电要求高，供电距离长，为了保证消防负荷及其它重要负荷用电，除市电电源应满足规范要求外，还需设置柴油发电机作为备用电源。

1.1 现行规范要求

JGJ16-2008《民用建筑电气设计规范》第3.2.8条规定：“一级负荷应由两个电源供电，当一个电源发生故障时，另一电源不应同时受到损坏。”，第3.3.1条第4款规定“当符合下列条件之一时，用电单位宜设置自备电源：

1）一级负荷中含有特别重要负荷；

2）设置自备电源比从电力系统取得第二电源经济合理或第二电源不能满足一级负荷的要求；

3）所在地区偏僻且远离电力系统，设置自备电源作为主电源经济合理。”

1.2 备用电源方案

方案一，供电网络中独立于正常电源的专用馈电线路；方案二，独立于正常电源的发电机组；方案三，蓄电池组。

超高层建筑一般建于城市中心，获得两个电源问题不大，但如果需要获得专用的市电备用电源回路，一方面是外线投资高，另一方面在某些极端情况下市电电网发生大规模停电事故，专用备用电源也得不到保证，因此一般不考虑方案一。方案三，由于超高层建筑应急负荷多，而蓄电池组供电时间有限，要保障大容量的应急负荷长时间供电，蓄电池组的造价、占地及污染等问题难以解决，除数据中心采用蓄电池组作为备用电源外，超高层建筑不采用蓄电池组作为备用电源。最终选择方案二，柴油发电机作为超高层建筑备用电源，主要原因如下：

1）项目建设方及使用管理方的特殊要求；

2）大量工程实践证明，对于应对市电丢失的情况，为维持正常营运，柴油发电机组作为备用电源仍为最可靠的电源，且技术上可行，经济上合理；

3）国内已建成的超高层建筑绝大多数都使用柴油发电机作为备用电源。

2 柴油发电机组电压的选择

2.1 建筑高度为 300米及以下时，应采用低压柴油发电机组

0.6/1k V交联聚乙烯电力电缆最大传输长度可达 500米及以上；630A密集型封闭母线槽最大传输长度可达500米及以上，800A、1000A可 430米。通常超限高层建筑的低压传输干线是由电力电缆和密集型封闭母线槽组成，综合考虑传输干线长度为450米。由柴油机房或变电所至配电小间或竖井的水平距离如为150～200米，则垂直距离就为250～300米。

2.2 建筑高度为300～400米之间时，宜采用低压柴油发电机组

当建筑高度为300～400米之间时，根据线路电压降的计算，在相同的电压降下，增加电缆的截面或降低电缆的承载电流就可以增加传输距离。如，计算电流为600A，在选择1000A的密集型母线槽的情况下，590米为最大传输距离。另外低压柴油发电机组出口电压可手动调整，调整范围一般为360～440 V,当末端电压降超过规范要求的限值时，可通过调整柴油发电机组出口电压来满足要求。

2.3 当建筑高度400米及以上时，宜采用高压柴油发电机组

（1）宜采用分区供电方式，低区及中区采用低压柴油发电机组，高区采用高压柴油发电机组。

（2）消防负荷采用高压柴油发电机组过于复杂，可靠性降低。

如果使用高压柴油发电机组通过变压器供电，当市电停电而后转用柴油发电机发电，运行时间达不到30秒。因此，应尽量缩短操作时间并作如下操作:

1）对于超限高层宜在火灾初期启动柴油发电机组，并空载运行热备用；

2）柴油发电机组与市电回路设置备自投；

3）在屋面上设置低压柴油发电机组，缩短供电半径，提高供电质量。但需解决好油路、建筑防火以及机组震动等问题，由于荷载增加，基础到梁板柱均要加强，土建造价增加，总投资可能会大于采用高压柴油发电机。低压柴油发电机组上楼设置，现行规范没有明确规定，因此应征得当地消防部门的同意和批准。

3 工程案例

3.1 工程概况

重庆某超高层建筑，总建筑面积约21万平方米，建筑主体高度约339米，地下5层，地上78层（其中裙楼9层，塔楼69层），主要功能为车库、商业、办公等，避难层设在9、25、39、59层, -5～9层为低区；10～39层为中区；40～78层为高区。

3.2 负荷等级

一级负荷：电信及网络系统电源、消防设备用电（消防控制室、消防电梯、消防水泵、送排烟风机等）、安全防范系统、应急照明及疏散指示、 公共走道、客梯、生活泵等。

二级负荷：扶梯、厨房动力、裙房商业空调用电等。三级负荷：一般照明用电、办公空调用电等。

3.3 变电所设置

结合建筑布局及负荷分配情况，本工程共设置一个10 kV 高压配电所，9个10/0.4 kV变电所，其中1～3号变电所设在地下层供裙房用电，4～9号变电所设在避难层供塔楼用电，变压器总安装容量为17400 kVA。

3.4 自备柴油发电机系统

3.4.1 柴油发电机组电压选择

为了保证一级负荷以及重要负荷的双电源供电，该工程采用两路10 kV电源作主电源，在负一层设置二套常用容量为1000 kW 的低压柴油发电机组作为一级负荷以及重要负荷的备用电源，1号柴油发电机为低区及中区备用电源，2号柴油发电机为高区备用电源。

3.4.2 线路末端电压

低区 -5～9层供电距离约150米，中区10～39层供电距离约150～230米，分别对低区及中区末端线路电压进行计算，采用低压柴油发电机，完全能满足末端线路电压降的要求。高区40～78层供电距离约230～400米，通过对高区末端线路电压进行计算，需要采取下列措施才能满足末端线路电压降的要求：

1）适当提高低压柴油发电机出口电压；

2）增大高区用电回路出线电缆或母线规格。

4 结束语

超高层建筑柴油发电机组电压等级的选择，应根据每个工程的实际情况，进行详细的技术经济比较，除了需要满足现行规范的要求外，还要满足项目建设方及使用管理方的特殊要求。

参考文献

[1]钱梓楠,罗武,廖述龙.超高层建筑柴油发电机组电压选择分析[J].现代建筑电气,2015(10):11-16.

[2]傅勇平,万伟红.超高层建筑柴油发电机出口电压的选择[J].建筑电气,2012(5):44-50.

[3]李炳华.超高层建筑中柴油发电组若干问题的思考[J].智能建筑电气技术,2009(6):1-4.