中低压柴油发电机在大型公共建筑中的选择

王 斌

(华东建筑设计研究院有限公司, 上海 200002)

0 引 言

近年来,随着我国建筑业的飞速发展,建筑面积25万m2以上的大型商业综合体建筑、250 m以上的超高层民用建筑已很常见。此类建筑火灾危险性大,人员疏散及消防扑救困难,消防要求非常严格。建筑物内的消防设备,作为火灾发生时能快速响应的自救设施,为保证其火灾时的正常运行,其供电可靠性显得尤为重要,设计中通常会设置自备柴油发电机作为消防设备的备用电源[1]。目前,我国常见的柴油发电机额定输出电压有0.4 kV和10 kV两种,而不同类型建筑中选用何种电压等级的柴油发电机,国家相关规范尚未做出明确规定。

本文通过多年来的项目经验总结,对中低压柴油发电机选用做了一些总结,以期为电气设计人员提供参考。

1 柴油发电机选用分析

1.1 供电系统主接线分析

0.4 kV柴油发电机与市电组成的供电系统比较常见,接线示意图一如图1所示。

图1 接线示意图一

图1中,0.4 kV柴油发电机在0.4 kV侧与市电进行电源切换,系统接线简单,操作方便,系统可靠性高。

10 kV柴油发电机与市电组成的供电系统有两种接线形式,接线示意图二和接线示意图三如图2、图3所示。

图2中,10 kV柴油发电机在10 kV侧与市电进行电源切换,与市电共用变压器,具有如下特点。

图2 接线示意图二

图3 接线示意图三

(1) 未设置专用变压器,变电所面积较小。

(2) 应急系统的变压器平时正常运行,降低应急状态变压器故障的可能性,可靠性较高。

(3) 系统接线复杂,操作复杂,对维护人员要求高。

(4) 发电机容量无法满足终端变压器所有负载,因此发电机投入时需要切除非应急负荷。

图3中,采用10 kV柴油发电机,设置专用变压器,在0.4 kV侧与市电进行电源切换,具有如下特点:

(1) 系统接线简单,操作方便。

(2) 电源在0.4 kV侧切换,发电机投入时无需切除负荷。

(3) 设置专用变压器,变电所面积增大。

(4) 专用变压器平时不用,对运维要求很高。

(5) 专用变压器故障率增加,系统的可靠性降低。

1.2 起动时间分析

JGJ 16—2008《民用建筑电气设计规范》中规定,当市电中断供电时柴油发电机组应能自动起动,并应在30 s内向负荷供电。低压柴油发电机能够满足此要求,而当采用10 kV中压柴油发电机,通过变压器降压向负载供电,操作时间难以满足30 s内向负荷供电的要求。上海市地方标准《民用建筑电气防火设计规程》[2]中要求,中压发电机组从起动到向其正常供电的时间不应大于60 s。

1.3 电压降分析

文献[3]中要求低压供电半径一般不宜超过250 m。在超大型项目设计中,电压降是选择柴油发电机电压等级的一个重要因素。按低压柴油发电机出口端电压0.4 kV计,0.4 kV单芯矿物绝缘电缆水平排列的电压降(cosφ=0.8)如表1所示,0.4 kV三相紧密式母线槽的电压降如表2所示。

表1 0.4 kV单芯矿物绝缘电缆水平排列的电压降

由表1、表2可见,当供电距离在300 m以内时,主干线路压降<10%,可满足供配电系统末端电压380 V±5%的要求;当供电距离>400 m时,主干线路的压降>10%。因此,在实际工程中,当柴油发电机供电传输距离在300 m以内时,均可采用低压柴油发电机;当供电传输距离>400 m时,应采用中压柴油发电机。上海市地方标准DGJ 08-2048—2016中对柴油发电机的电压选择做出如下规定:当柴油发电机供电传输距离>250 m时宜选用中压柴油发电机,当供电传输距离>400 m时应选用中压柴油发电机。

表2 0.4 kV三相紧密式母线槽的电压降

1.4 初投资分析

对于相同装机容量的1 250 kVA柴油发电机,主干线采用母线槽,供电距离为300 m,估算价格比较如表3所示。

表3 估算价格比较

注：不同品牌、不同时期价格存在差异;仅考虑设备的造价。

对于占地面积大的大型商业综合体建筑,集中设置中压柴油发电机装机容量应该小于分散设置的多个低压柴油发电机的总装机容量(仅考虑一个着火点情况,根据不同项目具体计算)。从表3可见,中、低压发电机组价格相差不大,主要差价在于供电线路。因此,对于长距离供电方式,采用低压机组的设备初投资费用较高[4]。

1.5 根据市政电压分析

目前,我国各省市的市政电压不完全相同,民用建筑通常为35 kV、20 kV和10 kV。当市政电压为35 kV(35 kV可以降至10 kV)或10 kV时,柴油发电机的选择可不考虑市政电压的影响,采用10 kV或0.4 kV均可。而当市政电压为20 kV时,柴油发电机宜优先选择额定电压为0.4 kV机组。如果选择采用10 kV柴油发电机,由于其输出电压与市政电压不同,无法共用变压器,则需设置专用的应急变压器,而该变压器长期处于停用状态。根据相关要求,变压器停运满1个月,在恢复送电前应测量绝缘电阻,合格者方可投入运行;搁置或停运6个月以上的变压器,投入前应做绝缘电阻和绝缘油耐压试验。因此,设置专用应急变压器给今后运行维护增加诸多麻烦,应急供电系统的可靠性随之降低。

1.6 其他因素

在实际工程设计中,柴油发电机组的选择除考虑自身专业的要求外,还受到其他相关专业的影响。

(1) 根据规范要求,民用建筑内的柴油发电机房不应布置在人员密集场所的上一层、下一层或贴邻。因此,实际工程中,当受建筑功能影响,分散设置的低压柴油发电机房无法避开人员密集场所时,在综合分析经济、效益合理的情况下,可考虑集中设置高压柴油发电机。

(2) 建筑师通常对建筑物的立面效果要求很高,对于会影响建筑物立面的机电设施在设计中往往会遮挡起来,而烟囱是最难处理的部分,且烟囱位置受排放高度、风向等因素的影响。在占地面积很大的工程中,如果分区设置低压柴油发电机的烟囱影响建筑效果时,也可考虑设置高压柴油发电机。

2 综合分析对比

通过以上分析,中低压柴油发电机选用综合比较如表4所示。

表4 中低压柴油发电机选用综合比较

3 案例分析

实际项目比较分析如表5所示。

4 结 语

低压柴油发电机与中压柴油发电机相比,有较多的优势,与正常电源组成的应急供电系统相对成熟、可靠,后期运行维护简单。因此,在实际工程设计中技术可行的前提下,可优先考虑选用低压柴油发电机,同时应根据不同的工程特点,通过综合分析比较,确定适合项目特点、满足项目要求的柴油机组。

表5 实际项目比较分析

[1]中国航空工业规划设计研究院.工业与民用供配电设计手册[M].4版.北京:中国电力出版社,2016.

[2]民用建筑电气防火设计规程:DGJ08-2048—2016[S].

[3]住房和城乡建设部工程质量安全监管司,中国建筑标准设计研究院.全国民用建筑工程设计技术措施[M].北京:中国计划出版社出版,2009.

[4]王金元.《超限高层建筑中柴油发电机组电压等级的选择》技术研讨会总结[J].智能建筑电气技术,2011,5(4):6-8.