高度大于250m建筑柴油發(fā)電機(jī)組配電系統(tǒng)探討
發(fā)布時間：2024-05-23 點(diǎn)擊：170
2018年4月10日公安部(現(xiàn)應(yīng)急管理部)下發(fā)了公消[2018]57號文，即“關(guān)于印發(fā)《建筑高度大于250米民用建筑防火設(shè)計加強(qiáng)性技術(shù)要求(試行)》的通知”，通知強(qiáng)調(diào)相關(guān)部門需要落實的兩項工作：一、強(qiáng)化屬地管理，對符合條件的超高層建設(shè)工程所采取的“更加嚴(yán)格的防火措施”，要由各消防總隊組織專家評審;二、嚴(yán)格專家評審，各消防總隊?wèi)?yīng)在落實該《建筑高度大于250米民用建筑防火設(shè)計加強(qiáng)性技術(shù)要求(試行)》(以下簡稱“《加強(qiáng)性技術(shù)要求》”)的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)?shù)販缁鹁仍芰η闆r，對消防設(shè)計內(nèi)容進(jìn)行全方位技術(shù)審查，確保所采取的更加嚴(yán)格的防火措施能夠切實增強(qiáng)超高層建筑火災(zāi)時的自防自救能力。
大于250m的超高層建筑內(nèi)，人員眾多、疏散困難，消防設(shè)備電源的可靠性至關(guān)重要，《加強(qiáng)性技術(shù)要求》第二十四條對消防設(shè)備的負(fù)荷分級和應(yīng)急電源保障提出了更加嚴(yán)格的要求，即消防用電應(yīng)按一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷供電。應(yīng)急電源應(yīng)采用柴油發(fā)電機(jī)組，柴油發(fā)電機(jī)組的消防供電回路應(yīng)采用專用線路連接至專用母線段，連續(xù)供電時間不應(yīng)小于3.0h。
大于250 m的民用建筑消防負(fù)荷供電措施分析
民用建筑消防負(fù)荷采用專用線路、設(shè)置專用母線段的措施
根據(jù)建筑性質(zhì)、類別、規(guī)模不同，普通民用建筑中的消防負(fù)荷劃分為一、二、三級，其中，對一級負(fù)荷應(yīng)采用雙重電源供電，對其余等級的負(fù)荷，電源要求相對降低。為了提高消防設(shè)備供電可靠性，gb 50016-2014《建筑防火設(shè)計規(guī)范》(2018年版)第10. 1. 6條、第10. 1. 8條，要求采用專用線路雙電源末端自動切換供電。
gb 50016 - 2014(2018年版)第10. 1. 6條，消防用電設(shè)備應(yīng)采用專用的供電回路，當(dāng)建筑內(nèi)的生產(chǎn)、生活用電被切斷時，應(yīng)仍能保證消防用電。該條強(qiáng)調(diào)供電回路專用，主要目的是為了保證消防供電線路的可靠性。條文說明里給出了目前國內(nèi)建筑電氣工程中常見的低壓配電系統(tǒng)主接線方案，根據(jù)消防、非消防負(fù)荷是否分組設(shè)計，將系統(tǒng)劃分為不分組設(shè)計和分組設(shè)計方案。其中，不分組設(shè)計方案的特點(diǎn)是系統(tǒng)簡單，但消防負(fù)荷受非消防負(fù)荷故障的影響較大;分組設(shè)計方案中，消防負(fù)荷相對獨(dú)立，主接線相對復(fù)雜，消防負(fù)荷受非消防負(fù)荷故障影響較小，分組設(shè)計方案接線見圖1、圖2。
是從變壓器低壓側(cè)封閉母線處，通過設(shè)置單獨(dú)的主斷路器將消防電源分出，形成獨(dú)立系統(tǒng)(專用母線段)。圖2是利用低壓柴油發(fā)電機(jī)組作為消防設(shè)備的備用電源時，采用專用線路，并將消防負(fù)荷和一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷設(shè)于同一專用母線段的接線方案。這兩種分組設(shè)計的接線方案，均具有供電可靠性較高的特點(diǎn)，即當(dāng)設(shè)置于其他母線段的生產(chǎn)、生活用電(非消防負(fù)荷)被切斷時，仍能保證專用母線段上的負(fù)荷用電。
民用建筑中一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷供電措施
一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷供電在電源數(shù)量、供電措施上，較一級消防負(fù)荷更加嚴(yán)格。gb 50052 - 2009《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》第3. 0. 3條：“一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷供電，應(yīng)符合下列要求：1 除應(yīng)由雙重電源供電外，尚應(yīng)增設(shè)應(yīng)急電源，并嚴(yán)禁將其他負(fù)荷接入應(yīng)急供電系統(tǒng)。2 設(shè)備的供電電源的切換時間，應(yīng)滿足設(shè)備允許中斷供電的要求。”第3. 0. 9條：“備用電源的負(fù)荷嚴(yán)禁接入應(yīng)急供電系統(tǒng)。”
由于特別重要負(fù)荷的容量、允許中斷供電的時間，以及要求的電源為直流或交流等不同，往往同時使用幾種應(yīng)急電源，為了使各種應(yīng)急電源設(shè)備密切配合，充分發(fā)揮作用，需要為特別重要負(fù)荷設(shè)置專用母線段 —— 特別重要負(fù)荷中心，gb 50052 - 2009的3. 0. 5條文說明給出的應(yīng)急電源接線示例見圖3(以蓄電池、不間斷供電裝置、柴油發(fā)電機(jī)同時使用為例)。
專用母線段(即特別重要負(fù)荷中心)上所供電的負(fù)荷包括了一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷及安保動力、應(yīng)急照明，和圖2的專用母線段的設(shè)置原則類同。基于提高供電可靠性的目的，一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷與前述的消防負(fù)荷一樣，也需采用專用線路雙電源末端自動切換供電。
民用建筑中設(shè)置的柴油發(fā)電機(jī)組在作為應(yīng)急電源的同時還兼作備用電源
當(dāng)建筑中設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組作為消防負(fù)荷和一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷的應(yīng)急電源時，為最大化利用柴油發(fā)電機(jī)組，大多數(shù)項目均利用柴油發(fā)電機(jī)組既作為應(yīng)急電源又作為備用電源，在未發(fā)生火災(zāi)、市電停電時，向保障型負(fù)荷供電，以支撐建筑的基本營運(yùn)。民用建筑中柴油發(fā)電機(jī)組供電負(fù)荷類型如下：
第一類：消防水泵、消防控制室、消防電梯、輔助疏散電梯及其排水泵、防煙及排煙設(shè)施、防火卷簾、門窗、閥門等消防用電、消防應(yīng)急照明和疏散指示標(biāo)志等。
第二類：表1中的一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷。
第三類：維持大樓營運(yùn)的保障型負(fù)荷，包括通道照明、值班照明、警衛(wèi)照明、航空障礙照明用電，客梯用電，安防用電，智能化機(jī)房用電，排污泵、生活泵等。
第四類：其他經(jīng)營客戶的重要負(fù)荷，比如：酒店管理公司通常要求單獨(dú)設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)保障的負(fù)荷。
第五類：特殊設(shè)備，如柴油發(fā)電機(jī)組遠(yuǎn)置式散熱系統(tǒng)用電，包括循環(huán)水泵、散熱器風(fēng)機(jī)、冷卻塔、油泵電源等。
第六類：超高層建筑中，特殊租戶重要用電(一般按租戶面積的10 ～ 20 va / m2預(yù)留);金融交易樓層用電;應(yīng)急空調(diào)用電;擦窗機(jī)吊籃用電等。
上述負(fù)荷包括消防負(fù)荷、一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷及非消防保障負(fù)荷。當(dāng)利用柴油發(fā)電機(jī)組既作為應(yīng)急電源又作為備用電源時，柴油發(fā)電機(jī)組容量按應(yīng)急負(fù)荷、保障型負(fù)荷中較大者選取。
并未體現(xiàn)出作為備用電源的發(fā)電機(jī)向非消防保障型負(fù)荷供電的接線關(guān)系，一般情況下，設(shè)計師需要為非消防保障型負(fù)荷設(shè)置單獨(dú)的保障負(fù)荷母線段，并由發(fā)電機(jī)專用線路供電。
建筑高度大于250 m的民用建筑消防負(fù)荷供電措施
《加強(qiáng)性技術(shù)要求》第二十四條要求：消防用電應(yīng)按一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷供電。應(yīng)急電源應(yīng)采用柴油發(fā)電機(jī)組，柴油發(fā)電機(jī)組的消防供電回路應(yīng)采用專用線路連接至專用母線段，連續(xù)供電時間不應(yīng)小于3.0h。
該條文將高度大于250m的民用建筑消防負(fù)荷等級劃分為一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷，實際是要求其消防負(fù)荷的供電措施，不僅要滿足gb 50016-2014(2018年版)對消防負(fù)荷的供電要求，而且要滿足gb 50052-2009對一級中特別重要的負(fù)荷的供電要求，還要滿足《加強(qiáng)性技術(shù)要求》的規(guī)定。
gb 50052-2009規(guī)定，一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷是指中斷供電將發(fā)生中毒、爆炸和火災(zāi)等情況的負(fù)荷，以及特別重要場所的不允許中斷供電的負(fù)荷。高度大于250m的超高層建筑屬于特別重要場所，需要增加柴油發(fā)電機(jī)組作為消防用電的應(yīng)急電源，并采用專用的母線段，以確保市政電網(wǎng)故障導(dǎo)致停電事故時，仍具有獨(dú)立的電源供電。
筆者認(rèn)為，除增加柴油發(fā)電機(jī)組作為消防負(fù)荷和非消防一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷的應(yīng)急電源外，低壓配電系統(tǒng)主接線方案采用前述的分組設(shè)計方案，設(shè)置低壓專用母線段(特別重要負(fù)荷中心)，向消防負(fù)荷和非消防一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷供電，可以滿足相關(guān)規(guī)范和《加強(qiáng)性技術(shù)要求》的規(guī)定。
應(yīng)急 / 自備柴油發(fā)電機(jī)組的電壓選擇
針對建筑高度大于250m的民用建筑，影響應(yīng)急 / 自備柴油發(fā)電機(jī)組的電壓等級確定的因素包括用電負(fù)荷的電壓等級、機(jī)組容量、供電距離等，超高層建筑應(yīng)急 / 自備柴油發(fā)電機(jī)組電壓等級的選擇一般原則為：供電距離在300m以內(nèi)、只需要向低壓用電設(shè)備供電、機(jī)組不需并機(jī)運(yùn)行或并機(jī)后總?cè)萘坎淮笥?200kw時，采用低壓0.4kv機(jī)組;供電距離在250~400m時，需要進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較來確定采用低壓0. 4kv或中壓10kv柴油發(fā)電機(jī)組;當(dāng)需要向高壓用電設(shè)備供電，或供電距離大于400m，或多臺大容量機(jī)組需要并機(jī)運(yùn)行時，應(yīng)采用10kv柴油發(fā)電機(jī)組。
應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的配電系統(tǒng)接線方案分析
柴油發(fā)電機(jī)組作為應(yīng)急電源或備用電源的應(yīng)用比較普遍，無論是低壓柴油發(fā)電機(jī)組還是中壓柴油發(fā)電機(jī)組，配電系統(tǒng)接線方式都相對比較成熟，均滿足 gb 50016-2014(2018年版)及gb 50052-2009的相關(guān)規(guī)定，但哪種接線才最能滿足2018年4月試行的《加強(qiáng)性技術(shù)要求》第二十四條的規(guī)定呢?下面針對低壓、中壓配電系統(tǒng)接線方案進(jìn)行分析。
0.4kv低壓柴油發(fā)電機(jī)組的配電系統(tǒng)接線
根據(jù)《加強(qiáng)性技術(shù)要求》第二十四條規(guī)定，在低壓配電系統(tǒng)設(shè)置消防專用母線段(特別重要負(fù)荷中心)和非消防保障母線段，由柴油發(fā)電機(jī)分別引出專用線路連接至上述母線段，參考gb 50016 - 2014(2018年版)的第10. 1. 6條條文解釋中“負(fù)荷分組設(shè)計方案”，低壓柴油發(fā)電機(jī)組的配電系統(tǒng)接線見圖4，圖中線路g-f為“專用線路”;“特別重要負(fù)荷母線”為專用母線段。
10 kv中壓柴油發(fā)電機(jī)組的配電系統(tǒng)接線
建筑內(nèi)消防負(fù)荷(包括一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷，下同)和非消防保障負(fù)荷一般為低壓用電設(shè)備，當(dāng)采用中壓柴油發(fā)電機(jī)作為應(yīng)急 / 備用電源時，需要通過專設(shè)變壓器降壓后再進(jìn)行供電。專設(shè)變壓器的設(shè)置方式與低壓配電系統(tǒng)接線方案常見的有3種，方案1、2對應(yīng)于消防負(fù)荷設(shè)置專用變壓器，方案3對應(yīng)于消防負(fù)荷和非消防負(fù)荷共用變壓器。本文將對這3種方案進(jìn)行分析：
方案1：為消防負(fù)荷設(shè)置專用變壓器，該變壓器平時不通電。
柴油發(fā)電機(jī)組、降壓變壓器與市電完全獨(dú)立，線路g-f為發(fā)電機(jī)引出的“專用線路”，“特別重要負(fù)荷母線”為專用母線段，由該母線段配出消防負(fù)荷備用電源，其低壓配電系統(tǒng)采用了前述的“負(fù)荷分組設(shè)計方案”，該接線方案完全滿足《加強(qiáng)性技術(shù)要求》及相關(guān)規(guī)范規(guī)定。該方案特點(diǎn)如下：
優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)接線簡單;由于該專用變壓器不連接市電，不計入市電容量。
缺點(diǎn)：專用變壓器及相應(yīng)的電纜，均長期處于不使用(不通電)的狀態(tài)，如果日常維護(hù)、保養(yǎng)不到位，一旦應(yīng)急使用，其故障的可能性會增大，應(yīng)急電源的可靠性難于保障。
專用變壓器在市電正常時由市電1供電，當(dāng)市電停電時，由中壓切換開關(guān)切換為由柴油發(fā)電機(jī)組供電，線路g - f為發(fā)電機(jī)引出的“專用線路”;“特別重要負(fù)荷母線”為專用母線段，由該母線段配出消防負(fù)荷工作電源，其低壓配電系統(tǒng)采用了前述的“負(fù)荷分組設(shè)計方案”，該接線方案完全滿足《加強(qiáng)性技術(shù)要求》及相關(guān)規(guī)范規(guī)定。該方案特點(diǎn)如下：
優(yōu)點(diǎn)：與方案1相比較，專用變壓器平常帶電，可靠性較高。
缺點(diǎn)：平常運(yùn)行時變壓器接入市電，需要計入市電容量，從而增加高可靠費(fèi)用的投入;由于平常消防設(shè)備容量較小，變壓器的負(fù)載率較低，設(shè)備利用率不高，經(jīng)濟(jì)性較差。
方案3：消防和非消防負(fù)荷設(shè)置共用變壓器。
為中壓柴油發(fā)電機(jī)電源專設(shè)了降壓變壓器，在市電正常時由市電1供電，此時，既向消防負(fù)荷供電，也向非消防負(fù)荷供電;當(dāng)市電停電時，由中壓切換開關(guān)切換為柴油發(fā)電機(jī)組供電，同時，由市電停電信號切除非消防負(fù)荷，此時，變壓器僅向消防負(fù)荷供電，發(fā)電機(jī)消防供電線路g-f為專用線路。
當(dāng)市電正常時，該方案的低壓配電系統(tǒng)與gb 50016-2014(2018年版)的第10. 1. 6條條文解釋中“負(fù)荷分組設(shè)計方案”完全一致，消防負(fù)荷的低壓配電始終為專用母線段。當(dāng)市電停電由發(fā)電機(jī)供電時，從發(fā)電機(jī)配出的10 kv供電線路、降壓變壓器、低壓配電母線段，都完全滿足《加強(qiáng)性技術(shù)要求》及相關(guān)規(guī)范對于消防“專用”的規(guī)定。
在設(shè)置10 kv中壓柴油發(fā)電機(jī)組的系統(tǒng)中，筆者推薦方案3的系統(tǒng)接線。消防和非消防負(fù)荷設(shè)置共用變壓器的做法，類似于客梯兼作消防電梯，普通風(fēng)機(jī)兼作消防風(fēng)機(jī)，既發(fā)揮了變壓器的正常供電功能，又能確保在消防時發(fā)揮可靠的應(yīng)急作用。方案3兼有方案1和方案2的優(yōu)點(diǎn)，在不增加市電裝機(jī)容量的情況下，還能保證消防負(fù)荷的可靠供電。
柴油發(fā)電機(jī)電源與市電電源轉(zhuǎn)換開關(guān)設(shè)置位置選擇
由柴油發(fā)電機(jī)供電的消防負(fù)荷變壓器、非消防保障負(fù)荷變壓器的系統(tǒng)接線中，10 kv柴油發(fā)電機(jī)電源與市電的電源轉(zhuǎn)換開關(guān)設(shè)置位置，均位于變壓器上端，即俗稱的“末端切換”。此時的柴油發(fā)電機(jī)備用電源均為冷備用，平時不帶電，電源轉(zhuǎn)換開關(guān)數(shù)量較多，投資較高。對于中壓柴油發(fā)電機(jī)組為多個變電所供電的配電系統(tǒng)，常用的另一種接線方式是：消防負(fù)荷變壓器采用“末端切換”，可以減小故障范圍，提高消防負(fù)荷供電的可靠性;非消防保障負(fù)荷變壓器采用“首端集中切換”的方式，可以減少電源轉(zhuǎn)換開關(guān)數(shù)量，系統(tǒng)簡潔，減少投資，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，由消防信號直接切除發(fā)電機(jī)保障母線段電源，保障消防負(fù)荷變壓器供電。
電源轉(zhuǎn)換開關(guān)電器是整個應(yīng)急 / 備用供電系統(tǒng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)
從上述配電系統(tǒng)接線方案可以看出，當(dāng)采用柴油發(fā)電機(jī)組作為建筑的應(yīng)急 / 備用電源時，無論柴油發(fā)電機(jī)組是采用低壓還是中壓，都存在與市電間的電源轉(zhuǎn)換，電源轉(zhuǎn)換開關(guān)電器成為整個應(yīng)急 / 備用供電系統(tǒng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，它一旦出現(xiàn)問題，將導(dǎo)致整個建筑的應(yīng)急 / 備用電源系統(tǒng)無法提供電力供應(yīng)，造成重大經(jīng)濟(jì)損失和安全事故。
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大于250m的超高層建筑內(nèi)，人員眾多、疏散困難，消防設(shè)備電源的可靠性至關(guān)重要，《加強(qiáng)性技術(shù)要求》第二十四條對消防設(shè)備的負(fù)荷分級和應(yīng)急電源保障提出了更加嚴(yán)格的要求，即消防用電應(yīng)按一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷供電。應(yīng)急電源應(yīng)采用柴油發(fā)電機(jī)組，柴油發(fā)電機(jī)組的消防供電回路應(yīng)采用專用線路連接至專用母線段，連續(xù)供電時間不應(yīng)小于3.0h。
大于250 m的民用建筑消防負(fù)荷供電措施分析
民用建筑消防負(fù)荷采用專用線路、設(shè)置專用母線段的措施
根據(jù)建筑性質(zhì)、類別、規(guī)模不同，普通民用建筑中的消防負(fù)荷劃分為一、二、三級，其中，對一級負(fù)荷應(yīng)采用雙重電源供電，對其余等級的負(fù)荷，電源要求相對降低。為了提高消防設(shè)備供電可靠性，gb 50016-2014《建筑防火設(shè)計規(guī)范》(2018年版)第10. 1. 6條、第10. 1. 8條，要求采用專用線路雙電源末端自動切換供電。
gb 50016 - 2014(2018年版)第10. 1. 6條，消防用電設(shè)備應(yīng)采用專用的供電回路，當(dāng)建筑內(nèi)的生產(chǎn)、生活用電被切斷時，應(yīng)仍能保證消防用電。該條強(qiáng)調(diào)供電回路專用，主要目的是為了保證消防供電線路的可靠性。條文說明里給出了目前國內(nèi)建筑電氣工程中常見的低壓配電系統(tǒng)主接線方案，根據(jù)消防、非消防負(fù)荷是否分組設(shè)計，將系統(tǒng)劃分為不分組設(shè)計和分組設(shè)計方案。其中，不分組設(shè)計方案的特點(diǎn)是系統(tǒng)簡單，但消防負(fù)荷受非消防負(fù)荷故障的影響較大;分組設(shè)計方案中，消防負(fù)荷相對獨(dú)立，主接線相對復(fù)雜，消防負(fù)荷受非消防負(fù)荷故障影響較小，分組設(shè)計方案接線見圖1、圖2。
是從變壓器低壓側(cè)封閉母線處，通過設(shè)置單獨(dú)的主斷路器將消防電源分出，形成獨(dú)立系統(tǒng)(專用母線段)。圖2是利用低壓柴油發(fā)電機(jī)組作為消防設(shè)備的備用電源時，采用專用線路，并將消防負(fù)荷和一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷設(shè)于同一專用母線段的接線方案。這兩種分組設(shè)計的接線方案，均具有供電可靠性較高的特點(diǎn)，即當(dāng)設(shè)置于其他母線段的生產(chǎn)、生活用電(非消防負(fù)荷)被切斷時，仍能保證專用母線段上的負(fù)荷用電。
民用建筑中一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷供電措施
一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷供電在電源數(shù)量、供電措施上，較一級消防負(fù)荷更加嚴(yán)格。gb 50052 - 2009《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》第3. 0. 3條：“一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷供電，應(yīng)符合下列要求：1 除應(yīng)由雙重電源供電外，尚應(yīng)增設(shè)應(yīng)急電源，并嚴(yán)禁將其他負(fù)荷接入應(yīng)急供電系統(tǒng)。2 設(shè)備的供電電源的切換時間，應(yīng)滿足設(shè)備允許中斷供電的要求。”第3. 0. 9條：“備用電源的負(fù)荷嚴(yán)禁接入應(yīng)急供電系統(tǒng)。”
由于特別重要負(fù)荷的容量、允許中斷供電的時間，以及要求的電源為直流或交流等不同，往往同時使用幾種應(yīng)急電源，為了使各種應(yīng)急電源設(shè)備密切配合，充分發(fā)揮作用，需要為特別重要負(fù)荷設(shè)置專用母線段 —— 特別重要負(fù)荷中心，gb 50052 - 2009的3. 0. 5條文說明給出的應(yīng)急電源接線示例見圖3(以蓄電池、不間斷供電裝置、柴油發(fā)電機(jī)同時使用為例)。
專用母線段(即特別重要負(fù)荷中心)上所供電的負(fù)荷包括了一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷及安保動力、應(yīng)急照明，和圖2的專用母線段的設(shè)置原則類同。基于提高供電可靠性的目的，一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷與前述的消防負(fù)荷一樣，也需采用專用線路雙電源末端自動切換供電。
民用建筑中設(shè)置的柴油發(fā)電機(jī)組在作為應(yīng)急電源的同時還兼作備用電源
當(dāng)建筑中設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組作為消防負(fù)荷和一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷的應(yīng)急電源時，為最大化利用柴油發(fā)電機(jī)組，大多數(shù)項目均利用柴油發(fā)電機(jī)組既作為應(yīng)急電源又作為備用電源，在未發(fā)生火災(zāi)、市電停電時，向保障型負(fù)荷供電，以支撐建筑的基本營運(yùn)。民用建筑中柴油發(fā)電機(jī)組供電負(fù)荷類型如下：
第一類：消防水泵、消防控制室、消防電梯、輔助疏散電梯及其排水泵、防煙及排煙設(shè)施、防火卷簾、門窗、閥門等消防用電、消防應(yīng)急照明和疏散指示標(biāo)志等。
第二類：表1中的一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷。
第三類：維持大樓營運(yùn)的保障型負(fù)荷，包括通道照明、值班照明、警衛(wèi)照明、航空障礙照明用電，客梯用電，安防用電，智能化機(jī)房用電，排污泵、生活泵等。
第四類：其他經(jīng)營客戶的重要負(fù)荷，比如：酒店管理公司通常要求單獨(dú)設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)保障的負(fù)荷。
第五類：特殊設(shè)備，如柴油發(fā)電機(jī)組遠(yuǎn)置式散熱系統(tǒng)用電，包括循環(huán)水泵、散熱器風(fēng)機(jī)、冷卻塔、油泵電源等。
第六類：超高層建筑中，特殊租戶重要用電(一般按租戶面積的10 ～ 20 va / m2預(yù)留);金融交易樓層用電;應(yīng)急空調(diào)用電;擦窗機(jī)吊籃用電等。
上述負(fù)荷包括消防負(fù)荷、一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷及非消防保障負(fù)荷。當(dāng)利用柴油發(fā)電機(jī)組既作為應(yīng)急電源又作為備用電源時，柴油發(fā)電機(jī)組容量按應(yīng)急負(fù)荷、保障型負(fù)荷中較大者選取。
并未體現(xiàn)出作為備用電源的發(fā)電機(jī)向非消防保障型負(fù)荷供電的接線關(guān)系，一般情況下，設(shè)計師需要為非消防保障型負(fù)荷設(shè)置單獨(dú)的保障負(fù)荷母線段，并由發(fā)電機(jī)專用線路供電。
建筑高度大于250 m的民用建筑消防負(fù)荷供電措施
《加強(qiáng)性技術(shù)要求》第二十四條要求：消防用電應(yīng)按一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷供電。應(yīng)急電源應(yīng)采用柴油發(fā)電機(jī)組，柴油發(fā)電機(jī)組的消防供電回路應(yīng)采用專用線路連接至專用母線段，連續(xù)供電時間不應(yīng)小于3.0h。
該條文將高度大于250m的民用建筑消防負(fù)荷等級劃分為一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷，實際是要求其消防負(fù)荷的供電措施，不僅要滿足gb 50016-2014(2018年版)對消防負(fù)荷的供電要求，而且要滿足gb 50052-2009對一級中特別重要的負(fù)荷的供電要求，還要滿足《加強(qiáng)性技術(shù)要求》的規(guī)定。
gb 50052-2009規(guī)定，一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷是指中斷供電將發(fā)生中毒、爆炸和火災(zāi)等情況的負(fù)荷，以及特別重要場所的不允許中斷供電的負(fù)荷。高度大于250m的超高層建筑屬于特別重要場所，需要增加柴油發(fā)電機(jī)組作為消防用電的應(yīng)急電源，并采用專用的母線段，以確保市政電網(wǎng)故障導(dǎo)致停電事故時，仍具有獨(dú)立的電源供電。
筆者認(rèn)為，除增加柴油發(fā)電機(jī)組作為消防負(fù)荷和非消防一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷的應(yīng)急電源外，低壓配電系統(tǒng)主接線方案采用前述的分組設(shè)計方案，設(shè)置低壓專用母線段(特別重要負(fù)荷中心)，向消防負(fù)荷和非消防一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷供電，可以滿足相關(guān)規(guī)范和《加強(qiáng)性技術(shù)要求》的規(guī)定。
應(yīng)急 / 自備柴油發(fā)電機(jī)組的電壓選擇
針對建筑高度大于250m的民用建筑，影響應(yīng)急 / 自備柴油發(fā)電機(jī)組的電壓等級確定的因素包括用電負(fù)荷的電壓等級、機(jī)組容量、供電距離等，超高層建筑應(yīng)急 / 自備柴油發(fā)電機(jī)組電壓等級的選擇一般原則為：供電距離在300m以內(nèi)、只需要向低壓用電設(shè)備供電、機(jī)組不需并機(jī)運(yùn)行或并機(jī)后總?cè)萘坎淮笥?200kw時，采用低壓0.4kv機(jī)組;供電距離在250~400m時，需要進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較來確定采用低壓0. 4kv或中壓10kv柴油發(fā)電機(jī)組;當(dāng)需要向高壓用電設(shè)備供電，或供電距離大于400m，或多臺大容量機(jī)組需要并機(jī)運(yùn)行時，應(yīng)采用10kv柴油發(fā)電機(jī)組。
應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的配電系統(tǒng)接線方案分析
柴油發(fā)電機(jī)組作為應(yīng)急電源或備用電源的應(yīng)用比較普遍，無論是低壓柴油發(fā)電機(jī)組還是中壓柴油發(fā)電機(jī)組，配電系統(tǒng)接線方式都相對比較成熟，均滿足 gb 50016-2014(2018年版)及gb 50052-2009的相關(guān)規(guī)定，但哪種接線才最能滿足2018年4月試行的《加強(qiáng)性技術(shù)要求》第二十四條的規(guī)定呢?下面針對低壓、中壓配電系統(tǒng)接線方案進(jìn)行分析。
0.4kv低壓柴油發(fā)電機(jī)組的配電系統(tǒng)接線
根據(jù)《加強(qiáng)性技術(shù)要求》第二十四條規(guī)定，在低壓配電系統(tǒng)設(shè)置消防專用母線段(特別重要負(fù)荷中心)和非消防保障母線段，由柴油發(fā)電機(jī)分別引出專用線路連接至上述母線段，參考gb 50016 - 2014(2018年版)的第10. 1. 6條條文解釋中“負(fù)荷分組設(shè)計方案”，低壓柴油發(fā)電機(jī)組的配電系統(tǒng)接線見圖4，圖中線路g-f為“專用線路”;“特別重要負(fù)荷母線”為專用母線段。
10 kv中壓柴油發(fā)電機(jī)組的配電系統(tǒng)接線
建筑內(nèi)消防負(fù)荷(包括一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷，下同)和非消防保障負(fù)荷一般為低壓用電設(shè)備，當(dāng)采用中壓柴油發(fā)電機(jī)作為應(yīng)急 / 備用電源時，需要通過專設(shè)變壓器降壓后再進(jìn)行供電。專設(shè)變壓器的設(shè)置方式與低壓配電系統(tǒng)接線方案常見的有3種，方案1、2對應(yīng)于消防負(fù)荷設(shè)置專用變壓器，方案3對應(yīng)于消防負(fù)荷和非消防負(fù)荷共用變壓器。本文將對這3種方案進(jìn)行分析：
方案1：為消防負(fù)荷設(shè)置專用變壓器，該變壓器平時不通電。
柴油發(fā)電機(jī)組、降壓變壓器與市電完全獨(dú)立，線路g-f為發(fā)電機(jī)引出的“專用線路”，“特別重要負(fù)荷母線”為專用母線段，由該母線段配出消防負(fù)荷備用電源，其低壓配電系統(tǒng)采用了前述的“負(fù)荷分組設(shè)計方案”，該接線方案完全滿足《加強(qiáng)性技術(shù)要求》及相關(guān)規(guī)范規(guī)定。該方案特點(diǎn)如下：
優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)接線簡單;由于該專用變壓器不連接市電，不計入市電容量。
缺點(diǎn)：專用變壓器及相應(yīng)的電纜，均長期處于不使用(不通電)的狀態(tài)，如果日常維護(hù)、保養(yǎng)不到位，一旦應(yīng)急使用，其故障的可能性會增大，應(yīng)急電源的可靠性難于保障。
專用變壓器在市電正常時由市電1供電，當(dāng)市電停電時，由中壓切換開關(guān)切換為由柴油發(fā)電機(jī)組供電，線路g - f為發(fā)電機(jī)引出的“專用線路”;“特別重要負(fù)荷母線”為專用母線段，由該母線段配出消防負(fù)荷工作電源，其低壓配電系統(tǒng)采用了前述的“負(fù)荷分組設(shè)計方案”，該接線方案完全滿足《加強(qiáng)性技術(shù)要求》及相關(guān)規(guī)范規(guī)定。該方案特點(diǎn)如下：
優(yōu)點(diǎn)：與方案1相比較，專用變壓器平常帶電，可靠性較高。
缺點(diǎn)：平常運(yùn)行時變壓器接入市電，需要計入市電容量，從而增加高可靠費(fèi)用的投入;由于平常消防設(shè)備容量較小，變壓器的負(fù)載率較低，設(shè)備利用率不高，經(jīng)濟(jì)性較差。
方案3：消防和非消防負(fù)荷設(shè)置共用變壓器。
為中壓柴油發(fā)電機(jī)電源專設(shè)了降壓變壓器，在市電正常時由市電1供電，此時，既向消防負(fù)荷供電，也向非消防負(fù)荷供電;當(dāng)市電停電時，由中壓切換開關(guān)切換為柴油發(fā)電機(jī)組供電，同時，由市電停電信號切除非消防負(fù)荷，此時，變壓器僅向消防負(fù)荷供電，發(fā)電機(jī)消防供電線路g-f為專用線路。
當(dāng)市電正常時，該方案的低壓配電系統(tǒng)與gb 50016-2014(2018年版)的第10. 1. 6條條文解釋中“負(fù)荷分組設(shè)計方案”完全一致，消防負(fù)荷的低壓配電始終為專用母線段。當(dāng)市電停電由發(fā)電機(jī)供電時，從發(fā)電機(jī)配出的10 kv供電線路、降壓變壓器、低壓配電母線段，都完全滿足《加強(qiáng)性技術(shù)要求》及相關(guān)規(guī)范對于消防“專用”的規(guī)定。
在設(shè)置10 kv中壓柴油發(fā)電機(jī)組的系統(tǒng)中，筆者推薦方案3的系統(tǒng)接線。消防和非消防負(fù)荷設(shè)置共用變壓器的做法，類似于客梯兼作消防電梯，普通風(fēng)機(jī)兼作消防風(fēng)機(jī)，既發(fā)揮了變壓器的正常供電功能，又能確保在消防時發(fā)揮可靠的應(yīng)急作用。方案3兼有方案1和方案2的優(yōu)點(diǎn)，在不增加市電裝機(jī)容量的情況下，還能保證消防負(fù)荷的可靠供電。
柴油發(fā)電機(jī)電源與市電電源轉(zhuǎn)換開關(guān)設(shè)置位置選擇
由柴油發(fā)電機(jī)供電的消防負(fù)荷變壓器、非消防保障負(fù)荷變壓器的系統(tǒng)接線中，10 kv柴油發(fā)電機(jī)電源與市電的電源轉(zhuǎn)換開關(guān)設(shè)置位置，均位于變壓器上端，即俗稱的“末端切換”。此時的柴油發(fā)電機(jī)備用電源均為冷備用，平時不帶電，電源轉(zhuǎn)換開關(guān)數(shù)量較多，投資較高。對于中壓柴油發(fā)電機(jī)組為多個變電所供電的配電系統(tǒng)，常用的另一種接線方式是：消防負(fù)荷變壓器采用“末端切換”，可以減小故障范圍，提高消防負(fù)荷供電的可靠性;非消防保障負(fù)荷變壓器采用“首端集中切換”的方式，可以減少電源轉(zhuǎn)換開關(guān)數(shù)量，系統(tǒng)簡潔，減少投資，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，由消防信號直接切除發(fā)電機(jī)保障母線段電源，保障消防負(fù)荷變壓器供電。
電源轉(zhuǎn)換開關(guān)電器是整個應(yīng)急 / 備用供電系統(tǒng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)
從上述配電系統(tǒng)接線方案可以看出，當(dāng)采用柴油發(fā)電機(jī)組作為建筑的應(yīng)急 / 備用電源時，無論柴油發(fā)電機(jī)組是采用低壓還是中壓，都存在與市電間的電源轉(zhuǎn)換，電源轉(zhuǎn)換開關(guān)電器成為整個應(yīng)急 / 備用供電系統(tǒng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，它一旦出現(xiàn)問題，將導(dǎo)致整個建筑的應(yīng)急 / 備用電源系統(tǒng)無法提供電力供應(yīng)，造成重大經(jīng)濟(jì)損失和安全事故。
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