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    超高层建筑柴油发电机方案设计.pdf

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    超高层建筑柴油发电机方案设计.pdf

    O11年1月第8卷第1期 朵llTk与建翁 超高层建筑柴油发电机方案设计 黄剑锋 中建国际【深圳】设计顾问有限公司 【摘要l对于现代超高层建筑而言,应急备用电源无疑是消防设备、计算机中枢、安保系统稳定运行的可 靠保障,而柴油发电机在此则是饰演着其中一个不可或缺的重要角色。 【关键词l超高层建筑柴油发电机组电压降用油量 1项目概况 深圳平安IFC大楼位于深圳市福田中心 区,是一座超高层综合型现代化办公大楼, 楼高588m,总建筑面积约460000m2,塔楼 从竖向上分为8个区域,另外还设有两个空 中大厅。项目定位之高度,以及业主对于商 业价值的意念,都决定了其对配电系统的安 全性、可靠性、灵活性和经济性的要求都是 非常高的,而对于现代超高层建筑而言,应 急备用电源无疑是消防设备、计算机中枢、 安保系统等核心负荷稳定运行的可靠保障, 而柴油发电机则是在其中饰演着重要角色。 2应急柴油发电机的选择依据及供电范围 根据供配电系统设计规范GB50052.1995, 高层民用建筑设计防火规范GB500451995 2005年版及民用建筑电气设计规范1GI 16-2008中对电力负荷等级的规定,“一级负荷应 由两个电源供电;当一个电源发生故障时,另一个 电源不应同时受到损坏。”“一级负荷中特别重要的 负荷,除由两个电源供电外,尚应增设应急电源, 并严禁将其他负荷接入应急供电系统。” 以下为本项目的一级负荷其中包含特别重要 负荷 ①本项目中的消防用电一级负荷消防水泵, 消防风机,消防电梯,火灾疏散电梯,火灾自动报 警系统,漏电火灾报警系统,自动灭火系统,电动 防火卷帘门、阀,应急照明,避难层照明等。 ②本项目中的非消防用电一级负荷安防系统, 重要弱电机房,大厦调度中心,物业管理系统,通 讯设施,航空障碍灯,地下室潜污泵,生活水泵, 黄剑锋,中建国际深期1设计顾问有限公司 地址深圳市福田区福华一路98号卓越大厦s楼 本文原载深圳市土木建筑学会建筑电气与智能建筑专业委员会2010 年年会论文集 擦窗机,部分区域的公共照明,部分客梯,部分新 风系统等设备用电。 ③本项目中的重要商户保障用电金融机构、 交易所电子设备, 商业、办公的必保负荷,如珠 宝展示区安保照明,贵宾房照明,多功能厅设备, 业务电脑,后备空调机组等。 本项目为地标性的超高层建筑,除了必须保证 消防设备的可靠供电,还需要充分考虑对大厦的众 多特别重要负荷的运行保证,如安保系统用电,智 能化系统设备,部分超高速电梯用电等。因此,除 采用双电源回路市电供电外,单独设置作为应急的 第三电源,对于保障大厦的安全、稳定运营是很有 必要的。 规范中指出,可以作为应急电源的有 ①供电网络中独立于正常电源的专用馈电线路; ②独立于正常电源的发电机组; ③蓄电池。 对于上述①中的独立专用馈电线路,一般须由 当地供电局根据项目情况审批并由业主全额投资, 而在正常电源出现故障时,需要手动切换至该独立 电源,操作上的技术要求较高,因为目前供电部门 一般不允许用户在高压侧使用自动投切。 . 对于上述③中的蓄电池,目前较为普遍的是采 用带蓄电池的应急电源设备EPS。这种方式适合 于允许中断供电时间为毫秒级的供电对象。但其缺 点很明显投资大,运行维护成本高,尤其是蓄电 池需要定时检查和更换,因此 适合用于大功率设 备1OkW以上。 故此,应用独立于正常电源的柴油发电机组, 是目前超高层建筑解决应急电源的最常用方案。其 优点比较明显可以在较短时间内自启动并且自动 投入到供电母线,运行稳定可靠,供电时间可满足 41 2011年1月第8卷第1期 深圳土木与建筑 VOL.8 NO.1 JAN20 现时大多数的市电停电时长,投资相对合理,维护 管理方便。 3项目本身对于柴油发电机房的限制因素 考虑到本项目是塔楼屋面高达588m,一级负 荷比重很大而且比较分散,应急柴油发电机的服务 范围将贯穿于地下室至塔楼屋面。若从供电距离、 电压降、线路损耗这几个方面考虑,应该是在塔楼 的若干设备层分散设置柴油机组,这样可以使应急 电源更接近于各个负荷中心。然而超高层写字楼本 身的特点,决定了对设备的垂直运输有很大程度的 限制。若柴油发电机房于地下室集中设置,一则可 避免占用商业价值极高的地上面积,--N便于消防 及运营管理,而且形成相对独立的“污染区域”, 也利于通风、排烟、减振、供油等系统设计。 4柴油发电机容量的选择 根据过往超高层建筑的设计经验,以及参照国 内众多知名的项目案例。在方案阶段,本项目应急 柴油发电机拟按照变压器的总安装容量之20%考 虑,即56400 20%11280kVA,选用六台连续 容量为2000七 的低压柴油发电机组。在这里需要 说明的是,部分未来租户区的备用电源,基于其商 业方面的各项不定因素,不在本次设计范围内,仅 在地下二层预留两至三个备用发电机位置,并在电 气竖井中预留电缆走向通道。 根据业主的商业顾问提供的开发建议书“应为 业主与租客基本的发电机提供24小时贮油”。单台 2000 kVA的柴油机组带100%负荷时的耗油量约为 420L/h实际运行不会大于此值,则六台机组连 续24小时额定工作时的耗油总量应为6 24 420/100060.5立方。若按照0.85的油量充满系 数计算,则需要的储油罐总容积为60.5/0.8571 立方。结合本项目的具体情况,室外油罐的布置方 案将由建筑专业与消防顾问确定。 5平安IFC项目柴油发电机形式的选择 5.1机组设计的考虑要点 与市电供电回路不同,应急柴油机供电回路由 于其只作为市电故障时的临时保障方式,使用的机 会和频率相对于常规市电电源而言是非常低的,因 此其线路损耗不是首要考虑的重点;相反,若纯粹 为补救这些微小的线路损耗而增大线路截面,实际 上是与经济、环保设计背道而驰。 对于柴油发电机组的设计,除了安全性、可靠 42 性、初期投资、后期维护等这些基本要素外,更是 结合项目本身的特点作针对性的分析。经初步计算, 供电半径小于150m的低压配电线路,根据计算电 流配合选择电缆截面,则其干线末端电压降不会大 于2%,不仅符合国家规范规定值,更是满足LEED 认证体系ASHRAE标准当中关于对电压降的要求 8.4.1.1条文规定“支流导线粗细应适用于设计荷 载2%的最大电压下降”。 本项目自地下二层至塔楼屋顶垂直距离接近 600m,如此超长的供电距离,如何有效的解决长 距离线路电压损失电压降问题,成为本设计的 重要关注点。 5.2干线电压降分析 经初步计算,若从地下二层发电机房以低压干 线电缆直供电至塔楼中间层干线段长度约为 330m,在电缆截面不作加大的前提下,干线的电 压降达到了4.4%,至塔楼屋项干线段长度约为 650m则达到了8.8%;若对应计算电流将电缆截 面加大一级,则上述的电压降值分别为3.8%和 7.6%;即使电缆截面再加大至两级,上述的电压降 值也分别达到3.2%和6.4%。由此可见,如果只是 单纯通过加大电缆截面来降低电阻值,从而试图减 低线路电压损失,对于如此长度的电缆,是很难有 效实现的。 而当采用lOkV交联聚乙烯绝缘电力电缆作为 干线时,我们发现上述的两个电压降值仅为0.2% 和0.4%。很明显,采用高压传输时,线路电压损 失得到了很好的抑制。 对此,柴油发电机组的形式可以从以下几个方 案的作可行性分析。 S_3机组形式的选择方案 方案一,集中设置于地下二层主变电所附近, 采用38ovt压线路短、长程直供。优点是系统简单, 初期投资低,安装、环保、供油、维护管理等各方 面都相对方便。然而对与本项目而言,长距离的低 压传输,电压降显然无法满足要求。 方案二,机组分散设置于地下二层和塔楼的几 个设备层,采用380V低压线路短程直供。优点是由 于机组尽量分别靠近各区负荷中心,供电距离较小, 可有效的降低线路电压降;但其缺点也很明显,塔 楼设备层能够提供的运输、安装、维护、供油、消 防等各方面条件都有很多限制。 2011年1月第8卷第1期 深圳土木与建筑 VOL.8 NO.1 JAN20 方案三,4oovfk压柴油发电机通过升、降压传 输的方式,也就是低压柴油发电机组设置于地下二 层,出H400V电压经过机组设于就近的专用变压器 升压至lOkV,采用lOkV高压电缆分别传输到塔楼 上的若干设备层,经过专用变压器降压至400V,向 各负荷区供电。其优点是由于干线电流采用高压传 输,容易满足线路电压降的要求,机组集中在地下 室设置,便于消防控制、运输、安装、供油及管理。 缺点就是需要增加高压变压设备、线路,对塔楼设 备房的面积要求会更高。 方案四,10 kV6 kV高压柴油发电机组设置于 地下二层,出口端直接通过lOkV高压电缆分别传输 到塔楼上的若干设备层,再由 号用变压器降压至 400V,向各负荷区供电。其优点和方案三相似,缺 点是高压机组本身成本就比相同容量低压机组高 很多一般为30%~5O%,而且高压机组的保护 比较复杂,国内可选择的厂商相对少很多,在国内 民用建筑的应用案例也极少,使用、维护的成熟度 不高。 5.4项目方案的构成 从以上几个方案的分析可以看出,不同的供电 距离直接决定着柴油发电机组的形式,所以,下述 两种形式的组合,可以构成本项目柴油发电机的设 计方案 表1变配电所的位置及供电范围方案阶段 序号 变配电所编号 供电区域 位置 建筑高度m 容量kVA 变压器容量kVA 备注 1 1 变配电所 B5F~6F B2F -12.0 9606 12800 主站 2 2*变配电所 制冷机房 B2F 一12.0 7984 t0000 分站 3 3变配电所 7F~17F 10F 50.0 2964 4100 分站 4 4 变配电所 18F~32F 25F 118.5 3300 4500 分站 5 s变配电所 33F~4SF 39F 186.0 2869 410O 分站 6 6 变配电所 46F61F S2F 243.5 3800 5200 分站 7 7 变配电所 62F~74F 68F 320.0 2589 3500 分站 8 8 变配电所 75F90F 81F 378.5 3803 5200 分站 9 9 变配电所 91F~103F 97F 456.0 2387 3500 分站 10 10变配电所 104F116F 111F 51 Bl0 2369 3500 分站 共计 41389 564O0 表2应急备用柴油发电机方案比较 解决方案 方案一 方案二 方案三 方案四 机组类型 400V 400V 400Vq-升、降压变压器 106kV降压变压器 机组、0.4/lokv升压变压器位于地 机组位于地下二层, 机房位置 地下二层 地下二层、塔楼设备层 下二层,lo/o.4kV降压变压器位于 lo/o.4kV降压变压器位于塔楼 塔楼若干设备层 若干设备层 集中设置于主变电所附近, 机组尽量分别靠近各区负荷中 采用低电压机组经变压器升压后以 采用高电压机组、线路直接传输 方式 采用低压线路短、长程直 与目的 供,便于消防审批,设备运 心,采用低压线路短程直供,可 高压线路传输电力至靠近各负荷中 电力至靠近各负荷中心,有效的 输、供油及维护管理 有效减少压降,降低线损 心,有效的减少压降,降低线损 减少压降,降低线损 系统简单,供油、 优点 电压降易满足要求,系统较简单 电压降易满足要求 电压降易满足要求 维护方便,投资低 塔楼设备层供油受限, 高压机组保护困难, 缺点 电压降不易满足要求 维修不便,投资较高,系统较复杂 运输、维护困难, 可选择范围小,投资高 对于本项目, 运输、检修、供油困难, 增加升、降压变压器、高压电缆、 造价过高,使用成熟度低, 主要问题 电压降是最大的问题 塔楼设备房受限 设备房面积 维护技术要求高 总体投资 最低 较低 较高 最高 结论 不推荐 不推荐 本设计方案 不推荐 43 2011年1月第8卷第1期 深圳土木与建筑 ①对于低压配电供电半径不大于150m的部分, 直接采用低压输出发电机组的方式,可以满足电压 降要求,同时亦可节省一部分高压投资。 ②对于低压配电供电半径不大于150m的部分, 我们以同一进口品牌2000kVA的柴油机为例去作 投资比较方案一为一台lOkV的高压机组一台 2000kVA的10/0.4kV降压变压器;方案二则为一台 400V的低压机组一台2000kVA的0.4/lOkV升 压变压器两台lOkV高压开关柜一台2000kVA 的lo/o.4kV降压变压器。从设备投资而言,前者比 后者高出约2S%因对于水平段、垂直段,两者均 为相同长度的lOkV高压电缆,故不作对比。后者 的投资相对更低,据了解,目前国内应用于民用建 筑的lOkV柴油发电机案例很少,加上能够提供该电 压等级产品技术的柴油机厂家也相对较少,而且, 高压柴油机的日常维护对于操作人员的技术能力 要求更高,其优缺点不言而喻。 由表1可以看出,柴油发电机房选址可紧密结 合变配电所的位置考虑。本项目将低压柴油发电机 组集中设置在地下二层,通过专用升压变压器升压 至lOkV,并采用lOkV高压电缆分别传输到39F5 变配电所,68F7变配电所,97F9变配电所, 然后通过上述各个变配电所的专用降压变压器降 压至400V,以低压形式向就近的应急负荷配电。 6结论 综合上述的技术、经济指标分析,超高层商业 办公综合体不同于政府功能性建筑,也不是纯粹的 城市形象工程。其应急电源系统的设计,除了要以 安全性、可靠性为基本要求,同时还应该结合建筑 本身的定位和特点,考虑其运行的灵活性,以及业 主投资、运营的经济性。当然,在项目的施工图设 计阶段,需要对各种应急、备用负荷进行具体、详 尽的统计和计算,才能最终确定柴油发电机的容量。 参考文献 【1】戴瑜兴,黄铁兵,梁志超主编.民用建筑电气设计手册【M】.第二版.中国建筑工业 出版社. 【2】任元会主编.工业与民用配电设计手册【M].第三版中国电力出版社. 【3]LEEDNC Green Building Rating System For New Construction&Major Renovations Versions 2 2 [4]LEED.NC绿色建筑评估体系适用于新建和重大改建工程2.2版. [5]ASHRAE 2004901,应急柴油发电机组安装00D272.中建建筑标准设计研 究所出版● 深圳市土木建筑学会参加第七届 国际绿色建筑与建筑节能大会暨新技术与产品博览会 第七届国际绿色建筑与建筑节能暨新技术与 产品博览会于2011年3月2830日在北京召开。 深圳市土木建筑学会刘福义秘书长受邀参加此次 大会。 第七届国际绿色建筑与建筑节能暨新技术与 产品博览会以“绿色建筑让城市生活更低碳、更 美好”为主题,设立“建筑设计理论、技术和实践”、 “绿色建筑智能化与数字技术”、“建筑与室内环境 优化”、“绿色照明中的新光源和新技术”、“绿色房 地产业的健康发展”等十四个专题,本次大会为中 国绿色建筑的发展指明了方向。 一场建筑史上的绿色革命正在蓬勃展开,同 时也为深圳市土木建筑学会今后的工作提出了指 规。通过此次大会,深圳市土木建筑学会将以绿色 建筑理念为基础,积极搭建技术交流平台,不断促 进绿色建筑繁荣,为绿色建筑的快速发展做出应有 的贡献。■

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