某大型商业综合体10kV 柴发机组电气设计简析

杜广亮

(中衡设计集团股份有限公司,苏州 215021)

0 引言

随着我国经济持续快速发展,多功能商业综合体建筑群越来越多。 综合体内含大型商业、高标准酒店、甲级办公楼等单体,供电电源的可靠性成为重点关注问题,除去标准的双重市政电源外,多功能、大面积的商业综合体一般都会设置柴油发电机组作为备用电源。 本文结合工程设计案例,针对商业综合体内柴油发电机组设计进行探讨。

1 项目概况

本项目位于苏州工业园区,坐落于苏州工业园区金鸡湖旁,在园区核心CBD 区域。 由A、B、C、D、E、H、P 共7 个地块组成,将城市中的办公、商业、五星级酒店、公寓、文娱、餐饮、会议、集中能源站和交通等生活空间组合在一起,形成一个多功能、高效率、复杂而统一的庞大综合建筑群。 该建筑群总建筑面积约100 万m2,用地面积为10.3 万m2,其中地上建筑面积68.27 万m2,地下建筑面积为31.75 万m2。 共有7 栋塔楼,其余为多层商业,该建筑群地下共3 层,地下一层局部有5 万m2商业和设备房外,其余全部为地下停车库,地下部分全部互相贯通。 围绕多层商业南侧,有设备管道共用的共同沟。 该项目竣工后成为工业园区的标志性建筑。

2 柴油发电机组的选择

2.1 10kV 中压发电机系统

本项目建筑体量较大,地块有多栋建筑物,共有7 栋塔楼,其中5 栋为超高层建筑,其余为一类高层建筑。 根据各单体使用功能,如每个地块内都单独设置低压柴油发电机房需要占用较多的建筑面积,还需要考虑进排风通道、出屋面的排烟烟囱,影响建筑平面的排布,且后期维护复杂,人力成本较大。 本项目统一开发,整体建设,经综合比较,在P地块集中能源站设置10kV 中压柴油发电机组,再在各区域内根据供电区域设置10/0.4kV 应急变压器。 10kV 中压柴油发电机组系统图如图1 所示。为确保供电连续性和运行的经济性,本系统共设置3 台常用功率为1 800kW 的10kV 柴油发电机组,并预留一台备用机组安装位置。 柴油发电机房内高压柜出线电缆沿设备共同沟(图2 中虚线示意)敷设至各区域应急变压器,各区域应急变压器位置如图2 所示。 北区应急变压器共有6 台,安装容量为6 330kVA;南区应急变压器共有5 台,安装容量为7 030kVA。 根据给排水专业消防设计原则,消防火灾时仅考虑南区和北区各一处同时发生火灾的情况,发电机容量选择在火灾时最不利情况仅保证南区DE 街区应急变压器2 000kVA、9#楼应急变压器800kVA 和北区H 街区1 600kVA 应急变压器,上述应急变压器的安装容量为4 400kVA。 经理论计算,考虑南北区各一处发生火灾而二路市电均停电时,柴油发电机组的负载率约为75%。

图1 10kV 中压发电机组系统图

图2 应急变位置示意图

2.2 应急变压器容量选择

当柴油发电机组作为备用电源时,为消防负荷和一级负荷供电,应分为二种情况考虑:一是火灾发生时的计算负荷。 火灾发生时首先启动相关部分的消防设备,及时疏散大楼内所有人员,并切除火灾时不需要工作的非消防负荷。 此时计算容量应为消防负荷与火灾时仍需正常工作的非消防重要负荷的容量之和。 二是非消防火灾时市电断电情况下的计算负荷容量。 当二路市电均断电的情况下,正常工作的一级负荷与平时使用的消防负荷计算容量之和。 应急变压器容量应选择上述两种情况下的较大值。 以DE 区为例,根据表1 计算,应急变压器选择容量为2 000kVA 一台,理论负载率为80%,满足规范要求。 需说明表1 中消防负荷地下室消防风机为地下二层风机负荷,DE 区地下室共有3 层,每层地下室防火分区较多,原则上只需要酌情按照其中一层最大消防负荷的一个防火分区和相邻防火分区消防负荷之和计算即可。 其他地块内柴油发电机组容量都按此原则来确定的。

应急变负荷计算表 表1

3 柴油发电机组启动条件信号的获取

根据各建筑类型,本项目各用户均按照一级负荷供电考虑。 根据各地块建筑面积和用电容量,整个建筑群按照9 个用户申请电源,每个用户申请二路独立的20kV 市政电源进线。

根据GB 50052-2009《供配电系统设计规范》中第4.0.2 条文说明:“应急电源原动机的启动命令必须由正常电源主开关的辅助接点发出,而不是由继电器接点发出,因为继电器有可能误动作而造成正常电源误并网。”因此本工程取9 组市政电源进线的高压断路器的辅助触点作为柴油发电机组的启动信号,任一组二路市政电源失电后,均作为柴油发电机组的启动信号。 柴油发电机组启动信号接线原理图详见图3,仅对给柴油发电机组用直流启动电机发出启动信号作简要说明,对应具体控制逻辑关系以厂家产品设计为准。 柴油发电机组的最佳经济运行状况是标定功率的65%～80%。 柴发机组获得启动信号后,三台机组同时启动,待稳定运行后,控制系统根据所带负荷容量按70%来决定解列相应台数停机。 当市电电源恢复后,控制系统发出信号,柴油发电机组停机,控制系统具有自动运行、手动运行两种方式。

本项目建筑体量较大,考虑应急变压器位置分散,距离柴油发电机房较远,基本都在100m 以上,实际设计中C 地块6#楼应急变距离最远,近500m。 考虑柴发机组启动信号用电缆压降,故统一采用DC110V 电源,由柴发机房配电室内高压柜用直流屏取得,柴发机组启动信号用电缆采用矿物绝缘控制电缆BTTQ-2×4mm2。

4 柴发机组冷却系统

柴油机工作时,高温燃油及摩擦生成的热会使气缸、活塞等零部件温度升高,因此,必须采取适当的冷却方式,否则柴油机组因高温会受损。 柴油机组常见有水冷式和风冷式二类。 本项目机组容量较大,柴发机房空间较小,故采用水冷式柴油机组。本柴油发电机房所处P 区为该项目集中供冷供热能源中心,天然存在制冷机房通往室外冷却塔平台的冷却水管,在屋顶冷却塔组中选用了二台,平时用于商业空调,消防时用于柴发机组。 此冷却塔的配电采用二路供电,末端切换并由柴油发电机作为备用电源。

5 柴发机房设计

本项目在P 区集中能源站地下一层设置柴油发电机房,建筑面积约600m2,机房内设置高压配电室、控制室、油箱间、进排风竖井,在室外设置一座15m3的地下储油罐。 机房布置如图4 所示。

图4 柴油发电机房平面图

柴油发电机组容量较大,机组通常整体运输至安装现场,施工时采取整体安装。 本柴油发电机房设置在能源房地下一层,能源房有较多大型空调机组和水泵需要吊装,所以在地下一层顶板设置吊装孔,由吊机将设备吊至地下一层再水平移动至发电机房。 因此,在机房设计时在机组纵向中心线上方顶板下预留一个起重吊钩,方便安装和检修时用。

6 结束语

中压柴油发电机组在建筑设计中常用于400m以上的超高层建筑,在大体量、多单体的综合体建筑中应用不多,本项目对此做出积极尝试,竣工开业运行两年多来,系统运行正常。 笔者以此文就柴油发电机组电气设计问题与同行交流,个中认识难免谬误,望同行批评指正。