某公共安全应急救援指挥中心的电气设计探讨*

2022-04-28李山山

现代建筑电气 2022年3期

李山山, 王冉

(滨州市规划设计研究院有限公司, 山东滨州 256602)

0 引言

某公共安全应急救援指挥中心位于山东省某市城市中心地带,地理位置优越,建筑面积为10 039.96 m2,建筑高度为30.55 m。该建筑物共8层,其中地上7层、地下1层,地下1层为枪库及值班室,风险等级为二级,安全防护等级为二级。1F、2F的东西裙房为指挥中心及会议室,主楼部分为功能房间;其余标准层均为办公用房及机要用房。根据GB 50016—2014(2018年版)《建筑设计防火规范》[1]第5.1.1条,该工程属于应急管理局一类高层办公建筑,配电室、消防控制室(兼安防控制室)设置在1F,网络机房设置在4F。

1 变配电系统

1.1 负荷等级

根据GB 50052—2009《供配电设计规范》[2]第3.0.1条及应急管理局的要求,主要用电负荷分级如表1所示。

表1 主要用电负荷分级

1.2 供电电源

考虑到使用功能的特殊性,该工程拟采用两路独立的高压市政电源以保障供电。由于受到当地市政条件的影响,暂时不具备满足设置两路电源条件。经过与建设单位沟通,采用以下方法加以解决:由当地供电部门提供一路专线,保障消防及其他重要负荷。另设一台柴油发电机作为备用电源,要求市电停电时在0～30 s自启动。同时,一级负荷中特别重要负荷增设UPS电源。

1.3 负荷计算

该工程功能复杂,使用条件较高,其用电负荷的计算需要多个单位共同完成:其指挥大厅及接警中心的LED显示屏、机房、音响都属于工艺设计范畴,此部分负荷由建设方委托专业的工艺设计人员提前提供,并留有一定裕量;空调等设备用电由暖通专业设计人员提供;其他用电根据19DX101-1《建筑电气常用数据》表3.28估算。用电负荷估算如表2所示。

1.4 变配电系统方案

负荷估算完毕后,再确定变配电系统方案。确定变配电系统方案后,进行配电室预留及柴发容量选择。经过与建设单位沟通,最终选择箱式变电站以节约办公楼面积。将柴发机房设于楼一侧并与箱式变电站一起建设。根据负荷等级、负荷估算并结合当地市政供电专线条件,10 kV主接线采用单母线不分段运行方式,设柴油发电机作为备用电源[3-4]。结合建筑特点及负荷估算,本工程在低压变配电系统设计时着重考虑以下4个方面。

(1) 根据用电负荷运行特点将其适当分组,在运行中根据负荷变化投切相应变压器。采用上述方式对减少变压器损耗、节约电能等方面具有积极的意义。以本设计为例,分别设置1#与2#两台变压器。其中,1#变压器供照明、指挥大厅、电梯、末端空调设备用;2#变压器供中央空调外机用,不使用空调的季节可以停用,以减少变压器空载损耗。

(2) 对建筑物谐波源较多的供配电系统,选用D,yn11接线组别的配电变压器,3次及其整数倍以上的高次谐波可以在变压器的一次侧形成环流,有利于限制高次谐波。同时,对指挥大厅调光装置采取有效的谐波抑制措施。

(3) 采用以下方式以保障电源安全及能够连续供电:指挥大厅及110接警机房、弱电机房设置相对独立的电源供电;配电室设电源双切柜,电源分别引自变压器低压侧、柴油发电机控制屏,机房电源引自该电源双切柜。此外,在机房单独设置UPS电池组,以确保电源安全、不间断。

(4) 高低压主接线示意图如图1所示。由图1可知:① 正常运行情况下QF3断开,QF1、QF2合闸,N1T和N2T分列运行,N-1与N-2母线间设联络开关QF3,当一路电源故障时,通过手/自操作联络开关,另一路电源负担全部一、二级负荷。N1T为N-1段母线供电,N2T为N-2、N-G1、N-G2段母线供电。备用电源不投入运行。② 当市电电源出现故障时,备用电源投入运行。当QF1、QF2电源侧均故障时,QF1、QF2分闸,备用电源投入运行,为N-G1、N-G2段母线供电。③ QF1、QF2、QF3之间必须设置可靠联锁,任何时候至多有2个断路器合闸。

1.5 谐波治理

4F设置的专用网络机房存在大量电子设备,设备运行时会产生大量的高次谐波。这些高次谐波的存在,会使电压、电流波形产生畸变,从而影响供电质量。针对上述问题,该工程采用就地补偿的方法加以解决,即按设备工作电流乘以谐波畸变率,得到谐波电流有效值,然后根据电流有效值选择相应的三相滤波器。

1.6 无功补偿

该工程采用自然功率因数高的电气设备,如采用功率因数高的LED驱动器等。当采用提高自然功率因数的措施后仍达不到电网合理运行要求时,则采用并联电力电容器作为无功补偿装置,在箱式变电站内集中补偿。

2 应急照明系统

应急照明是在正常状态下因正常照明电源的失效而启用的照明,或者在火灾等紧急状态下按预设逻辑和时序而启用的照明。根据国家GB 50034—2013《建筑照明设计标准》,应急照明分为三类:备用照明、安全照明、疏散照明。其中,备用照明是用于确保正常活动继续或暂时继续进行的应急照明;安全照明是用于确保处于潜在危险之中的人员安全的应急照明;疏散照明是用于确保疏散通道被有效地辨认和使用的应急照明。

2.1 备用照明

备用照明分为消防备用照明和重要场所非消防备用照明。消防备用照明主要用于配电室、消防控制室、自备发电机房等火灾时仍需工作或值守的场所。消防备用照明要求与正常照明具有相同照度,并应保证供电的可靠性。消防备用照明与正常照明兼用相同灯具,采用主电源和备用电源切换后供电。非消防备用照明对重要建筑物尤其是人员密集的高大空间、具有重要功能的特定场所的照明系统提出了更高的要求。除正常照明和消防应急照明外,非消防备用照明设置了一部分照明用来确保正常照明失效时能使正常活动继续或暂时继续进行。该工程110接警中心和指挥大厅、加密会议室照明均属于非消防备用照明。

2.2 安全照明

安全照明是用于确保处于潜在危险之中的人员安全的应急照明,该工程不涉及。

2.3 疏散照明

疏散照明是为发生火灾时人员疏散和仍需工作的场所提供的照明和疏散指示。该工程采用集中控制型系统,将其控制器设置于消防控制室内。选择集中电源供电方式,将电源集中设于电井内。灯具的主电源和蓄电池电源由集中电源提供,灯具主电源和蓄电池电源在集中电源内部实现输出转换后由同一配电回路为灯具供电。水平照度的计算公式由下式确定

式中:Eh——点光源在水平面点上产生的水平照度;

Iθ——点光源照射方向的光强;

h——点光源至被照面计算点的距离;

cosθ——被照面通过点光源的法线与入射光线夹角的余弦值;

K——灯具维护系数。

根据GB 51309—2018《消防应急照明和疏散指示系统技术标准》[5]要求,该工程楼梯间、消防电梯前室地面水平照度≥5.0 lx,超过400 m2的办公大厅及会议室地面水平照度≥3.0 lx,疏散走道、配电室、消控室、发电机房地面的水平照度≥1.0 lx。对于区域场所,按照有无疏散路径进行划分:有疏散路径时,按疏散路径确定照度测量范围;无疏散路径时,按区域四周各减少500 mm确定照度测量范围。照度是点照度值,此值与灯具配光、效能有关。工程水平照度设计如图2所示。

以走廊照度计算为例:h=4.6 m(吊顶高度3.0 m,取两灯最远点),cosθ=0.65,则θ=49°;查文献[6]表25-28,Iθ=36 cd,则两灯在此点的照度Eh=1.1 lx>1.0 lx,满足要求。

设置在距地面8 m以下的灯具采用A型灯具,大厅及指挥大厅超过8 m的部位灯具采用B型灯具。对于A型消防应急灯具,电源线与控制线可以采用二总线,即电源线与控制线采用两根线。如不采用二总线,则电源线与控制线应采用共管敷设。对于B型集中控制型消防应急灯具,每个灯具应具有2根电源线和2根通信线。如果应急照明集中电源或应急照明配电箱的通信回路与电源回路均采用了安全隔离措施并满足了电磁兼容要求,同时电源线路电压等级、线路绝缘等级与控制回路保护等级均满足要求,则电源线和通信线可共管敷设,否则应分管敷设。