分析超高层住宅小区供配电系统的设计要点

发表时间:2019/5/15   来源:《建筑学研究前沿》2019年2期   作者:姜飞
[导读] 本文主要对超高层住宅小区供配电系统的设计要点进行分析探讨。
中建二局第二建筑工程有限公司  广东深圳  518000
        摘要:超高层住宅与一般高层住宅相比,开发成本普遍要高20%以上,后期运营成本也相对较高。不少设计师进行项目设计时,更多的是从技术角度考虑问题,存在越保守就越安全、越可靠的心理,而忽略了经济性和实用性,如设计系数取值过高,造成设备选型偏大;柴油发电机需保障的负荷不清晰,导致容量选择过大。这就造成投资浪费,有违电气规范所要求的经济、合理的原则。基于此,本文主要对超高层住宅小区供配电系统的设计要点进行分析探讨。
        关键词:超高层住宅小区;供配电系统;设计要点
       
       
        1 前言
        高层住宅的划分主要为两类:建筑高度大于54米的一类高层住宅建筑,建筑高度大于27米但不大于54米的二类住宅建筑。因40层以下的超高层住宅结构形式上可与普通高层住宅可以采用类似结构,故该类住宅建筑多不超过40层,这类住宅的供配电系统在设计上,与一类高层具有相似性并有一定的区别。
        2 超高层住宅小区供配电系统的设计要点
        2.1 供电电源
        一类高层住宅建筑的最高用电负荷等级为一级,故其高压电源需由市政10千伏线路引来二路独立的10千伏电源。此二路10千伏电源必须为独立电源,即分别引自上级不同区域的两个变配电站,或者引自同一区域变电站的两段不同母线段(此两段母线段的上级电源亦为二路独立电源)。二路电源可同时供电,互为备用,亦可同时供电,各供部分负荷,但同样任一路电源均应能负担全部负荷。
        由于城市电网在上级一般都是并网的,因而为了保证供电的可靠性,超高层住宅建筑除了应满足上述一级负荷供电需要外,尚宜增设柴油发电机组对消防负荷、应急照明、航空障碍灯、生活水泵等重要负荷供电。
        除上述之外,还应为允许中断供电时间小于发电机启动时间的重要负荷设置特殊EPS作为直接过度电源。另外,选择特殊EPS必须要同时满足以下几个方面的内容才可实现最佳的供电效率:
        ①负载的单台最大启动电机的发电容量只占到EPS整体容量的15%左右;②EPS的容量设置必须是所供负载的1.1倍及以上才可满足电源使用的具体要求;③启动风机与水泵时必须要考虑ESP的容量,最佳的配置比例是EPS与电机和水泵的合的比例为5比1。
        2.2 负荷计算
        民用建筑施工图设计阶段,负荷计算一般采用需要系数法,其计算结果是选择配电变压器、导体及电器的依据。负荷计算方式不合理,需要系数选择不当,将对电气设备选择产生直接影响。
        2.2.1 住宅配电负荷计算
        住宅配电变压器选择偏大的问题很普遍,其主要问题是负荷需要系数选取过高。JGJ242—2011《住宅建筑电气设计规范》表1所列需要系数是一个范围,上限值与下限值差值从0.04到0.25不等,系数相差0.05,所选变压器的容量、开关及导线规格就可能会相差一个等级以上。
        有的设计人员选上限值,导致各区域配电总箱进线开关、主干电缆截面、母线及变压器容量都选择很大,造成极大的投资浪费。如用电负荷为6kW的用户,可以按两个基本户型考虑,另外别墅也可以参照此原则。若总户数接近基本户数范围值的上限值,则需要系数取下限值;若总户数接近基本户数范围值的下限值,则需要系数取上限值,这样需要系数的选取相对趋于合理。
        配电设计时,单相负荷应均衡地分配到三相上,当无法使三相完全平衡时,宜取最大一相负荷的3倍作为等效三相负荷,作为计算配电线路中的电流和选配开关、导体等设备的依据。住宅变压器容量的选择不应以各区域配电总箱经过等效变换后的安装功率相加作为依据,而应以变压器所带各户用电负荷的总功率作为依据。


        2.2.2 柴油发电机负荷计算
        JGJ242—2011第3.2.3条规定:建筑高度为100m或35层及以上住宅建筑,消防用电负荷、应急照明、航空障碍照明、生活水泵宜设备用电源供电。一般选择柴油发电机作为备用电源,当柴油发电机作为火灾时消防负荷的应急电源,同时又作为非火灾时非消防重要负荷的第二电源,应取两者计算负荷较大的作为确定发电机的容量。
        (1)非消防情况下,需保障的负荷主要有消防兼平时用的应急照明、排污泵、消防电梯及客梯、生活泵、安防系统、变配电房、消防控制室及弱电机房用电等。排风兼排烟风机平时和火灾时均有可能使用,平时市电停电后,可不考虑通风,该部分负荷无需发电机保障。虽然该类负荷不可作为普通负荷切除其电源,但市电断电至发电机起动过程中,风机控制箱内接触器自动跳闸断电,除非手动控制起动,市电停电后就没有必要。若平时采用数字控制器自动控制,物管人员也可以通过自动化系统主机取消对风机的自动控制。
        (2)消防情况下,需保障的负荷主要有应急照明、消防电梯、消防风机、消防泵、消防梯集水坑及消防泵房排污泵、变配电房、消防控制室用电、安防系统、生活泵等。生活泵虽然属于非消防设备,但火灾时高层建筑灭火以自救为主,未逃出火场的人员可用生活水源自救,故确保其供电还是有必要的。
        (3)消防水系统、防排烟系统都是按照同一时间内只考虑一次火灾的原则设置。消防情况下,发电机仅需考虑消防用水量最大且最大防烟分区的一处火情时的负荷供电。因此,并不需要考虑所有防火分区的消防风机负荷,只需选择容量最大的一个防火分区的消防风机负荷。
        (4)虽然消防时按一处火情考虑,对于含多栋塔楼的小区并不是应急照明及消防电梯仅考虑一栋塔楼的用电,而忽略其他塔楼消防电梯和应急照明负荷。火灾时,非着火区的消防设备依然由柴油发电机供电,并未切除,同样需考虑。保障高层住宅住户基本的出行条件还是有必要的,但需要系数可以低些。目前,高层塔楼的应急照明采用节能自熄开关控制,10层以上的住户,非火灾情况几乎不会考虑通过楼梯下楼。因此每个塔楼的应急照明实际使用不到50%,多个塔楼的应急照明需要系数就更低了。
        (5)火灾时,市电停电,由发电机应急供电,需考虑将客梯等非消防重要负荷切除,以减轻发电机负担,满足消防负荷的供电。可将发电机应急母线分段,将消防时需保障的负荷与消防时非保障负荷分别接在不同的应急母线上,火灾时通过联络总开关切除非保障负荷。选择发电机时,将项目的所有消防负荷和其他重要负荷容量相加计算,或仅考虑一个防火分区灭火所需的用电,都是不妥的。
        (6)发电机所要保障的负荷确定后,其容量应按应急负荷大小和起动大的电动机容量等因素综合考虑确定。
        2.3 高低压配电系统
        变电所内的配电系统特别是单母线分段的运行系统中应设置联络开关,在联络开关使用时可以有效对电源进行分列运行,从而实现互为热备用的效果。这样一旦出现单路的电源故障也不会影响到其他路的正常使用,为提升整个电源系统的稳定性提供了技术支持与保障。无功补偿:0.4千伏侧采用集中补偿,设电容补偿器柜,自动调节式补偿装置,使功率因数大于0.9,电容器组采用自动循环投切方式。
        低压配电系统中最为常见的运行方式是单母线分段运行方式,通过联络开关与两主进线开关之间的连锁实现任一时刻最多只能有2个开关闭合。对于低压配电线路而言,放射式配电方式最为可靠,对一、二级等重要且容量多不大的负荷应采用此形式配电;而普通住宅用电等容量大但非重要的三级负荷可采用树干式的配电方式以节约配电设备投资。同时所有一级负荷及二级负荷供电均采用两路电源供电,并在末端自动切换,以保证供电的可靠性。
        结语
        超高层住宅的供配电系统,其与一类高层住宅大部分设计内容相同,但系统设计的某些方面较一类高层有所提高,设计时应重点关注。合理选择发电机的容量并配之以合适的EPS容量;大户型需选用合理的负荷计算指标;某些供电线路允许使用铜、铝或合金材质的导体,既可以满足基本功能的需求同时也可以大大降低金属的消耗数量,提升成本的控制水平。
        参考文献:
        [1]JGJ242—2011住宅建筑电气设计规范[S].
        [2]GB50052—2009供配电系统设计规范[S].
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