建筑电气工程供配电系统设计与思考

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  摘要:供配电设计在保证人们的用电安全前提下,尽可能地采用先进技术以及经济合理的设计。特别是高层建筑或大型的公共建筑,是用电的大户,同时也是人员较为密集的地方,若供配电设计不合理会造成触电身亡,严重时引起火灾,损失严重。本文根据工程案例,对某建筑工程的供配电系统的设计要点进行分析,供同行人员借鉴参考。
  关键词:电气设计;供配电系统
  在中国,根据有关规定,建筑高度超过24m的公共建筑和10层及10层以上的居住建筑称为高层建筑。在高层建筑电气和自动化水平都比较高。一些高层建筑集中了几乎所有的现代电子技术,许多安全和服务体系的形成。例如:空调、电梯、供水、排水、消防、闭路电视、应急照明、安防、门禁、电话、防雷接地、计算机管理,支持和保证其正常工作,他们不能没有电力供应和分配系统,所以高层建筑电源系统是其重要的组成部分。
  而高层的特点是结构复杂、功能繁多。随着经济与技术的不断发展,各类优质建筑材料也日益显出其优越性。以下简单介绍一下高层建筑的特点:
  1 高层民用建筑的特点
  生产力的发展带动着建筑水平的提高,结构复杂、功能繁多的高层建筑日益增多。随着科学技术的发展。建筑材料质料的提高,人口大量的集中,高层建筑日益显出其优越性,下面简单介绍高层民用建筑的特点:一个建筑面积几万至几十万平方米。如上海的世界金融中心建筑492米,地上101层,381600m2的建筑面积。陆家嘴金融贸易区位于上海,浦东新区的黄浦河,建筑高度420.5米,建筑面积290000平方米。纽约世界贸易中心由5座建筑物组成,建筑群,共840000平方米。为了减少占地面积,减少投资,大型建筑改造的横向发展为纵向扩展。
  东晋江索菲特大酒店,高151 m,共47层;日本新宿中心大楼60层,高约210m;广州白天鹅宾馆共37层;深圳国际贸易中心50层。高层建筑由于地基与结构需要的不是一些地下层。降低一般作为冷冻机房,水泵房,真正的变电站和车库等。
  1、工程概况
  某高层建筑属于综合性建筑,集酒店、商务办公及公寓一体,总建筑面积38600.22m2。
  2、电气负荷
  按一级负荷设计客梯、排污泵、生活泵等用电,其余为二级负荷。商业、餐饮、办公、客房及公寓用电,冷水机组,电梯,水泵,风机均为主要用电设备。
  3、负荷计算
  办公楼作为综合体项目中的其中一项,其安装容量为700kW,计算容量为320kW。办公室18W每平方米计算,酒店的套间及标准间客房分别按每间1.8kW、0.85kW计算,风机、水泵等负荷则根据通风、给排水专业提供的资料进行统计。
  4、供电电源
  本项目为了满足一、二级负荷的正常使用,采用单母线分段的运行方式。要求供电局提供不同区域的两路10kV电源。这样一来,高压进线互为热备用,当一路供电故障时,另一路可以承担全部负荷。开关房设置在地下室一层,高压进线从地下一层的开关房引至10kV线路变电站。
  5、变配电房
  1)本工程在地下一层、二层的第3、1防火分区以及办公楼17层避难层分别设置了柴油发电机房及1#-3#三座变电所,而且在2号楼核心筒旁边设应急柴油发电机房,以备应急之用。
  2)1#变配电所内设有开关房、高压开关室及变压器,变压器为干式变壓器。其主要任务是向2、3栋公寓及其裙房商业供电。高压电源从供电部门获取,直接引至到公共开关房,再连接到高压开关房。高压母线采用单母线分段接线并在两段高压母线间设母联开关。当有一路电源停电时可以通过闭合母联开关获得另一路的供电,正常供电时母联开关断开时,两路高压电源会同时供电至本栋建筑。
  高压开关室放射式同时向各个变配电房变压器供电。变配电室低压母线采用单母线分段接线方式,设变压器母线及应急母线,各母线间设联络开关,正常时各母线分段运行,分别由各自变压器提供电源。
  母线分段接线方式进行设置变配电室低压母线,正常母线设六段,并在母线之间设联络开关。另外设一段应急母线。
  应急母线是由变压器供电,断电时,非重要负荷切除后,人工合上开关,由其它变压器供给未切除的用电负荷用电。当外部电源被切断,应急柴油发电机立即自动启动,在15秒的消防及重要负荷的供电。电力恢复,单位自动退出工作和延时停机。在低压侧无功补偿。
  3)2 #变电站位于地下室两层第一个防火区,主要以1栋办公楼的16层和5 层裙子置于商业电源,高、低压配电室,高压电源从1 #高压开关室引来。
  4)3#变配电所设在1栋办公楼17层避难层,主要向办公楼17层以上供电,,内设有高、低压配电室。高压电源从1#变高压开关室引来。低压母线采用单母线分段接线方式,设四段正常母线(变压器母线)及一段应急母线。应急母线电源主电源由变压器供给,应急母线电源由柴油发电机供给。当外电源停电时,应急柴油发电机立即自动启动,15秒内向消防及重要负荷供电。市电恢复后,机组自动退出工作并延时停机。无功补偿采用在低压侧集中补偿。
  5)柴油发电机房设在地下一层第2防火分区2号楼核心筒附近,主要向1#~3#变配电所的应急母线供电,内设有控制室、油箱间、气体灭火间,该应急柴油发电机具有自起动功能并设自动并机装置。
  各变配电室10kV配电系统中,进线设置过流、延时速断、零序保护;10kV母联设置过流及速断保护;10kV出线设置过流保护、延时速断保护、零序保护、变压器设置高温报警、超高温跳闸保护等。变压器的高压侧设置真空金属封闭开关柜,装设高分断能力的真空断路器作保护,变压器还设有超温报警及自带风机功能以确保变压器安全可靠地运行。各变配电房的配电及计量独立。变压器设专用高压计量柜作高压总计量。在低压室采用集中补偿方式,安装成套低压自动补偿静电电容柜。   低压供电系统采用单母线分段形式,两台变压器为一组,两段母线之间设置联络开关。本工程供配电系统见图1。
  6、应急电源
  本项目设自启动应急柴油发电机组供一级负荷(火灾时只供消防负荷),自启动信号引自专用变压器低压进线开关。当市电停电时应急发电机组应能在30秒内自启动及供电,维持一级负荷及非消防重要负荷的必须用电,市电恢复时发电机组自动退出运行,并将负荷转移至正常供电系统。为满足环保要求,发电机采用风冷式,热风直排至首层室外无人处,其排烟经水处理后沿烟道引上屋顶排放。
  7、配电设计
  设置好的供电路径对于面积大及负荷分散的建筑物非常重要。本项目设置了3组强弱电井在不同区域,保证了供电路径合理性以及后期方便维护。配电系统的接地形式采用TN-S系统。
  消防、应急负荷采用双电源供电进行末端自动切换。对于建筑的冷冻机房、水泵房等大型设备,采用放射式供电设计,树干式配电方式应用在塔楼。
  8、电气安全
  建筑电气的接地电阻要求不大于1歐,对弱电工作接地及防雷接地等设备采用共用接地装置。对于插座回路剩余动作电流,也是一个不可小瞧的安全问题,分别设置了漏电保护开关及漏电火灾报警系统。一级配电箱处设置监控探测器对电气运行情况进行预控。实时监测系统主机设置在消防控制中心,管理人员可以通过显示记录准确、及时地发现供电回路的电流、异常温升等异常情况,及时、准确地进行维护,降低了成本及提高工作效率,同时也降低了由此引起的火灾。
  9、其它
  本工程属于公共建筑,消防设备供电干线及分支干线采用矿物绝缘电缆,其余采用低烟无卤阻燃电缆或电线。大堂、办公区、宴会厅、会议室等需要装修的部位仅预留用电负荷,具体照明设计待二次装修时确定。
  结束语
  而言之,在进行建筑供配电系统设计时,其供电系统中负荷计算是否准确,供电电源、电压的选择及变配电所的布置是否合理;供电线路的敷设是否经济以及配电系统的设计是否稳定等,均会决定到系统最终成果的优劣。故要仔细斟酌每个设计细节,本着安全可靠、优化设计方法、抓住设计要点的目标,贯彻系统经济合理、技术材料先进的原则,才能设计出安全可靠、经济耐用、先进得体的供配电系统,进而保障整个建筑电气工程的质量安全。
  参考文献:
  [1]《民用建筑电气设计规范》(JGJ 16-2008);
  [2]《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045-95)2005年版;
  [3]《供配电系统设计规范》(GB50052-2009);
  [4]《10kV及以下变电所设计规范》(GB50053-94);
  [5]《低压配电设计规范》(GB50054-2011);
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