民用建築各級負荷供電系統設計探討

論文類別:工學論文 > 電力論文
論文標簽:建築設計論文
論文作者: 李維時
上傳時間:2006/3/3 11:59:00

摘要:该論文對民用建築各级負荷供電系統設計探討
關鍵詞:負荷等級 供電電源 應急電源 主接線形式

l 供電電源

  在建築工程設計的方案或初步設計阶段,一般需要按工程(或称之為用戶、用電單位)的重要性確定其用電負荷的等級、供電电源的數量及是否設應急電源。

  根據<供配電系統设計規範》GB50052-95第2.0.2條、3.0.1條等相關條文的規定:“一級負荷應由兩個電源供電”;“一級負荷中特別重要的負荷,除由兩個電源供電外,尚應增設應急電源”,也就是說特別重要負荷需要三個电源供電,一般的作法是在已有两路高壓市電的情況下,再設自備电源。

  白備電源一般是采用柴油發電機組或整流逆變裝置(簡稱EPS)電源等等。

  上述規範的3.0.3條指出“除一級負荷中特別重要負荷外,不應按一個電源系統檢修或故障的同時另一電源又發生故障進行设計”。即對一級負荷而言,兩個電源(一個電源故障時另一個電源不能同時損壞)供電就可以了,不必設第三電源。目前的實際作法,往往是根據供電部門的要求,在已有两路高壓市電的情況下,再設置柴油發電機組,原因是認為兩路高壓市電並非兩個“獨立”(不能同時損壞的)电源,提高了一級負荷用戶電源的可靠性。

  上述規範第2.0.6條的条文解釋中指出,“對二級負荷,由於其停電造成的損失較大,其包括的範圍也比一級負荷廣”。工程設計時,应根據供電系統的停電幾率,停電带來的損失,電源條件,供電系統各方案所需投資等諸多因素綜合考慮。二級負荷設備的供电有多種可選擇的方案,工程設計者應盡量選擇安全可靠、经濟合理的方案。“有條件時采用雙電源供电”。

三級負荷雖然對供电的可靠性要求不高,只需一路電源供電。但在工程設計時,也要盡量使供電系統简單,配電級數少,易管理維護。

  • 自備(應急)電源的設計

2.1自備(应急)電源容量的確定

  自備(應急)電源的容量應同時考慮如下因素:

2.1.1滿足由它提供電源的全部用電设備的計算容量;應急柴油發電機組的額定容量應是額定環境條件下連續運行12小時的标定容量,當環境條件不是產品规定的條件時,需考慮环境的影響,並按所需容量留有裕量。

2.1.2滿足由它供電的單臺容量最大的電動機的啟动要求;

  實際工程設計時步驟如下:在工程設計的方案及初步設計階段,因為由應急電源供電的設備台數和容量未確定,應急電源所供設備的計算容量就不易確定。要滿足上述條件2.1.1,只能根據大量的工程實踐經验進行估算,可按所設計的工程的變壓器總安裝容量的10~20%考慮。施工圖設計階段,可按上述2.1.1和2.1.2兩个條件來校驗。要滿足條件2.1.1有兩種情況:其一,如果自備電源是第三電源,可按能满足本工程中的全部一级負荷設備及一級負荷中特別重要负荷設備的總計算容量的供電要求設計;其二,如果自備電源是第二電深,宜滿足全部一級負荷和二級負荷計算容量的要求,見GB50052-95第3.0.6條。

  留裕量的方法往往是使柴油發電機組的容量不小於所有有關用電設備的安裝容量之和(即需要系數取為1)。這种作法有時會使發電机組的容量偏大。如果需要盡量减小柴油發電機組的容量,使其容量選擇得更准確,宜按其負荷的計算容量確定。要滿足條件2.1.2:即滿足最大容量的單臺電動機的启動要求,也有兩種情況:分別是按電動機全壓起動和按電動機降壓起動來考虑。

  因為一般情況下確定柴油發電機的容量時,不容易做到很精確,為滿足條件2.1.2可以用估算的方法:當電動機為全壓啟動時,所需柴油發電機組容量一般為電動機容量的7~10倍;如果電動機采用星三角或白耦變壓器降壓起動,則所需發電機的容量為電動機全压起動所需容量的三分之一左右,此時柴油發电機組容量可為最大單臺电動機容量的3-'4倍。如果電動機采用軟啟动裝置,柴油發電機的容量可略小於電動機容量的3倍。如果还想減小柴油發電機组的容量,就必須根據柴油機發电機組的勵磁方式等多方面的性能因素確定。

  如果自備電源采用EPS,則应按EPS生產廠家的要求設計。

2.2應急柴油發電機組臺數的確定:

2.2.1由於柴油發電機組是第二電源或第三電源,就不必为它再設“備用”,也就是说一個工程可以只設一台。如果容量過大,可以設兩臺,这兩臺可並聯運行,並考慮可互為備用。但必须註意

严禁將自備電源與市電並網,以免在市電網故障時同時拖垮柴油發電機組。

2.2.2柴油發電機組的單臺容量不宜大於1000kW。

2.2.3一般情況下在一個變電所內,柴油發電機組的臺數不宜多於兩臺,見JGJ/T16-92第6.1.2.1條。即在一個變電所內的總容量一般不超過2000kW。当工程規模特別大,變压器總安裝容量在15000kVA以上,且柴油發电機總容量必須超過2000kW時,變電所也就不止一處(否則低壓供電半徑會很大,变壓器未深入負荷中心),則柴油發電機組的設置可隨變電所的增多而增多,可不止一處,仍可做到一處不多於兩臺,每台不大於1000kW,使柴油發电機組的供電範圍和供電半徑適當。

3 根據用戶和用電設备的負荷等級.確定變電所內高、低壓配電系統主結線形式

3.1高壓供電系統的形式有很多種,今舉例如下:

3.1.1僅一路高压電源供電,適用於三級負荷見图1;

3.1-2或者當整個工程內僅有二級和三級负荷,

  无一級及特別重要負荷時,为滿足二級負荷設備的供電要求,也可只采用一路高壓供電。或者采用一路高壓,并設自備柴油發電機組的方案見圖2。而有條件采用兩路高壓供電時,高壓供電系統可采用一用一備自動互投到一段高壓母線上的結線形式見圖3。此方案高壓櫃台數少,占房間面積小,也能滿足二、三級負荷的供電可靠性要求。

3.1.3對一级負荷設備供電,一般采用兩路高压電源單母線分段系统,兩段母線間設聯絡開關,分列同時運行,互為备用的形式見圖4。

  当兩段母線中的任意一段母線上的变壓器均可供該工程的全部一、二級負荷時,兩段高壓母線間也可不設聯絡開關見圖5。此方案也適用於僅有二、三級負荷的大容量用戶。

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3.1.4為特別重要負荷供電,需要三個電源,可采用兩路高壓市電加自備電源,也可采用三路高壓電源,采用三路高壓電源的高壓主結線有多种形式,可采用兩用一備的形式見圖6。也可采用三段母线分列同時運行,互為備用的形式。

3.1.5特殊情況下,特別重要用戶采用四路高壓電源供電,例如國家大劇院等工程。

3.2低壓配電系統也可以典型化,以两路高壓電源、兩臺變壓器為例,对一級負荷和二級負荷供電,采用單母線分段,中間設聯络開關,手動或自動投入。一級負荷由兩段母线分別引出回路到末端互投,見圖4。值得註意的是為一級負荷供电的兩個電源回路,必須是由兩路高壓市電供電的兩臺變壓器的低壓側分別引來,或由一路市電一路自備電源見圖7,有些設计者常常忽略這一點,誤將末端互投的兩個回路引自同一個電源,有的是從同一臺變壓器的同一段低壓母線上引出,有的甚至從同一個低壓配電箱引出,這樣不能滿足一級負荷的供電可靠性要求,這個問題需特别註意。

  特別重要負荷設備,要有三個电源供電,即兩路市電(由接在不同高壓電源上的兩臺變壓器低壓侧分別引來)再加自備電源。一般作法是在變電所內設三段(或四段)低壓母線,第三段母線即專用的應急母線,它由兩路市电和自備柴油發電機組或EPS电源供電。當動力與照明分開計費時。再單設一段動力母線,則成為四段低壓母線,見图7。由圖7可見,引到特別重要負荷設備處(末端互投)的電源仍然是兩個,一個引自應急母線,一個引自有兩路高压保證的市電。也可在特別重要负荷設備處再設UPS電源。

3.3對“供配電系统設計規範"GB50052-95第2.0.2條的理解與执行:

  此條規定:“一級负荷由兩個電源供電”,兩个“電源不應同時損坏”一般作法是雙電源末端互投。在有些情況下,例如特別重要的體育比賽照明或特別重要公共場所的照明被列為一級負荷時,两個電源可各帶一半負荷。

  另外,在此條中還規定:“嚴禁將其他負荷接人應急供電系統”。在<民用建築電氣設計規范>JGJ/T16-92(以下簡稱“民規”)第3.1.9.2條中也有同樣的規定。這一规定是為了提高特別重要負荷設備的供電可靠性,減小第三電源需要的容量。筆者認為,這個“應急供電系統”是否可以理解為設在特别重要負荷附近的,為它供电的UPS等“應急供電系統”。不应將設在變電所內的柴油發電機組及其應急母線納入“嚴禁將其他負荷接入”的“應急供電系統”之列。這樣,自備柴油發電機組在满足特別重要負荷供电可靠性的前提下,再將一級負荷接在變電所內的應急母線上,並不會對特別重要負荷的供電有大的影響,且提高了一級負荷的供電可靠性。這種做法是結合民用建築供電系統的实際情況和民用建築中用电設備的特點,在不違背規範的本意的前提下,可充分發揮柴油發電機組的作用。但必須做到將一級負荷和特別重要負荷分開回路供電。

  在“全國民用建築工程設計技術措施”第5頁中指出“不同級別的負荷,不應共用供电回路,為一級負荷供電的回路中,不應接人其他級別的負荷”;同時還指出“為特別重要負荷設备供電的回路中,嚴禁接入其他級別的負荷”。這樣規定,在滿足特別重要負荷供電可靠性的基礎上,同時保證了一級負荷的供電。但必須特別註意:當某個回路出现故障時,它們的保護設備必須有選擇的斷開故障回路,保證不相互影響,尤其是不能影響特別重要负荷的供電。

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