劉力紅，徐 華

(清華大學(xué)建筑設(shè)計研究院有限公司， 北京 100084)

0 引言

隨著我國綜合國力的增強，重要辦公建筑的供電保障要求越來越高。柴油發(fā)電機組經(jīng)常作為應(yīng)急或備用電源使用，柴油發(fā)電機組設(shè)計的合理性和安全性至關(guān)重要。

本論文以亞洲基礎(chǔ)設(shè)施投資銀行總部項目(簡稱“亞投行項目”)為例，總結(jié)了柴油發(fā)電機組在系統(tǒng)設(shè)計中的一些經(jīng)驗和想法。希望通過本文的探討，對電氣設(shè)計師在柴發(fā)機組設(shè)計方面有所助益。

1 項目概況

亞投行項目位于中軸線西側(cè)建筑序列的最北端；總建筑面積為389 972 m2，地上面積 256 872m2，地下面積133 100m2。地上16層，地下3層；建筑高度80m。機動車停車位1 670輛。本項目為一次性建設(shè)，分三期使用。

亞投行項目為一類高層辦公建筑。車庫屬于大型 Ⅰ 類汽車庫；地下一層設(shè)置的數(shù)據(jù)機房為B級機房。項目耐火等級為一級；結(jié)構(gòu)類型為鋼管混凝土框架-鋼板墻核心筒結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)類型為樁筏基礎(chǔ)。

2 供配電系統(tǒng)設(shè)計

2.1 負荷等級

本工程為一類高層辦公建筑、超甲級寫字樓、大型Ⅰ類汽車庫。根據(jù)供電方案，本工程為一級負荷用戶。具體負荷分級如下。

一級負荷中特別重要負荷：主要業(yè)務(wù)和計算機系統(tǒng)、電子信息設(shè)備機房、重要弱電機房用電(含空調(diào)用電)；安防系統(tǒng)用電；值班照明、警衛(wèi)照明；首層安檢區(qū)用電、變配電室用電；辦公區(qū)重要負荷；檔案室用電、交易辦公區(qū)用電、董事會會議室及行長辦公區(qū)用電、VIP電梯；廚房冷庫用電；地下一層B級數(shù)據(jù)機房及其精密空調(diào)設(shè)備用電；為數(shù)據(jù)機房和廚房冷庫服務(wù)的冷卻水等空調(diào)設(shè)備用電。

一級負荷：消防控制室、火災(zāi)自動報警及聯(lián)動控制裝置、火災(zāi)應(yīng)急照明系統(tǒng)、防煙及排煙設(shè)施、自動滅火系統(tǒng)、消防水泵、消防電梯及其排水泵、電動的防火卷簾及門窗、閥門等消防用電；走道照明；客梯用電；排污泵、生活水泵用電；副行長/首席顧問辦公區(qū)。

二級負荷：貨梯、自動扶梯、換熱泵房、擦窗機、中水泵房用電。

三級負荷：除一、二級負荷以外的其他負荷。

2.2 各級負荷供電方式

一級負荷中的特別重要負荷：采用雙重電源供電，在最末一級配電裝置處自動切換；采用柴油發(fā)電機組作為備用電源，根據(jù)設(shè)備允許中斷供電時間的要求設(shè)置UPS保證供電連續(xù)性。

一級負荷：采用雙重電源供電，在最末一級配電裝置處自動切換。對于消防負荷和部分維持大樓基本運行的一級負荷增設(shè)柴油發(fā)電機組作為應(yīng)急電源，根據(jù)設(shè)備允許中斷供電時間要求設(shè)置UPS/EPS保證供電連續(xù)性。

二級負荷采用兩回路電源供電，在適當(dāng)位置的配電裝置處自動切換；對大容量設(shè)備也可采用由變配電室低壓配電柜單路放射式供電。

三級負荷按約定或單路供電。

2.3 變配電室設(shè)置

本項目共設(shè)有六座變配電室，兩座總變配電室(1號和2號總變配電室)，四座分變配電室(3號、4號、5號和6號分變配電室)。

其中，除專門為制冷機房設(shè)置的6號分變配電室設(shè)置在地下二層(局部降板)外，其余變配電室均設(shè)置在地下一層。變配電室均設(shè)置電纜夾層。本項目總變壓器容量為45 000kVA。

3 柴油發(fā)電機組的設(shè)計

3.1 柴油發(fā)電機組帶載范圍

根據(jù)負荷等級及不同負荷等級的供電方式，本項目設(shè)置閉式水循環(huán)風(fēng)冷式低壓柴油發(fā)電機組作為應(yīng)急/備用電源。柴發(fā)機組的帶載范圍如下。

(1)停電且消防狀態(tài)：帶載本區(qū)域全部消防負荷，為消防負荷提供應(yīng)急電源。負荷包括：安防控制系統(tǒng)、重要網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、消防控制室、火災(zāi)自動報警及聯(lián)動控制裝置、火災(zāi)應(yīng)急照明系統(tǒng)、防煙及排煙設(shè)施、自動滅火系統(tǒng)、消防水泵、消防電梯及其排水泵、電動防火卷簾、電動排煙窗等消防用電。

(2)停電而非消防狀態(tài)：為維持大樓基本運行的負荷提供備用電源。主要包括：首層安檢區(qū)用電、辦公區(qū)重要負荷、檔案室用電、交易辦公區(qū)用電、董事會會議室及行長辦公區(qū)用電、VIP電梯、廚房冷庫用電、B級數(shù)據(jù)機房及其精密空調(diào)設(shè)備、智能化機房和廚房冷庫服務(wù)的冷卻水等空調(diào)設(shè)備用電；重要客梯、排污泵、生活水泵用電。

3.2 柴油發(fā)電機房設(shè)置

柴油發(fā)電機房設(shè)置原則為：靠近其服務(wù)的變配電室，便于進風(fēng)、排風(fēng)、排煙。本項目在地下層設(shè)置三座柴油發(fā)電機房。表1所示為柴油發(fā)電機的設(shè)置情況。

柴油發(fā)電機房編號及機組設(shè)置 表1

3.3 柴油發(fā)電機房控制室

在發(fā)電機房控制室設(shè)應(yīng)急/備用電源配電柜，將應(yīng)急/備用電源分配至各區(qū)域變壓器的應(yīng)急/備用母線。

3.4 室外儲油量計算

本項目柴油發(fā)電機組持續(xù)供電時間不少于24h；單臺機組的燃油消耗量為298L/h, 按照最不利條件下，2臺機組同時持續(xù)工作24h，需要的儲油量為14.3m3；考慮室內(nèi)設(shè)有1 m3日用油箱，室外設(shè)置15 m3儲油罐，則儲油量共16 m3> 14.3 m3，滿足儲油量要求。

當(dāng)日用油箱液位低于液位開關(guān)時，啟動柴油罐油泵，打開日用油箱進油管防爆電動閥，將油泵入日用油箱；當(dāng)液位高于高液位開關(guān)時，關(guān)閉日用油箱防爆電動閥，停泵。

3.5 柴油發(fā)電機組配電系統(tǒng)架構(gòu)圖

變壓器低壓端通過斷路器的輔助觸點信號給發(fā)電機組控制器啟動柴油發(fā)電機。當(dāng)恢復(fù)供電后控制器發(fā)出發(fā)電機斷路器分閘信號，延時發(fā)出斷路器合閘信號，柴油發(fā)電機組延時停機。

通過柴發(fā)機組的并列控制器，可完成對市電斷路器轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)機組遠程啟動、加載和卸載順序控制、負載需求控制、負載優(yōu)先級控制、市電切換管理、系統(tǒng)智能監(jiān)控、BMS信息提供、機組測試控制。

柴油發(fā)電機組自帶的控制屏需要預(yù)留接口與建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)平臺進行通訊，建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)可監(jiān)控信號：油位、油泵啟停、運行狀態(tài)、故障、手/自動狀態(tài)、水溫、油壓、油溫、頻率、電瓶組電壓等。圖1所示為1#柴油發(fā)電機房的機組配電系統(tǒng)架構(gòu)圖。

圖1 1#柴油發(fā)電機房機組配電系統(tǒng)架構(gòu)圖

3.6 柴油發(fā)電機組的控制邏輯

(1)啟動邏輯

任意一組變壓器供電回路中的兩路市電中任意一路市電失電，柴發(fā)進入熱備狀態(tài)，柴發(fā)機組全部自動啟動，此時柴發(fā)機組空載運行，5min內(nèi)若供電回路中的兩路市電全部失電，柴發(fā)機組合閘相應(yīng)回路的機組輸出開關(guān)；5min后若供電回路中的兩路市電中仍只有一路失電，則柴發(fā)機組停機。

任意一組變壓器供電回路中的兩路市電全部失電，柴發(fā)進入非熱備狀態(tài)，柴發(fā)機組全部自動啟動，率先達到額定電壓、頻率的柴發(fā)機組合閘對應(yīng)的機組輸出開關(guān)，后一臺達到并車條件與前一臺自動并車，并車完成后，合閘后一臺對應(yīng)的機組輸出開關(guān)。

(2)柴發(fā)機組帶載運行邏輯

無論柴發(fā)機組是否處于熱備狀態(tài)，只有當(dāng)且僅當(dāng)柴發(fā)機組并車完成、機組輸出開關(guān)合閘后，任意一組變壓器供電回路中的兩路市電全部失電且ATS切換開關(guān)市電側(cè)合閘反饋信號消失，主控柜才能控制相應(yīng)供電回路中的饋線開關(guān)合閘，饋線開關(guān)合閘后，柴發(fā)機組帶載運行。

柴發(fā)機組帶載運行時，當(dāng)負荷小于單機容量80%，延時自動解列，任意一臺機組退出延時停機；當(dāng)負荷大于單機容量85%，退出機組自動啟動，自動并車，之后帶載運行。

任意一組變壓器供電回路中的兩路市電全部失電，且主控柜在沒有接收到消防信號的情況下，柴發(fā)機組需向重要負荷以及消防負荷中的常用設(shè)備回路供電。

任意一組變壓器供電回路中的兩路市電全部失電，且主控柜在接收到消防信號的情況下，主控柜切斷重要負荷回路，柴發(fā)機組只向消防負荷回路供電。

(3)柴發(fā)機組停機邏輯

任意一組變壓器供電回路中的兩路市電中任意一路返回且主控柜檢測到該供電回路中ATS市電側(cè)合閘狀態(tài)反饋信號返回，主控柜控制分閘相應(yīng)供電回路中的機組饋線開關(guān)，此時：1)若其他變壓器組市電都正常供電的情況下，柴發(fā)機組空載運行5min后停機；2)若其他變壓器供電回路中的兩路市電仍處于失電狀態(tài)，柴發(fā)機組繼續(xù)運行帶載，直至所有供電回路市電正常供電，柴發(fā)機組空載運行5min后停機。

3.7 柴油發(fā)電機房用配電箱/柜設(shè)置

柴發(fā)發(fā)電機房內(nèi)設(shè)置雙電源配電箱為柴發(fā)機組輔助設(shè)備提供低壓電源。雙電源回路分別引自變壓器普通母線段和應(yīng)急母線段；電啟動系統(tǒng)、接地柜和電動百葉由機組自帶UPS供電。預(yù)留電量可根據(jù)以下數(shù)據(jù)進行估算(1 000kW機組)：1)每臺發(fā)電機組電加熱器：AC380V，15kW；2)每臺發(fā)電機組尾氣凈化系統(tǒng)控制器：AC380V，1kW；3)機房接地柜：AC220V，1kW；4)機房日用油箱控制柜(含回油泵電源)：AC380V，5kW；5)機房室外油罐控制柜(含供油泵電源)：AC380V，8kW；6)數(shù)字并聯(lián)主控制柜：AC220V，1kW。

3.8 接地

本工程各柴油發(fā)電機房的兩臺柴油機組并列運行，機組的中性點經(jīng)接觸器接地；當(dāng)中性導(dǎo)體存在環(huán)流時，只需將其中一臺發(fā)電機的中性點(接觸器常開觸點閉合)接地。本項目每座柴油發(fā)電機房的兩臺柴發(fā)機組共用一個接地柜，接地柜由柴發(fā)機組配套提供。

柴油發(fā)電機房的接地采用與大樓共用統(tǒng)一的接地裝置，要求接地電阻≤0.5Ω，實測不滿足要求時，增設(shè)人工接地極。控制室設(shè)有等電位端子箱，采用熱鍍鋅扁鋼與基礎(chǔ)接地裝置聯(lián)結(jié)。

4 規(guī)范條款對柴發(fā)機房設(shè)計提出的新要求

在柴油發(fā)電機組的設(shè)計中，還需注意GB 50016—2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》(2018年版)中對柴油發(fā)電機組提出的新的設(shè)計要求及相關(guān)條款的變化。

4.1 柴油發(fā)電機房設(shè)置位置

GB 50016—2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》(2018年版)中5.4.13條第2款要求：民用建筑內(nèi)的柴油發(fā)電機房不應(yīng)布置在人員密集場所的上一層、下一層或貼臨。此條為強條，因此在方案階段，選擇柴油發(fā)電機房位置時務(wù)必需要注意避開人員密集場所。

4.2 水專業(yè)滅火形式的調(diào)整引起的電氣相應(yīng)調(diào)整

GB 50016—2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》(2018年版)中5.4.13條第6款要求：應(yīng)設(shè)置與柴油發(fā)電機容量和建筑規(guī)模相適應(yīng)的滅火設(shè)施，當(dāng)建筑內(nèi)其他部位設(shè)置自動噴水滅火系統(tǒng)時，機房內(nèi)應(yīng)設(shè)置自動噴水滅火系統(tǒng)。

根據(jù)此條款，目前給排水專業(yè)在柴油發(fā)電機房內(nèi)采用普通的水噴淋系統(tǒng)，而不是之前設(shè)計的水噴霧系統(tǒng)。因此，為了防止誤噴水對柴油發(fā)電機房內(nèi)設(shè)備造成不利影響，建議電氣人員在設(shè)計中可采用如下措施。

(1)無論柴油發(fā)電機組容量大小，均建議設(shè)置柴油機房控制室；柴油發(fā)電機組相關(guān)設(shè)備均放置在控制室內(nèi)。

(2)對于沒有條件設(shè)置在控制室內(nèi)的設(shè)備(母線、接地電阻柜等)需相應(yīng)提高其防護等級。

(3)火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計的調(diào)整：由于滅火形式的改變，在火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計時，柴油發(fā)電機房探測器的形式也相應(yīng)改變。由之前配合水噴霧系統(tǒng)，設(shè)置的感溫和感煙的探測器組合形式，調(diào)整為只設(shè)置感溫探測器即可。

5 結(jié)束語

柴油發(fā)電機組是保證建筑供電安全的重要設(shè)備，柴油發(fā)電機組設(shè)計還涉及到柴油發(fā)電機組容量選擇、設(shè)備運輸、消聲降噪、機房設(shè)備布置等各方面問題，由于論文篇幅有限，不再一一闡述。