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當前民用高層建筑供配電系統(tǒng)電氣設(shè)計的研究

2023-10-30 18:38:39付文沛
建材與裝飾 2023年30期
關(guān)鍵詞:民用斷路器配電

付文沛

(太原供水設(shè)計研究院有限公司,山西 太原 030000)

0 引言

供、配電網(wǎng)設(shè)計復(fù)雜、煩瑣,以保證其正常運行,要充分利用其在高層建筑中的優(yōu)越性,做好供、配電網(wǎng)的電氣設(shè)計。

1 工程概況

該項目為居住用地,占地15000m2,其中1、2 層為商鋪,3 層以上為居住小區(qū)。以8、9 號樓為例,其中一樓和二樓為商用,地下室的主要用途是用作地下停車,戰(zhàn)時也可以用作人民防護。該項目一期的消防負荷以消防供水系統(tǒng)為主,二次負荷以一、二樓為商用為主,其余負荷等級為三級。該項目的供電、配電系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)遵循下列基本原則。

首先,在選址時應(yīng)以鄰近負荷中心為優(yōu)先,但從施工方便的角度出發(fā),應(yīng)選用材料設(shè)備運輸方便、設(shè)備吊裝方便的場所。為防止配電裝置的腐蝕,應(yīng)選在遠離灰塵、水霧、腐爛氣體的地方,如條件所限,不能避開上述地區(qū),盡量選擇污染較小的場所,另外,衛(wèi)生間周圍的空氣濃度較高,會對配電設(shè)備造成腐蝕,因此配電房必須與廁所保持一定的距離。若必須緊靠洗手間,必須做好防水,防潮措施。配電房應(yīng)單獨布置,不能設(shè)在地勢較低的地方。其次,對配電網(wǎng)的電氣設(shè)備、管線等進行了合理的選擇,并對管線的布線進行了合理的規(guī)劃。由于該項目屬于高層建筑,線路長度較長,因此為減少輸電過程中發(fā)生的損失,可以將供電、配電系統(tǒng)的主要設(shè)備配置在中層。

2 高層建筑供配電系統(tǒng)概述及現(xiàn)狀

2.1 設(shè)計內(nèi)容

目前,我國民用高層建筑的施工高度普遍偏高。一般來說,大樓的總樓層都會超過20 層,因為大樓的高度限制了大樓的安全,所以消防是高層建筑必須要考慮到的問題,所以高層住宅的設(shè)計和施工單位在設(shè)計的時候,都要考慮到建筑物的消防問題,最大限度地降低了建筑物的火災(zāi)風險,確保了住宅的安全[1]。在建筑的電力系統(tǒng)中,一般都會采用UPS 供電,以增加電力平臺的電壓負載,以保證大樓的電力供應(yīng)。為了減少安全風險,附加UPS 供電系統(tǒng)的設(shè)計方案,主要用于保障連續(xù)供電或在很短的停電時段內(nèi),能夠?qū)⑵渥饔米畲蟪潭鹊匕l(fā)揮出來。

在我國的高層住宅工程中,確保其安全、可靠是其首要的原則,為了確保整個大樓的供電可靠性,為了提高電力系統(tǒng)的整體效能,在電力系統(tǒng)中,一般都會采用應(yīng)急電源。根據(jù)有關(guān)的數(shù)據(jù),如果大樓的供電線路發(fā)生故障,那么緊急的發(fā)電機就會在最短的時間內(nèi)啟動,為大樓供電。由于其獨特的特性,在需要高停電時間的情況下,該系統(tǒng)具有很大的局限性,如果是因為電網(wǎng)內(nèi)部的線路出現(xiàn)了故障,而不是因為電網(wǎng)外的電力供應(yīng)出現(xiàn)了問題,那么這個時候,應(yīng)急發(fā)電機系統(tǒng)就無法正常工作,整個大樓的火災(zāi)系統(tǒng)都會處于停電狀態(tài)。

我國民用高層建筑在運行過程中,不可避免地存在著各類線路的安全隱患,因此,有關(guān)部門要盡量減少事故的發(fā)生,在供電、配電系統(tǒng)中,采用兩個供電電源的獨立供電方式。它的工作原理是通過開關(guān)把兩個電源分開,把它分為滅火和不滅火,當火災(zāi)時,它會自動切斷非滅火電源,另外一臺滅火系統(tǒng)可以在同一時間內(nèi)進行,以增加大樓的電力供應(yīng)的可靠性和效率[2]。

2.2 用電設(shè)備多

目前,高層建筑的主要功能是居住和商業(yè),所以需要更多的輔助設(shè)施,比如供暖、通風、給水泵、排污泵、消防泵等,這些都需要電力供應(yīng),所以在高層建筑中,需要的配電的設(shè)備種類和數(shù)量都很多,對電力的要求也各不相同,增加了電力系統(tǒng)的供電和配電系統(tǒng)的設(shè)計難度。

3 民用高層建筑供配電系統(tǒng)電氣設(shè)計基本原則

民用高層建筑由于其自身特點,其配電網(wǎng)的設(shè)計應(yīng)遵循國家標準與規(guī)范,并遵循下列原則。

3.1 可靠性原則

在民用高層建筑中,由于其人數(shù)多、人口密集等原因,其影響范圍較廣。在供電、配電系統(tǒng)的設(shè)計中,應(yīng)堅持安全、可靠的原則,在具體的規(guī)劃與設(shè)計中,應(yīng)對電力系統(tǒng)的用電量進行科學的分析;確保電力供應(yīng)的穩(wěn)定、可靠。

3.2 簡潔性原則

在高層建筑中,需要大量的電力設(shè)備來進行日常運行和維護。因此,在進行設(shè)計時應(yīng)盡可能地簡化,把這些電器設(shè)備盡可能地少用。在電氣設(shè)備的設(shè)計上,為方便使用和操作,并能在運行中出現(xiàn)故障時及時進行處理。

3.3 保障安全性原則

由于民用高層建筑對電器和功能有很高的要求,在日常工作中常常要進行維護,因此,要保證其安全,保證其正常的運行和維護。

4 民用高層建筑供配電系統(tǒng)電氣設(shè)計基本思路

在點檢系統(tǒng)的設(shè)計中,應(yīng)確保電力系統(tǒng)的安全運行,在保證其性能的前提下,為電力系統(tǒng)和線路的運行和維修提供安全、可靠的保證,以有效地預(yù)防和消除電力事故。

4.1 根據(jù)供電需要計算電力負荷

在實際應(yīng)用中,由于電力負載事故的發(fā)生,造成了一定的經(jīng)濟損失,并對社會造成了很大的負面影響。按照有關(guān)的電氣設(shè)計標準和其他有關(guān)規(guī)定,應(yīng)考慮建筑的性質(zhì)、規(guī)模和供電的實際狀況,以及電壓等級、供電回路數(shù)和自備電源的設(shè)定[3]。

當電力負載非常重要時,應(yīng)充分考慮下列問題:一種電源系統(tǒng)因故障而不能提供電力,而另一種電源正在維修或發(fā)生故障時,要在其他地方安裝緊急電源,以防止突發(fā)事件。它的設(shè)定應(yīng)充分考慮電網(wǎng)條件、負荷允許中斷的時間等因素,并以獨立的發(fā)電機進行連續(xù)供電。二次復(fù)合供電系統(tǒng)在發(fā)生變壓器、線路故障、無法切斷電源的情況下,必須立即進行修復(fù)。

4.2 綜合詳細考察來確定供電電壓

在民用高層建筑中,供電電壓直接影響供、配電網(wǎng)供電的穩(wěn)定性,供電電壓的高低取決于供電負荷、供電距離、供電線路環(huán)數(shù)。通常,由于高層建筑的供電能力不強,所以可以采取兩路電網(wǎng)供電、一路電網(wǎng)供電、應(yīng)急機組供電。通常情況下,它的電源都是10kV 的電壓,然后導(dǎo)入大樓的開關(guān)室[4]。為了滿足消防設(shè)施的需要,應(yīng)在低壓配電網(wǎng)中配置柴油發(fā)電機,當電網(wǎng)用電負荷有特別要求時,采用柴油機作為供電保證。

4.3 高壓配電網(wǎng)的科學設(shè)計

在民用高層建筑的供、配電系統(tǒng)中,包括高壓供、配電系統(tǒng)、低壓配電系統(tǒng),在進行系統(tǒng)的設(shè)計時,應(yīng)充分考慮技術(shù)、規(guī)范等方面的因素,同時滿足用戶的日常使用、管理和維修需要。

住宅區(qū)的高壓配電根據(jù)小區(qū)的總面積,選擇合適的配電站,保證供電的需要。在單個建筑面積大,用電負荷分散的條件下,可以使用多個變壓器進行分布。在民用高層建筑中,底層、頂層以及電力負載密集的中層等都要安裝變壓器。在某些建筑中,為了確保電力的可靠度和電力負荷的要求,可以采用雙電源供電模式。

4.4 根據(jù)實際需求進行低壓配電網(wǎng)的設(shè)計

低壓配電系統(tǒng)在民用高層建筑的日常生活中起到了很大的作用,它還起到了變壓器的運行、維修以及緊急情況下電力供應(yīng)的作用。所以,在低壓配電系統(tǒng)設(shè)計中,必須保證其負載下的實際用電需求,即使出現(xiàn)了故障,也能繼續(xù)提供電力。在緊急情況下,為了防止發(fā)生安全事故,必須及時處理故障,并設(shè)置緊急供電[5]。通常在民用高層建筑中,都會選用柴油發(fā)電機,即使停電也能迅速啟動,負載平穩(wěn),及時恢復(fù)供電。

5 供配電系統(tǒng)設(shè)計

5.1 電源選擇和設(shè)計

一種是電力系統(tǒng)在大修期間的后備電源,可以確保整個大樓的電力供應(yīng),并且不能在同一時間斷電。本工程因建筑面積大,電力設(shè)施多,因此在設(shè)備維修時,必須考慮到緊急情況下的供電。在條件許可的情況下,可以采用柴油機作為應(yīng)急電源,以確保電力系統(tǒng)的安全性和連續(xù)性。

5.2 確定該小區(qū)負荷計算與變壓器容量

變壓器是配電系統(tǒng)設(shè)計中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在變壓器選型中,技術(shù)參數(shù)的選取直接影響到整個配電系統(tǒng)的穩(wěn)定和可靠。在選用技術(shù)參數(shù)時,必須與工程實際相結(jié)合。一般來講,變壓器有兩類,一種是干式,一種是密封油浸式。首先,在選用變壓器的額定電壓時,要注意在技術(shù)指標上,高電壓和外部輸入的電壓是一致的。居民小區(qū)的供電設(shè)計要達到國家有關(guān)規(guī)范的要求,并在此基礎(chǔ)上完善電力計算表和負載等級。在變壓器容量的選取中,特變?nèi)萘坎粌H要考慮負載的種類,而且要使其具有較好的系數(shù)。經(jīng)測算,并按照有關(guān)住宅建筑用電的有關(guān)規(guī)定,本工程采用800kVA 的變壓器。

5.3 高低壓一次系統(tǒng)圖設(shè)計

在低壓一次系統(tǒng)的設(shè)計中,配線的設(shè)計是供電、配電設(shè)計中的一個重要環(huán)節(jié)。

該項目10kV 高壓配電系統(tǒng)主接線采用單母線分段接線,兩段10kV 母線之間設(shè)置聯(lián)絡(luò)。各公用、專用變配電所10kV 電源均從開閉所引來。在正常運行時,僅有一條入線供電,并配有環(huán)網(wǎng)開關(guān)和兩臺變壓器分斷柜。本項目采用干式變壓器,接線組別為D,Yn11,10kV/0.4kV,帶強制風冷系統(tǒng)及溫控顯示裝置,保護等級IP20。按技術(shù)要求設(shè)定下列參數(shù):高溫預(yù)警,重瓦斯動作跳閘,超溫動作跳閘。10kV/0.4kV 變電所低壓側(cè)為兩臺變壓器單母線分段運行,采用單母線分段接入設(shè)定框架斷路器,在主進線開關(guān)之間設(shè)置母線聯(lián)絡(luò)開關(guān),并將母線斷開。母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)設(shè)自投自復(fù)/自投手復(fù)/手動轉(zhuǎn)換3 種狀態(tài)的位置選擇開關(guān),在自投運過程中要有一定的延遲,為了確保變壓器的正常運行,必須在不保護負載的情況下,自動關(guān)斷。低壓主、備進線和聯(lián)絡(luò)開關(guān)之間有電聯(lián)鎖,在任意條件下,僅有兩個開關(guān)可以關(guān)閉。低壓主進斷路器設(shè)有過負載長延時、短路、短延時和單相接地保護,其他低壓斷路器按要求設(shè)置過載長延時、短路、短延時跳閘,局部回路設(shè)置分勵或失壓保護,當自動互投時,可以卸載一定的負載;既能有效地保護變壓器的超載,又能在發(fā)生火災(zāi)時,切斷與火災(zāi)有關(guān)的非滅火裝置的供電。為了便于管理,提高供電可靠性,變配電室設(shè)置智能化監(jiān)控系統(tǒng),監(jiān)控范圍:10kV 計算機綜合保護系統(tǒng),低壓側(cè)各主斷路器、母聯(lián)斷路器及各出線斷路器的電氣參數(shù)、直流屏監(jiān)視狀態(tài)、變壓器運行狀態(tài)監(jiān)測等。監(jiān)控系統(tǒng)通過監(jiān)控模塊及多功能儀表等采用現(xiàn)場總線技術(shù)對變配電室各種運行參數(shù)(電壓、電流、功率、頻率、開關(guān)狀態(tài))進行監(jiān)視。

根據(jù)絕緣介質(zhì)的不同,開關(guān)柜有3 種類型:真空開關(guān)柜、空氣絕緣負荷開關(guān)柜、SF6 負荷開關(guān)柜。通過3 種不同類型的開關(guān)柜技術(shù)參數(shù)的比較,得出六氟化硫箱結(jié)構(gòu)簡單,占地面積小,使用壽命長,成本低,分散性強,真空斷路器的保護功能比較豐富,如過流保護、速度保護、零序保護等。從這一點可以看出,這兩類開關(guān)柜在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用非常廣泛。按項目要求,選用SF6 負荷柜和真空斷路器柜為輸入和輸出。

在此項目中,采用母線開關(guān)將兩個獨立的電源分開,并提供兩條供電線路,當正常的電力供應(yīng)時,主供電源進線總柜閉合,分段斷路器柜斷開,備供電源進線總柜斷開;當需要維修或發(fā)生故障時,分段斷路器柜斷開,備供電源進線總柜閉合,這時,由2#變壓器獨立提供電源。主供電源進線總柜、備供電源進線總柜之間加裝可靠的電氣及機械閉鎖裝置。

在本項目的供電、配電系統(tǒng)中未設(shè)置1 臺50kW 的柴油發(fā)電機組,以備應(yīng)急,主要負載出現(xiàn)故障,本緊急電源能在不間斷的情況下自動開機。通常,主要負載為緊急照明、消防用電。當城市電力供應(yīng)出現(xiàn)問題時,緊急發(fā)電機會由主電源開關(guān)發(fā)出的信號,從開始到持續(xù)工作的時間不得超過30s,以保證持續(xù)可靠的功能。

5.4 供配電系統(tǒng)設(shè)計分析

配電間的設(shè)計:高壓、低壓兩條線路共用配電間,按工程要求和有關(guān)技術(shù)要求進行設(shè)計,采用單母線連接兩種供電方式。門控開關(guān):在儀表柜內(nèi)或儀表箱內(nèi)安裝門控開關(guān),通過RS-485 信號線路連接到負載管理終端。在低壓開關(guān)和測量箱之間、靠近低壓開關(guān)的那一側(cè)保留跳閘控制線,并根據(jù)遙控拉閘的要求,判定該測量設(shè)備的控制線是否與負載管理終端相連接。電力分配系統(tǒng)的設(shè)計。在配電網(wǎng)的設(shè)計中,電纜的選取是一個非常重要的問題。10kV 線路宜選用YJV-10kV 高壓電纜,電纜鋪設(shè)時應(yīng)沿室外電纜溝鋪設(shè),并嚴格按照有關(guān)規(guī)定進行。高壓柜和變壓器的連接線也宜選用高壓電纜,而在低壓配電箱和變壓器間,可以采用總線橋或低壓電纜,根據(jù)客戶的要求來確定。在該工程的輔助電源方面,如燈箱、通風負載電源盒等,與低壓配電柜采用輻射和主干線相結(jié)合的方式。在設(shè)計時必須對低電壓線路的負荷進行控制。從安全性和可靠性的角度來看,電纜選用的是阻燃聚氯乙烯電纜,沿電纜溝敷設(shè)或架設(shè)橋架敷設(shè)。

6 結(jié)語

綜上,高層建筑的配電系統(tǒng)進行設(shè)計時,要注意結(jié)合項目特點,計算項目負荷,將配電室設(shè)置在合理的位置,選擇合適的電源,確定變壓器容量等??傊邔咏ㄖ呐潆娤到y(tǒng)設(shè)計一定要結(jié)合項目實情,確保建筑供電正常。

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