DQZHAN技術(shù)訊：超高層酒店電氣設計探討
【摘要】：闡述在高品質(zhì)超高層酒店設計實踐中供配電系統(tǒng)的重要作用,對一些可能會被忽視的因素,做了較為獨到的分析和論述。
供配電系統(tǒng)選擇
用電負荷估算
在確定供電方案之前，需要對用電負荷進行估算，一般采用單位指標法。按照《國內(nèi)民用建筑工程設計技術(shù)措施 電氣》(2009年版)表2. 7. 6，酒店變壓器的裝機容量為60 ~ 100 VA / m2，表中所列用電指標上限值為采用電動壓縮機制冷數(shù)值。根據(jù)酒店的建筑面積，可以估算出酒店的用電負荷。
確定電壓等級
按照國家電網(wǎng)的一般規(guī)定：客戶需用變壓器容量在100 ~ 8 000 kVA，可采用10 kV供電;在無 35 kV電壓等級的區(qū)域10 kV電壓供電可擴大至15 000 kVA;客戶需用變壓器容量在5 000 ~ 40 000 kVA，可采用35 kV電壓供電;客戶需用變壓器容量在20 000 ~ 100 000 kVA，可采用110 kV電壓供電;客戶需用變壓器容量在100 000 kVA以上，可采用220 kV電壓供電。
當然上述為一般規(guī)定，每個地區(qū)電業(yè)有一些具體規(guī)定，和周邊區(qū)域站的設置有很大關系。在以往類似超高層項目中，有110 kV、35 kV、10 kV電壓等級，部分地區(qū)還存在20 kV電壓等級。
供電方案確定
確定了電壓等級后，可以初步確定供電方案。電源進線采用2路市電一組(或2路市電多組)、3路市電(兩用一備)的方案較為常見，有專線、環(huán)網(wǎng)等方式，具體根據(jù)每個項目的不同情況來優(yōu)選。
某超高層酒店供電方案比選(如圖1、圖2所示)
方案一(圖1)的外線較少，產(chǎn)生的費用低;變電所設備和機房面積較少，一次性投資較低。但由于增加了總用戶站**，配電的可靠性有所下降;對于不同業(yè)態(tài)超高層綜合體項目，容易引起計量、設備權(quán)屬、物業(yè)管理等方面問題。
方案二(圖2)的外線較多，產(chǎn)生的費用也高，特別是上級區(qū)域變電所較遠的情況。變電所設備和機房面積較大，一次性投資較高。但酒店由電業(yè)直接供電，可靠性相對較高，計量、設備權(quán)屬清晰、相對獨立，便于獨立管理、租售。
對于酒店來說，一般都希望采用方案二，單獨供電、電業(yè)單獨計量。如果因為條件所限，需要采用方案一的，建議考慮在酒店主變電所進線側(cè)設置高壓內(nèi)部計量裝置，用于有功電能、無功電能的計量，采用專用分時電能表，并具有峰、平、谷3種費率，計量精度等同于電業(yè)計量表計。
應急電源的方案
應急電源的設置依據(jù)
根據(jù)國家標準化指導性技術(shù)文件GB / Z 29328 - 2012《重要電力用戶供電電源及自備應急電源配置技術(shù)規(guī)范》的相關要求，重要電力用戶均應自行配置自備應急電源，電源容量應滿足全部保安負荷正常供電的要求。
GB / Z 29328 - 2012附錄B中提到了五**以上的賓館飯店，高度超過100 m的特別重要的商業(yè)辦公樓、商務公寓、購物中心等，都屬于重要電力用戶范圍。也就是需要自備應急電源，因為這類建筑的應急電源容量較大、持續(xù)供電時間要求長、切換時間要求不高和較低的成本要求，應急電源優(yōu)選采用柴油發(fā)電機組。對于有轉(zhuǎn)換時間要求的消防應急照明電源，可以采用蓄電池組供電，電源來自柴油發(fā)電機組，并根據(jù)具體情況分為燈具自帶型和集中控制裝置EPS兩種。
上海市地方標準DGJ 08 - 2048 - 2016《民用建筑電氣防火設計規(guī)程》4. 1. 1條規(guī)定：建筑高度大于250 m的公共建筑、建筑面積大于25萬m2的高層公共建筑、建筑面積大于4萬m2的地下或半地下商店，消防用電除應按照**負荷供電外，還應設置自備發(fā)電機或第三重市電作為消防用電設備的應急電源。
JGJ 62 - 2014《旅館建筑設計規(guī)范》6. 3. 1條第2款規(guī)定：四級旅館建筑宜設自備電源，五級旅館建筑應設自備電源，其容量應能滿足實際運行負荷的需求。
因此，對于超高層建筑的高**酒店來說，需要自備柴油發(fā)電機作為應急電源。
柴油發(fā)電機的容量選擇
柴油發(fā)電機的容量在方案階段可以按照變壓器裝機容量的15 % ~ 25 % 進行估算。在總體設計、施工圖階段，則需要根據(jù)穩(wěn)定負荷、尖峰負荷、母線允許電壓降等來選擇發(fā)電機容量。
以按照穩(wěn)定負荷選擇來說，需要包含以下負荷：應急照明、消防指揮中心、消防電梯、消防泵、噴淋泵、排煙風機、正壓風機、防火卷簾門等。
對于需要連續(xù)供電的消防電源，如應急照明、消防指揮中心、消防電梯、消防泵、噴淋泵等，應全部計入負荷容量。
對于排煙風機、正壓風機、防火卷簾門等，可以考慮地下室*大相鄰或上下層防火分區(qū)的負荷容量之和。
酒店管理公司一般需要柴油發(fā)電機作為市電停電時重要負荷的后備電源。如高低溫冷庫、水泵、電信機房、保安系統(tǒng)、酒店管理系統(tǒng)的計算機、計算機空調(diào)、后勤區(qū)域照明等。
因此，為了節(jié)省投資，可以按照消防負荷和酒店后備電源的*大值來選擇機組，分別設置消防應急電源和后備電源兩段低壓母排，可以在火災發(fā)生時切除酒店的后備電源母排。
柴油發(fā)電機應急供電方案
首先需要確定機組的電壓等級。在目前超高層項目中采用中壓、低壓柴油發(fā)電機組的情況都有，如10 kV、6. 6 kV、400 V等。
一般柴油發(fā)電機供電距離超過400 m時應選用中壓機組，超過250 m時宜選用中壓機組，如有必要應作技術(shù)經(jīng)濟比較。出于管理要求，酒店一般要求設置獨立的柴油發(fā)電機組和發(fā)電機房，和大樓的應急發(fā)電機組分開。
以下為常規(guī)的應急電源方案：
a. 方案一(如圖3所示)：運行時線路損耗小，電壓降小，利于節(jié)能，對于豎井的面積要求低。但是對10 kV設備維護及人員要求高，10 kV應急電源變壓器因為平時一直不通電，會降低實際投入使用時的可靠性。
圖3 方案一應急電源主接線
b. 方案二(如圖4所示)：系統(tǒng)簡單可靠，400 V設備維護簡單，人員要求不高。但占用豎井的面積較大，對于地下室、避難層的空間利用影響大，運行時線路損耗大，電壓降大，能耗大。
圖4 方案二應急電源主接線
c. 方案三(如圖5所示)：和方案一相比，均為中壓機組，優(yōu)點在于取消了應急電源變壓器，可以節(jié)約變電所的面積，并且變壓器平時帶負荷運行，不易損壞，消除應急電源變壓器的**隱患。缺點在于中壓側(cè)自動切換電源，控制系統(tǒng)較復雜，切換時間較長，此方案需要得到電業(yè)部門許可，并且在發(fā)電機運行時需要切除非應急負荷。
圖5 方案三應急電源主接線
變電所運維管理
超高層酒店出于降低人工成本考慮，地下室的主變電所采用專人值班，而地上避難層的分變電所往往無人值班。因此，在失電時低壓側(cè)母聯(lián)開關的切換方式(手動還是自動)很重要，涉及到供電連續(xù)性、可靠性、恢復供電時間等問題。一般來說，手動切換可靠性高，但恢復供電時間長，特別是需要值班人員到避難層的分變電所去恢復電源。而自動切換恢復供電時間短，但存在供電可靠性、連續(xù)性等問題，如采用失壓脫扣器切除非重要回路以免變壓器過載，由于失壓脫扣器長期通電，容易故障，且在變壓器容量還有富裕的情況下切除非重要負荷，會影響供電的連續(xù)性。另外，在市電停電時，為了保證柴油發(fā)電機的正常運行，需要切除非重要負荷，以及在火災發(fā)生時需要切除酒店的后備電源，這些都需要通過手動或自動方式完成。
下面以某超高層酒店項目為例(如圖6所示)，對酒店應急電源邏輯控制要求進行分析。
圖6 酒店應急電源示意
a. 兩路10 kV電源正常工作，中壓斷路器Q1合閘，Q2分閘。低壓斷路器QA1、QA2合閘，母聯(lián)QA3分閘。
b. 兩路10 kV電源任一路失電時，中壓斷路器Q1合閘，Q2分閘。母聯(lián)QA3合閘，QA1、QA2只能一個合閘。低壓側(cè)通過轉(zhuǎn)換開關來選擇，手動或自動的控制方式：
① 手動切換方式設置在有人值班的總變電所，用戶根據(jù)情況手動卸載部分三級負荷，這樣能較短時間恢復供電。
② 自動切換方式設置在無人值班的分變電所，采用自投手復方式。根據(jù)QA1 / QA2的長延時保護設定值接近于或等于變壓器低壓側(cè)額定電流，按照程序設定的負荷優(yōu)先級依次卸載三級負荷，三級負荷回路是通過分勵脫扣器MX來實現(xiàn)卸載，避免失壓脫扣器可靠性低、變壓器低負載切除的弊端。以上控制要求可通過PLC實現(xiàn)。
卸載后回路需要通過人工手動合閘恢復供電，下**ATS需要設定延時轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時間需要大于低壓自動切換的總時間。采用自動切換方式，可以避免值班人員花較長時間去避難層變電所恢復供電，保證了酒店供電的連續(xù)性。
c. 兩路10 kV電源均失電時，柴油發(fā)電機延時啟動(15 s內(nèi))，中壓斷路器Q1延時分閘，Q2延時合閘。Q2合閘位置的輔助觸頭信號通過分勵脫扣器MX來分斷低壓斷路器QA5。
10 kV電源恢復時，柴油發(fā)電機延時停機，中壓斷路器Q2手動分閘，Q1手動合閘。
d. 在發(fā)生火災的情況下，消防控制中心可以采用手動方式，通過分勵脫扣器MX來分斷低壓斷路器QA4?；虿捎米詣臃绞?，將消防控制模塊的輔助接點和Q2合閘位置的輔助觸頭信號通過分勵脫扣器MX來分斷低壓斷路器QA4。
