高度大于250m建筑柴油發(fā)電機配電系統(tǒng)探討

2018年4月10日公安部（現(xiàn)應(yīng)急管理部）下發(fā)了公消［2018］57號文，即“關(guān)于印發(fā)《建筑高度大于250米民用建筑防火設(shè)計加強性技術(shù)要求（試行）》的通知”，通知強調(diào)相關(guān)部門需要落實的兩項工作：一、強化屬地管理，對符合條件的超高層建設(shè)工程所采取的“更加嚴格的防火措施”，要由各消防總隊組織專家評審；二、嚴格專家評審，各消防總隊應(yīng)在落實該《建筑高度大于250米民用建筑防火設(shè)計加強性技術(shù)要求（試行）》（以下簡稱“《加強性技術(shù)要求》”）的基礎(chǔ)上，結(jié)合當?shù)販缁鹁仍芰η闆r，對消防設(shè)計內(nèi)容進行全方位技術(shù)審查，確保所采取的更加嚴格的防火措施能夠切實增強超高層建筑火災(zāi)時的自防自救能力。

大于250m的超高層建筑內(nèi)，人員眾多、疏散困難，消防設(shè)備電源的可靠性至關(guān)重要，《加強性技術(shù)要求》第二十四條對消防設(shè)備的負荷分級和應(yīng)急電源保障提出了更加嚴格的要求，即消防用電應(yīng)按一級負荷中特別重要的負荷供電。應(yīng)急電源應(yīng)采用柴油發(fā)電機組，柴油發(fā)電機組的消防供電回路應(yīng)采用專用線路連接至專用母線段，連續(xù)供電時間不應(yīng)小于3.0h。
大于250 m的民用建筑消防負荷供電措施分析
民用建筑消防負荷采用專用線路、設(shè)置專用母線段的措施

根據(jù)建筑性質(zhì)、類別、規(guī)模不同，普通民用建筑中的消防負荷劃分為一、二、三級，其中，對一級負荷應(yīng)采用雙重電源供電，對其余等級的負荷，電源要求相對降低。為了提高消防設(shè)備供電可靠性，GB 50016-2014《建筑防火設(shè)計規(guī)范》（2018年版）第10. 1. 6條、第10. 1. 8條，要求采用專用線路雙電源末端自動切換供電。

GB 50016 - 2014（2018年版）第10. 1. 6條，消防用電設(shè)備應(yīng)采用專用的供電回路，當建筑內(nèi)的生產(chǎn)、生活用電被切斷時，應(yīng)仍能保證消防用電。該條強調(diào)供電回路專用，主要目的是為了保證消防供電線路的可靠性。條文說明里給出了目前國內(nèi)建筑電氣工程中常見的低壓配電系統(tǒng)主接線方案，根據(jù)消防、非消防負荷是否分組設(shè)計，將系統(tǒng)劃分為不分組設(shè)計和分組設(shè)計方案。其中，不分組設(shè)計方案的特點是系統(tǒng)簡單，但消防負荷受非消防負荷故障的影響較大；分組設(shè)計方案中，消防負荷相對獨立，主接線相對復(fù)雜，消防負荷受非消防負荷故障影響較小，分組設(shè)計方案接線見圖1、圖2。

圖1

圖2

圖1是從變壓器低壓側(cè)封閉母線處，通過設(shè)置單獨的主斷路器將消防電源分出，形成獨立系統(tǒng)（專用母線段）。圖2是利用低壓柴油發(fā)電機組作為消防設(shè)備的備用電源時，采用專用線路，并將消防負荷和一級負荷中特別重要的負荷設(shè)于同一專用母線段的接線方案。這兩種分組設(shè)計的接線方案，均具有供電可靠性較高的特點，即當設(shè)置于其他母線段的生產(chǎn)、生活用電（非消防負荷）被切斷時，仍能保證專用母線段上的負荷用電。

一級負荷中特別重要的負荷供電在電源數(shù)量、供電措施上，較一級消防負荷更加嚴格。GB 50052 - 2009《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》第3. 0. 3條：“一級負荷中特別重要的負荷供電，應(yīng)符合下列要求：1 除應(yīng)由雙重電源供電外，尚應(yīng)增設(shè)應(yīng)急電源，并嚴禁將其他負荷接入應(yīng)急供電系統(tǒng)。2 設(shè)備的供電電源的切換時間，應(yīng)滿足設(shè)備允許中斷供電的要求。”第3. 0. 9條：“備用電源的負荷嚴禁接入應(yīng)急供電系統(tǒng)。”

由于特別重要負荷的容量、允許中斷供電的時間，以及要求的電源為直流或交流等不同，往往同時使用幾種應(yīng)急電源，為了使各種應(yīng)急電源設(shè)備密切配合，充分發(fā)揮作用，需要為特別重要負荷設(shè)置專用母線段 —— 特別重要負荷中心，GB 50052 - 2009的3. 0. 5條文說明給出的應(yīng)急電源接線示例見圖3（以蓄電池、不間斷供電裝置、柴油發(fā)電機同時使用為例）。

圖3
圖3中，專用母線段（即特別重要負荷中心）上所供電的負荷包括了一級負荷中特別重要的負荷及安保動力、應(yīng)急照明，和圖2的專用母線段的設(shè)置原則類同?；谔岣吖╇娍煽啃缘哪康?，一級負荷中特別重要的負荷與前述的消防負荷一樣，也需采用專用線路雙電源末端自動切換供電。
民用建筑中設(shè)置的柴油發(fā)電機組在作為應(yīng)急電源的同時還兼作備用電源

當建筑中設(shè)置柴油發(fā)電機組作為消防負荷和一級負荷中特別重要負荷的應(yīng)急電源時，為最大化利用柴油發(fā)電機組，大多數(shù)項目均利用柴油發(fā)電機組既作為應(yīng)急電源又作為備用電源，在未發(fā)生火災(zāi)、市電停電時，向保障型負荷供電，以支撐建筑的基本營運。民用建筑中柴油發(fā)電機組供電負荷類型如下：

第一類：消防水泵、消防控制室、消防電梯、輔助疏散電梯及其排水泵、防煙及排煙設(shè)施、防火卷簾、門窗、閥門等消防用電、消防應(yīng)急照明和疏散指示標志等。

第二類：表1中的一級負荷中特別重要的負荷。

第三類：維持大樓營運的保障型負荷，包括通道照明、值班照明、警衛(wèi)照明、航空障礙照明用電，客梯用電，安防用電，智能化機房用電，排污泵、生活泵等。

第四類：其他經(jīng)營客戶的重要負荷，比如：酒店管理公司通常要求單獨設(shè)置柴油發(fā)電機保障的負荷。

第五類：特殊設(shè)備，如柴油發(fā)電機組遠置式散熱系統(tǒng)用電，包括循環(huán)水泵、散熱器風機、冷卻塔、油泵電源等。

第六類：超高層建筑中，特殊租戶重要用電（一般按租戶面積的10 ～ 20 VA / m2預(yù)留）；金融交易樓層用電；應(yīng)急空調(diào)用電；擦窗機吊籃用電等。

上述負荷包括消防負荷、一級負荷中特別重要的負荷及非消防保障負荷。當利用柴油發(fā)電機組既作為應(yīng)急電源又作為備用電源時，柴油發(fā)電機組容量按應(yīng)急負荷、保障型負荷中較大者選取。

圖2、圖3并未體現(xiàn)出作為備用電源的發(fā)電機向非消防保障型負荷供電的接線關(guān)系，一般情況下，設(shè)計師需要為非消防保障型負荷設(shè)置單獨的保障負荷母線段，并由發(fā)電機專用線路供電。

建筑高度大于250 m的民用建筑消防負荷供電措施

《加強性技術(shù)要求》第二十四條要求：消防用電應(yīng)按一級負荷中特別重要的負荷供電。應(yīng)急電源應(yīng)采用柴油發(fā)電機組，柴油發(fā)電機組的消防供電回路應(yīng)采用專用線路連接至專用母線段，連續(xù)供電時間不應(yīng)小于3.0h。

該條文將高度大于250m的民用建筑消防負荷等級劃分為一級負荷中特別重要的負荷，實際是要求其消防負荷的供電措施，不僅要滿足GB 50016-2014（2018年版）對消防負荷的供電要求，而且要滿足GB 50052-2009對一級中特別重要的負荷的供電要求，還要滿足《加強性技術(shù)要求》的規(guī)定。

GB 50052-2009規(guī)定，一級負荷中特別重要的負荷是指中斷供電將發(fā)生中毒、爆炸和火災(zāi)等情況的負荷，以及特別重要場所的不允許中斷供電的負荷。高度大于250m的超高層建筑屬于特別重要場所，需要增加柴油發(fā)電機組作為消防用電的應(yīng)急電源，并采用專用的母線段，以確保市政電網(wǎng)故障導(dǎo)致停電事故時，仍具有獨立的電源供電。

筆者認為，除增加柴油發(fā)電機組作為消防負荷和非消防一級負荷中特別重要負荷的應(yīng)急電源外，低壓配電系統(tǒng)主接線方案采用前述的分組設(shè)計方案，設(shè)置低壓專用母線段（特別重要負荷中心），向消防負荷和非消防一級負荷中特別重要的負荷供電，可以滿足相關(guān)規(guī)范和《加強性技術(shù)要求》的規(guī)定。
應(yīng)急 / 自備柴油發(fā)電機組的電壓選擇

針對建筑高度大于250m的民用建筑，影響應(yīng)急 / 自備柴油發(fā)電機組的電壓等級確定的因素包括用電負荷的電壓等級、機組容量、供電距離等，超高層建筑應(yīng)急 / 自備柴油發(fā)電機組電壓等級的選擇一般原則為：供電距離在300m以內(nèi)、只需要向低壓用電設(shè)備供電、機組不需并機運行或并機后總?cè)萘坎淮笥?200kW時，采用低壓0.4kV機組；供電距離在250~400m時，需要進行經(jīng)濟技術(shù)比較來確定采用低壓0. 4kV或中壓10kV柴油發(fā)電機組；當需要向高壓用電設(shè)備供電，或供電距離大于400m，或多臺大容量機組需要并機運行時，應(yīng)采用10kV柴油發(fā)電機組。
應(yīng)急柴油發(fā)電機組的配電系統(tǒng)接線方案分析
柴油發(fā)電機組作為應(yīng)急電源或備用電源的應(yīng)用比較普遍，無論是低壓柴油發(fā)電機組還是中壓柴油發(fā)電機組，配電系統(tǒng)接線方式都相對比較成熟，均滿足 GB 50016-2014（2018年版）及GB 50052-2009的相關(guān)規(guī)定，但哪種接線才最能滿足2018年4月試行的《加強性技術(shù)要求》第二十四條的規(guī)定呢？下面針對低壓、中壓配電系統(tǒng)接線方案進行分析。

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