摘要：本文着重分析和讨论了超高层建筑中作为应急电源或备用电源的柴油发电机组的若干问题，总结了这些问题的常规性质的解决办法，供建筑电气从业人员讨论和研究。
关键词：超高层建筑；柴油发电机组；容量计算；启动信号；电压等级
随着我国经济不断的深化发展，关系到社会生活、生产方面的各项标准、制度都在不断的完善提高。社会对于关系到人民生命财产、生产生活有重要依托的供电，提出了更高的要求。尤其是在目前城市建设中的高层、超高层建筑中含有大量的特级、一级、二级负荷，而这些重要负荷供电可靠性的问题对于整个生产、安全占比影响越来越大。虽然我们的超高层、甚至一般高层都有两路独立电源供电，满足国家供电设计规范的要求，但是往往这些看似可靠的双电源经常出现同时故障的情况，很不可靠。因此为了满足这些重要负荷的供电，我们还需要另外设置应急电源或备用电源。近几年在工程设计中柴油发电机作为应急电源的项目越来越普遍，特别是在超高层这类项目中，供配电设计中加入柴油发电机作为应急电源更是必不可少。下面就以超高层建筑电气设计中柴油发电机组的一些问题进行分析探讨，总结一些问题的答案供建筑电气从业人员讨论和研究。
1.容量选择
参照《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008中的相关要求，我们知道在方案的初步设计阶段，我们可以按照配电变压器总容量的10%~20%进行估算。但是到了施工图设计阶段需按照下列3种方法计算，并选取其中计算数值最大的。
（1）按稳定负荷计算发电机容量；
（2）按最大的单台电动机或成组电动机启动的需要，计算发电机容量；
（3）按照启动电机时，发电机母线允许电压降计算发电机容量；
而在我们实际设计的过程中经过比较得出的结论就是：在民用建筑中柴油发电机所附带重要负荷中，单台电动机或成组电动机的容量往往比较小，按照其最大的电动机启动时，发电机的母线电压基本都满足规范要求的不低于额定电压的80%的要求。所以实际施工图设计时候我们都是按照第（1）条的要求来选择发电机的容量。
在超高层电气的设计中，往往超高层的建筑面积比较大，可能由几栋塔楼加上相应的裙楼及地下空间组成，整个项目的特级、一级、二级负荷的容量非常大；当柴油发电机作为应急电源又作为备用电源的时候，应按照应急负荷或备用负荷计算后的较大者选择柴油发电机的容量。
那么对于超高层这样的一栋建筑或者说建筑群来说，存在大量的特级、一级、二级负荷，怎样的负荷计算才能得到最为合理的应急负荷容量或备用负荷容量呢？可以分两种情况进行讨论：
①单栋建筑：对于只有单栋塔楼及其对应的裙楼和地下室的话，应急负荷的需要系数取值为1，即要求柴油发电机的容量应不小于应急负荷的计算容量（除备用负荷外）。
②多栋建筑：对于含有多栋塔楼及配套裙楼和地下室的话，由于不考虑多栋塔楼同时发生火灾的情况；柴油发电机的容量应不小于应急负荷最大塔楼及地下车库和设备层应急负荷的计算容量（除备用负荷外）。
按照以下公式计算柴发容量：
式中 
—柴油发电机容量 
—发电机应急负荷计算功率
所带负荷的综合效率，一般取0.82~0.88
--发电机额定功率因数，一般取0.8~0.85
在工程设计过程中，单栋建筑或最大单栋建筑及其裙楼地下室车库的消防负荷是分布在很多的防火防烟分区里面，如何进行消防负荷计算？首先我们以《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008第3.5.4条作为主要依据，并在此基础上界定负荷范围。笔者经常遇到两种不同意见，即将所有消防设备同时计入，或以消防时同时投入的最大消防负荷为准。前一种负荷范围容易界定并计算得出，后面一种负荷范围界定就比较有争议，那么就衍生出不同的计算方法。比较代表性质的消防水泵、消防控制室等作为固定负荷任何情况都要计入；防排烟风机、消防电梯、应急照明等消防负荷计入的多少，则应根据消防时候投入的服务范围而定；有的人认为应该按照两个最大防火分区的消防设备容量确定。笔者认为在设置消防火灾自动报警的情况下，应该取着火区及相邻防火分区的消防负荷作为消防负荷的计算值，因此按照最不利原则，我们取地下室一层某个防火分区A，以及本层与防火分区A相邻的防火区、与防火分区A相邻的上下层防火分区，以及到地面上塔楼第一个避难层消防负荷等的总和作为消防负荷计算的取值。当然这样的取值范围满足了业主对经济性的考虑，却降低了发电机作为应急电源保障供电的最后一道屏障的可靠性。因此对于超高层实际工程设计中为了保证可靠性，其应急负荷计算往往采取分区分组计算，采用多机并列运行，分区保障供电。
2.发电机自启动信号点的选取
在《供配电系统设计规范》GB50052-2009规范中，第4.0.2条文的条文解释中有明确的说明：“应急电源原动机的启动命令必须由正常电源主开关的辅助触点发出，而不是由继电器的触点发出，因为继电器有可能误动而造成与正常电源误并网。”但是在实际使用中，往往还是发现发电机误动作的几率比较高，分析其原因，可以总结出以下两点原因：
（1）工程设计图纸未交待清楚：由于设计人员对于规范理解深度不一样，或者由于疏忽，柴发启动信号的选取并没有再图纸上明确表示清楚，而超高层中因为供电系统相对比较多也相对复杂一些，导致安装单位或者柴发厂家深化设计的时候对系统理解不够，按照经验取点，这样就有可能在面对稍微复杂一点的供电系统时候出现错误，造成后面柴发误动几率比较高。
（2）二次深化方对柴发启动逻辑深化不够：目前设计院对于大多数电气控制类图纸特别是发电机启动这块，很少有出专门的结合实际控制逻辑图及原理图纸，都是注明参照标准图集；这样导致施工方或厂家在对发电机启动控制的深化时候深度不够；要不就是控制关系不明确、要不就是逻辑关系不清晰、要不就是控制线路过于简单，导致最后柴发误动几率比较高。
针对以上两点笔者提出一些解决方法供电气设计时候参考。首先第一点我们要明确理解规范的意思，即确保没电时候启动发电机，确保发电机不能并网。所以我们取信号点要能确认市电已经断电。在超高层供电系统设计中，我们的供电电源基本上都是采用2路及以上的市电电源供电，在进行负荷供电的时候，往往都是两台变压器之间联络，极少部分采用三台变压器联络。为了保证可靠性，这些成组互相联络的变压器的电源都会来自不同回路市电，因此我们将柴发自启动信号取自各变压器低压侧主断路器的辅助触点就可以确认市电是否失电。对于第二点柴发的启动逻辑控制问题，前面也提到超高层的负荷大，供配电设计的时候会采用2路及以上市电供电，因此就有可能存在几组2路电源的供电系统，在取得各变压器低压侧主断路器的辅助触点信号后，在控制上要进行逻辑组合，开机可能只要2个辅助触点的信号，但是停机就需要各路分组电源同时得电才能延时停机；特别是柴油发电机本身也采取分组分区供电的时候，这些逻辑关系根据实际深化明确后，发电机误动的概率就会大大降低，从而保障了供电的可靠性和安全性。
3.发电机电压等级的选择
在高层或者多层建筑的电气设计中，发电机的电压基本上都是选择400V的低压，因为在此类高层建筑层建筑物的高度基本都是在100米以内，供电距离不是很远，满足末端设备对于供电电压偏差的要求。但是在超高层建筑的电气设计中，情况就有很多不同，首先建筑物的高度都是比较高，超过400米的建筑都屡见不鲜，400V的低压往往满足不了末端电压偏差的要求。另外在高度超过250米的建筑往往建筑面积都比较大，对空调的制冷量比较大，所以经常会出现10kV高压制冷机组，有的建设方对空调的供电可靠性要求比较高；这个时候就必须用到10kV的高压发电机组。综合各种情况为了供配电系统设计的更安全可靠、经济合理，柴发的电压等级选择就需要结合各种情况进行合理的分析计算，选择最佳的柴油发电机的供电方案。通过工程实践笔者总结了以下几条设计指导原则：
满足以下情况之一时，建议采用低压柴油发电机组；
（1）建筑物的高度低于250米。
（2）机组不需要并机运行，或者并机后的总容量不大于3200kW。
（3）经计算电压降能满足规范要求，只需要向低压用电设备供电。
满足以下情况之一时，建议采用高压柴油发电机组或者低压、高压组合的形式
（1）需要向高压用电设备供电时。
（2）建筑高度大于400m的超高层建筑的高区。
（3）多台大容量机组需并联运行时
（4）经计算采用低压供电不满足末端电压降的要求时
（5）当建筑高度在250~400m时，需根据实际情况，进行方案比较，是否需采用分组分区采取不同电压等级的发电机组。
4.结语
当然在工程设计过程中，尤其是超高层建筑的电气设计，关系到柴油发电机的问题还有很多；例如多台发电机或不同电压等级发电机组的接地问题、发电机房的灭火问题、发电机组并机运行的保护问题等等。笔者也希望看到更多关于此类问题的文章供广大工程设计人员探讨和学习，以便在工程设计中正确的去处理这些问题，使我们的供电系统设计更加安全、可靠、经济、合理。
参考文献：
[1]《建筑设计防火规范》GB50016-2014
[2]《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008
[3]《供配电系统设计规范》GB50052-2009
[4]《工业与民用配电设计手册》第三版，中国电力出版社 2005
[5]张巧玲，李炳华。徐学民，吴生庭.李云.超高层建筑应急电源供电时间的研究[J].智能建筑电气技术，2009（3）.
论文作者:瞿刘雄
论文发表刊物:《基层建设》2019年第10期
论文发表时间:2019/7/3
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