高层建筑低压供电的探讨

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shuishui06
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  摘 要: 本文结合笔者多年工作经验,阐述了高层建筑低压供电方式及问题,与同行探讨。
  关键词: 高层建筑;低压供配电系统
  
  中图分类号:[TU208.3] 文献标识码:A 文章编号:
  1 引言
  建筑供配电系统的可靠,直接关系到人身安全,任何事故都将造成难以估计的经济损失,因此,供配电系统的安全性在电气设计时成为重要的一环。电力负荷根据对供电可靠性的要求及中断供电的损失和影响程度,分为一级负荷、二级负荷、三级负荷。一类高层建筑的消防控制室、消防水泵、消防电梯、火灾自动报警、自动灭火系统、应急照明等消防设备为一级负荷,还有柴油发电机房送风机,专用变电所所用的送、排风机及专供消防水泵房所用的污水泵等设备应与消防设备等级一致。一级负荷中特别重要负荷,除有两个电源外,还必须增设应急电源。为保证对特别重要负荷的供电,严禁将其他负荷接入应急供电系统。在建筑电气设计中,最常用的应急电源是柴油发电机组和EPS应急电源。
  2 供电方案分析
  供电电源在满足电力负荷的要求下,变电所的安全以及供配电系统可靠性至关重要。
  高层民用建筑存在大量的一级或二级负荷,变压器台数往往为两台及以上,同时还设有一台柴油发电机组。柴油发电机组的起动要求为:当10kV两进线回路均停电时,作为应急电源使用的柴油发电机在l0s内自动起动,担负起重要负荷的供电,同时为了不降低消防用电的可靠性,一旦发生火灾,要求能自动切除非消防用电负荷。在此,对最常见的不并列运行的两台变压器和一台柴油发电机组成的各种供配电系统方案优缺点加以分析和比较,以便在实际工程项目的设计中,能够选择最佳的供配电方案,提高供电的可靠性。下面对具体的供配电方案加以论述。
  2.1 变压器和柴油发电机组的低压母线各自独立,互不联系,如图1所示的方案。其优点是不要联锁,柴油发电机也不会倒送给市电,缺点是平时市电停电时,柴油发电机无法供电给一般性负荷,以及Ⅲ段母线平时没电,其断路器和电缆是否有故障不易被发现。
  
  2.2 为了解决Ⅲ段母线平时不带电的问题,由变压器的低压母线引起一路电源到Ⅲ段母线,如图2所示的方案2。QF、4QF断路器设置机械、电气联锁,以保证柴油发电机不倒送给市电,其缺点也是平时市电停电时,柴油发电机无法供电给一般性负荷。
  
  2.3 为了能够最大限度地发挥柴油发电机的作用,即当平时市电停电时,能够直接供电给一般性负荷,柴油发电机不设专用母线,而是与变压器母线共用,如图3中方案三所示。其缺点是当TM1变压器检修或故障,QL断开,3QF合闸时,恰逢市电停电,柴油发电机自启动,由于QL断开,无法供电给一级负荷。另外为了保证柴油发电机自启动成功,I段母线上的一般性负荷必须失压断开,从而造成平时电网电压波动。也有可能跳闸,影响供电的可靠性。
  
  2.4 为了克服方案3的缺点,设置柴油发电机专供一级负荷的母线段Ⅲ,为了保证柴油发电机自启动成功,QL开关必须失压断开,如图4方案4,这样一来即使TM1变压器检修或故障QL断开,3QF合闸时,恰逢市电停电时,柴油发电机自启动,也能供电给一级负荷,从而大大提高了一级负荷供电的可靠性。
  
  从以上分析可以看出,当市电很可靠,柴油发电机容量相对于变压器容量又较小时,可选用方案1、2;当柴油发电机容量相当于变压器容量较大时,可选用方案3、4;当一级负荷中有特别重要负荷时,可选用方案1、2、4,而不能选用方案3。
  3 常用高层建筑中的供电器材比较
  3.1 母线漕
  母线漕分为密集绝缘型和空气绝缘型两种。空气绝缘型重量轻,结构简单,价格较为便宜;密集绝缘型散热条件好,电流等级较大。一般高层建筑电气井内安装的母线槽每层均有一个插接接头。产品由母线槽厂家生产,分段运至施工现场用螺栓进行安装连接。母线槽容量大、结构紧凑、占用空间小,额定电流可以做到5000A,在大负荷条件下具有自己的优势。母线槽作为供电主干线同普通电缆相比较显示了强大优势,但随着时间的推移,运行实践表明母线槽本身存在着许多无法弥补的缺陷,所以母线槽作为供电主干线并非最理想的供電产品。
  (1)价格昂贵、安装占地面积大、安装周期长、劳动强度大,因而一次投资很大。插接式母线槽的价格昂贵是公认的,如一套三相四线制,层高3m,干线电流为100A,带一个分支联结的插接式母线槽,价格在2000元左右。由于母线槽敷设环境及安装要求比较特殊,在建筑物内要单独留出电气竖井为其专用,对一幢高层建筑物来说,从上到下电气竖井所占用的面积是相当可观的,增加了土建投资;母线槽是一节一节安装的,每一节近百公斤,安装就位全靠人力搬动及调整,其劳动强度之大可想而知;因层高不同、电流等级不一样,母线槽的互换性往往很差,若接头不平整光滑,拧紧接头连接螺栓的空间又太小,安装就更费时费力;另外母线槽的安装要求比较严格,安装时要避免产生碰撞、敲击,连接螺栓紧固要适当,过紧过松都能造成隐患,也会影响母线槽的使用寿命,因此必须要有经验丰富的技术工人来完成。
  (2)制作方式多为手工制作,产品质量无法控制与保证,并且接头过多,产生故障点也多,因而其供电可靠性较差。我国生产母线槽的厂家很多,但在诸多厂家中,真正能做到科学管理、高质量生产母线槽的没有几家,绝大多数都是粗制滥造。母线槽制作工艺落后,几乎都是手工操作,人为因素很多,质量好坏无法有效控制。建设单位在母线槽订货时,要对母线槽制造厂家的生产规模、技术力量、工人素质及生产环境做一番深入细致的考察,特别是生产环境。因为绝缘处理若在带有不洁净的空间中进行,绝缘层中多少会存在一些导电微粒,运行初期尚无关系,但时间一长就会造成绝缘损坏。另外有些厂家打着新产品“五芯母线槽”的招牌来误导广大用户。所谓“五芯母线槽”即把PE线也装在壳体内,不但造价高、使用不方便,而且规范不允许。因为PE线必须有绝对可靠的接地连续性,不允许有过多的接头,而五芯母线槽的PE线必须一节一节连接,只要有一个接头断开,PE线就可能带电,那么与它相连的设备外壳也可能带电,其危险性就可想而知了。
  (3)耐潮湿、耐腐蚀性差,敷设环境及安装要求较高,因而维护保养工作量大。母线槽在运输、储存过程中,绝缘层会受潮变质,铜排会氧化、腐蚀,尤其是连接头铜排更易氧化、腐蚀,造成电气性能下降,因此母线槽在安装前必须对其进行维护保养;母线槽运行中时热时冷,绝缘层热时排出潮气,冷却时又吸收潮气,会使绝缘质量下降;接头在时热时冷中会松动及氧化,使接触电阻变大,接头发热。这些事实足以说明母线槽必须经常维护保养。
  3.2 分支电缆
  分支电缆分为预分支电缆和穿刺分支电缆两种。预分支电缆是把经过专门工艺处理的单芯电力电缆作为建筑主干电缆,根据各具体建筑的结构特点和尺寸量体裁衣,预先把分支接头与分支线、主干电缆一同设计并由专业制造厂完成,这使得接头可靠性大大提高,而且工艺一致性保证了质量一致,可以达到运行可靠性的目的。目前,主流应用是预分支电缆。其优点如下:
  (1)电气性能好。可采用工厂机械化生产,制造时间短,工作环境好,加之合理的制造工艺,使接触电阻小。
  (2)供电可靠性高。分支电缆的主干线连续无断点,减少了供电线路中的电气接头,有一个接头就是一个故障隐患点。
  (3)可降低工程造价。按本体、安装配件、安装时间及费用等综合造价算仅是母线槽的50~70%。
  (4)便于安装。提供整套的安装附件,施工方便,对安装技术要求低,安装周期短,载流量大而外径小,重量轻,弯曲半径小便于安装;对安装空间尺寸要求低,安装工人劳动强度很小,仅为母线槽安装工时的1/10左右。
  (5)安装占用建筑面积小。例如1 000mm2的电缆外径约50mm,若开孔尺寸比外径放大5倍(足够让电缆通过)也只有250mm的竖井孔。而这个孔大大小于同规格母线槽的孔。
  (6)优良的气密性、防水性和抗震性。由于分支接头气密性好,接触电阻小,且长期不会产生氧化,保持接触电阻不变,保证了其长期使用寿命;加上分支电缆防水性好,因此对安装环境要求低,安装环境中有潮湿,甚至有漏水,都不会影响分支电缆的供电质量;由于电缆的特性,在墙体受到震动时分支电缆不会受到影响,特别是经过成沉降缝时更不需要任何措施。
  (7)分支电缆品种规格多,选用灵活。品种有普通VV、YJV型,阻燃ZR VV、ZR YJV型,耐火NHVV、NH YJV型。规格上主干电缆有10mm2~1000mm2,分支电缆有6mm2~240mm2任意组合使用。有单芯、多芯预制分支电缆,可根据需要选用。
  (8)免维护。分支电缆安装好后,一次开通率达100%,且可以长期不需要维护、保养,其节省的费用也是很可观的。
  4 供电系统应注意的问题
  4.1 供电电源
  在住宅建筑工程的设计初期,一般都要按照住宅用户的重要性来确定其用电负荷的等级和供电电源,以及是否需要设置应急电源。根据《供配电系统设计规范》等相关条文的规定:“一级负荷应有两个电源供电”,“一级负荷重特别重要的负荷, 除由两个电源供电外,尚应增设应急电源”,也就是说,特别重要的负荷需要三个电源来供电,通常的做法是在现有的两路高压市电的情况下,增设自备电源。但是,对一级负荷来说,两个电源供电就可以,不必设第三电源。就目前的实际做法来看,往往是根据供电部门的要求,在已有两路高压市电的情况下,再设柴油发电机组,原因是认为两路高压市电并非两个“独立”电源,从而提高了一级负荷用户电源的可靠性。当单回路放射式供电的某一线路发生故障时不会影响其他用户,切换方便,继电保护简单,方便实现电网的自动化管理。对于二级负荷供电时,还应该设置备用电源。
  4.2 供电负荷的计算
  为了确定对住宅建筑等设施的供电等级和供电方式,以及如何选择供电设备,计算用电负荷是非常重要的。我国因为地大物博,南北温差较大,按照统一的标准来计算用电负荷是不符合实际情况的, 住户的平均负荷以及同时需要的系数选取也存在成倍的差距。几年来随着我国的经济建设高速发展,百姓的生活水平也不断提高,越来越多的高能耗电器走进千家万户,对电量的需求也不断上涨。例如,空调,微波炉,电热水器等,一些家庭甚至安装多部空调、冰箱,用电需求呈现出迅猛的增长态势。根据这些情况,针对住宅建筑的楼层高低和建筑面积来制定衡量标准计算负荷是非常重要的。
  4.3 供电系统的负荷问题。
  因为住宅建筑本身存在着一级或者二级负荷,特别是对高层建筑供电系统的供电电源应采用两个独立的回路供电,或是采用一条回路电源和备用电源来供电。在住宅中,只有一级负荷和二级负荷才用双电源来供电,所以在设计供电系统时应格外注意。工程设计时,应该根据供电系统的停电率,损失率,电源系统等方便考虑。首先,各个住宅单元内需要设备配电总箱、楼层电表箱和住户配电箱,楼层电表箱与住户配电箱应该分开设置。公用走廊、楼梯间的照明应该单独使用公用电表计量,住宅负荷计量系统应采用集中抄表或者自动抄表系统,方面物业的管理。住户的配电箱应设置照明回路,空调插座回路等,除照明回路导线截面选择外, 其余的回路导线截面应该按照实际情况选择。并且配电线路还要设短路保护,过负荷保护,接地保护以及漏电保护措施。为了防止电源电压的波动对家用电器造成影响,应该在住户配电箱内安装浪涌抑制保护装置,住宅室内配线采用pvc管暗敷。
  5 结语
  高层建筑供配电系统的安全性是电气设计的出发点和归宿。除了保证电气负荷和供配电线路外,设计时还应注意采取措施,做好系统的防雷及防雷击电磁脉冲,尽量减少高次谐波分量:电气设备应尽量采用技术性先进,可靠性高的产品,以确保供电品质和供电安全。
  
  参考文献:
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  [2]陈潮俊。提高供配电系统可靠性的措施及其实施效率[J]。建材与装饰(下旬刊),2007,(07)。
  [3]李文军。低压供配电系统中保护接地和保护接零的使用[J]。山西财经大学学报,2011,(S4)。
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