超高层建筑柴油发电机方案设计

超高层建筑柴油发电机方案设计

［摘要］对于现代超高层建筑而言，应急备用电源无疑是消防设备、计算机中枢、安保系统稳定运行的可靠保障，而柴油发电机在此则是饰演着其中一个不可或缺的重要角色。

［关键词］超高层建筑；柴油发电机组；电压降；用油量

1 项目概况

深圳平安国际金融中心（以下简称平安IFC）位于深圳市福田中心区，益田路与福华三路交界处，是一座超高层综合型现代化办公大楼，楼高588 米，地上116 层，地下5 层，总建筑面积约46 万㎡，其中商业裙楼9 层，10 层及以上为办公塔楼，从竖向上分为8 个区域，另外还设有两个空中大厅。作为深圳市中心重要的商业地标，它将云集全球热门商业公司及国内知名企业。项目定位之高度，以及业主对于商业价值的意念，都决定了其对配电系统的安全性、可靠性、灵活性和经济性的要求都是非常高的，而对于现代超高层建筑而言，应急备用电源无疑是消防设备、计算机中枢、安保系统等核心负荷稳定运行的可靠保障，而柴油发电机则是在其中饰演着重要角色。

2 应急柴油发电机的选择依据及供电范围

根据《供配电系统设计规范》（GB50052- 1995），《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045- 1995）（2005 年版）及《民用建筑电气设计规范》（JGJ16- 2008）中对电力负荷等级的规定，“一级负荷应由两个电源供电；当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。”“一级负荷中特别重要的负荷，除由两个电源供电外，尚应增设应急电源，并严禁将其他负荷接入应急供电系统。”

以下为本项目的一级负荷（其中包含特别重要负荷）：1）本项目中的消防用电一级负荷：消防水泵，消防风机，消防电梯，火灾疏散电梯，火灾自动报警系统，漏电火灾报警系统，自动灭火系统，电动防火卷帘（门、阀），应急照明，避难层照明等。

2）本项目中的非消防用电一级负荷：安防系统，重要弱电机房，大厦调度中心，物业管理系统，通讯设施，航空障碍灯，地下室潜污泵，生活水泵，擦窗机，部分区域的公共照明，部分客梯，部分新风系统等设备用电。

3）本项目中的重要商户保障用电：金融机构、交易

所电子设备，商业、办公的必保负荷，如珠宝展示区安保照明，贵宾房照明，多功能厅设备，业务电脑，后备空调机组等。

本项目为地标性的超高层建筑，除了必须保证消防设备的可靠供电，还需要充分考虑对大厦的众多特别重要负荷的运行保证，如安保系统用电，智能化系统设备，部分超高速电梯用电等。因此，除采用双电源回路市电供电外，单独设置作为应急的第三电源，对于保障大厦的安全、稳定运营是很有必要的。规范中指出，可以作为应急电源的有：

1）供电网络中独立于正常电源的专用馈电线路；2）独立于正常电源的发电机组；

3）蓄电池。

对于上述1）中的独立专用馈电线路，一般须由当地供电局根据项目情况审批并由业主全额投资，而在正常电源出现故障时，需要手动切换至该独立电源，操作上的技术要求较高，因为目前供电部门一般不允许用户在高压侧使用自动投切。

对于上述3）中的蓄电池，目前较为普遍的是采用带蓄电池的应急电源设备（EPS）。这种方式适合于允许中断供电时间为毫秒级的供电对象。但其缺点很明显：投资大，运行维护成本高，尤其是蓄电池需要定

时检查和更换，因此不适合用于大功率设备（10kW 以上）。

故此，应用独立于正常电源的柴油发电机组，是目前超高层建筑解决应急电源的最常用方案。其优点比较明显：可以在较短时间内自启动并且自动投入到供电母线，运行稳定可靠，供电时间可满足现时大多数的市电停电时长，投资相对合理，维护管理方便。

3 项目本身对于柴油发电机房的限制因素

考虑到本项目是塔楼屋面高达538 米，一级负荷比重很大而且比较分散，应急柴油发电机的服务范围将贯穿于地下室至塔楼屋面。若从供电距离、电压降、线路损耗这几个方面考虑，应该是在塔楼的若干设备层分散设置柴油机组，这样可以使应急电源更接近于各个负荷中心。然而超高层写字楼本身的特点，决定了对设备的垂直运输有很大程度的限制。若柴油发电机房于地下室集中设置，一则可避免占用商业价值极高的地上面积，二则便于消防及运营管理，而且形成相对独立的“污染区域”，也利于通风、排烟、减振、供油等系统设计。

4 柴油发电机容量的选择

根据过往超高层建筑的设计经验，以及参照国内众多知名的项目案例。在方案阶段，本项目应急柴油发电机拟按照变压器的总安装容量之20% 考虑，即56400×20%=11280kVA，选用六台连续容量为2000kVA的低压柴油发电机组。在这里需要说明的是，部分未来租户

区的备用电源，基于其商业方面的各项不定因素，不在本次设计范围内，仅在地下二层预留两至三个备用发电机位置，并在电气竖井中预留电缆走向通道。根据业主的商业顾问提供的开发建议书“应为业主与租客基本的发电机提供24 小时贮油”。单台2000kVA 的柴油机组带100%负荷时的耗油量约为420L/h （实际运行不会大于此值），则六台机组连续24小时额定工作时的耗油总量应为6×24×420/1000=60.5 立方。若按

照0.85 的油量充满系数计算，则需要的储油罐总容积为60.5/0.85=71立方。结合本项目的具体情况，室外油罐的布置方案将由建筑专业与消防顾问确定。

5 平安 IFC 项目柴油发电机形式的选择

5.1 机组设计的考虑要点

与市电供电回路不同，应急柴油机供电回路由于其只作为市电故障时的临时保障方式，使用的机会和频率相对于常规市电电源而言是非常低的，因此其线路损耗不是首要考虑的重点；相反，若纯粹为补救这些微小的线路损耗而增大线路截面，实际上是与经济、环保设计背道而驰。对于柴油发电机组的设计，除了安全性、可靠性、初期投资、后期维护等这些基本要素外，更是结合项目本身的特点作针对性的分析。经初步计算，供电半径小于150 米的低压配电线路，根据计算电流配合选择电缆截面，则其干线末端电压降不会大于2%，不仅符合国家规范规定值，更是满足LEED 认证体系ASHRAE标准当中关于对电压降的要求（8.4.1.1 条文规定“支流导线粗细应适用于设计荷载2%的最大电压下降”。本项目自地下二层至塔楼屋顶垂直距离接近600 米，如此超长的供电距离，如何有效的解决长距离线路电压损失（电压降）问题，成为本设计的重要关注点。

5.2 干线电压降分析

经初步计算，若从地下二层发电机房以低压干线电缆直供电至塔楼中间层（干线段长度约为330 米），在电缆截面不作加大的前提下，干线的电压降达到了4.4%，至塔楼屋顶（干线段长度约为650 米）则达