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1、摘要随着社会主义经济的高度发展，改革开放的不断深入，城市用地日益紧张，综合性的高层建筑如雨后春笋不断涌出。但随着建筑物高度越来越高，要求供电的可靠性程度也日益增高，对防火、安全提出更高的要求，如何选用合适的应急电源就显得事关重要。高层民用建筑设计防火规范（以下简称“高规”），民用建筑电气设计规范（以下简称“民规”）规定：一类高层建筑应按一级负荷供电。一级负荷的供电电源应由二个电源供电，当一个电源发生故障时，另一电源不致同时损坏。根据工程情况，和当地供电部门协商，一般可采用二路高压10KV同时供电；一路高压，另一路为低压电源，亦可采用应急发电机组。对于一级负荷中特别重要负荷，除上述二个电源外，还
2、必须增设应急电源。1 工程概况1.1 工程概况 金城大厦为某市一栋高层单体商业办公建筑，工程概况如下: 建筑面积:37417(其中地下:3783.8 ，地上:33633.6 ，不包括技术夹层)。建筑层数:地下1层，地上5层。建筑高度：90.1m(女儿墙顶高度，不包括电梯机房、水箱间等)。 主要结构类型:框架，剪力墙结构。 建筑布局及功能:地下1层为设备用房、汽车库，1-4层为商场，技术夹层为转换层，5-19层为公寓式写字间，20-25层为标准写字间，顶层为设备房、电梯机房及水箱间。1-4层设有中央空调。 消防设计:主体建筑为一类高层建筑，建筑耐火等级为一级。地下1层及地上1-4层为每层2个防火
3、分区，夹层及5-25层为每层1个防火分区。1.2 负荷数据 金城大厦有220V单相用电设备（如照明负荷），也有380V三相用电设备(如电力负荷)；各类负荷中有平时需要运行的用电设备，也有在发生火灾时才需运行的消防用电设备。以上设备均由设于地下1层的10/0.38kV变电所采用低压 三相四线制系统放射式或树干式配电。供电部门提供的系统短路数据如下：（一）提供10kV专线电源A的110/10kV变电站距离本工程为3km，电源引人电缆型号初选为YJV228.7/103120, 110/10kV变电站10kV母线处三相短路电流有效值设计规划最大值为25kA，最小值为20kA。电缆首端过电流保护延时时间
4、为0. 8s，真空断路器全开断时间为0.1s。（二）提供10kV环网电源B的环网柜(由35/10kV变电站供电)距离本工程为0.1km，电源引人电缆型号初选为YJV228.7/10395，该环网柜处三相短路电流有效值设计规划最大值为8kA，最小值为6kA。电缆采用高分断熔断器保护。2 应急电源系统的设计一级负荷：各层公共照明、乘客电梯、地下室排污泵、所有消防负荷包括应急照明、消防控制室用电、消防电梯、屋顶稳压泵、正压风机、送风机、排烟风机、喷淋泵、消火栓泵及泵房、消防电梯井坑排污泵等。二级负荷：地下室及1-4层照明、商场自动扶梯、商场乘客电梯、生活泵等。三级负荷：顶层设备房照明、夹层及5-25
5、层照明、屋顶节日照明、商场空调机组、商场空调水泵等。1. 符合下列情况之一时，用电单位宜设置自备电源：（1） 需要设置自备电源作为一级负荷中特别重要的应急电源时或第二电源不能满足一级负荷的条件时。（2） 设置自备电源较从电力系统取得第二电源经济合理时。（3） 有常年稳定余热、压差、废气可供发电，技术可靠、经济合理时。（4） 所在地区偏僻，远离电力系统，设置自备电源经济合理时。2. 应急电源与正常之间必须采取防止并列运行的措施。1. 供配电系统的设计，除一级负荷中特别重要负荷外，不应按一个电源系统检修或故障的同时另一电源又发生故障进行设计。2. 需要两回电源线路和用电单位，宜采用同级电压供电。但
6、根据各级负荷的不同需要及地区供电条件，亦可采用不同电压供电。3. 有一级负荷用电单位难以从地区电力网取得两个电源而有可能从邻近单位取得第二电源时，宜从该单位取得第二电源。4. 同时供电的两回及以上供配电线路中断供电时，其余线路应能满足全部一级负荷及二级负荷。5. 供电系统应简单可靠，同一电压供电系统的变配电级数不宜多于两级。6. 高压配电系统宜采用放射式。根据变压器的容量、分布及地理环境等情况，亦可采用树干式或环式。7. 根据负荷的容量和分布，配变电所宜靠近负荷中心。当配电电压为35kV时亦可采用直降至220/380V配电电压。8. 在用电单位内部邻近的变电所之间宜设置低压联络线。9. 小负荷
7、的用电单位宜接入地区低压电网。常用的应急电源可由以下几种：独立于正常电源的发电机组,供电网络中有效独立于正常电源的专门馈电线路和蓄电池。独立于正常电源的发电机组，它是目前大部分工程所采用的。由于柴油发电机的容量较大，可并机运行且连续供电时间长。独立运行,不与地区电网并列运行,不受电网电力故障的影响,可靠性较高。尤其对某些地区常用市电不是很可靠的情况下，把柴油发电机作为备用电源,既能起到应急电源的作用,又能通过低压系统的合理优化,将一些平时比较重要的负荷在停电时使用,因此在工程中得到广泛的使用。但柴油发电机的推广也带来诸多问题：首先是占用的面积较大,除发电机间外,还需考虑控制,配电,油箱等附属设
8、备间,对平面和空间要求较高,由于储油间本身是一个火灾隐患。所以还需对其进行防火处理。在城市用地日趋紧张的情况下,也应考虑其经济合理性。其次,柴油发电机组带来的噪音,振动,排炳,通风,防潮,防冻的问题也很严重,这和目前所倡导的环保理念也格格不入,尤其是对环保要求较高的医院,商业中心及高级商务楼更不合适。再次,柴油发电机组的运行必需柴油发电机与市电未同时失去的情况须是在市电同时失去的情况下才能启动,严禁和市电并列运行.1. 工程设计中，对于其他专业提出的特别重要负荷，应仔细研究，并尽可能减少特别重要负荷的负荷量，但需要双重保安措施者除外。2. 为确保对特别重要负荷的电源的供电，严禁将其他负荷接入应
9、急供电系统。3. 应急电源与正常电源之间必须采用可靠措施防止其并列运行，如电气联锁加机械联锁。目的在保证应急电源的专用性，更重要的是防止向系统反送电。4. 防灾或类似的重要用电设备的两回电源线路应在各自的最末一级配电箱处自动切换。大型企业及重要的民用建筑中往往同时使用几种应急电源，应使各种应急电源密切配合，充分发挥作用。应急电源系统接线示例如图所示。图1下表是应急电源EPS和UPS性能的一些比较指标EPSUPS结构逆变器冗余量大逆变器冗余量小节电电网供电正常时处于睡眠状态，耗电不足0.1%电网供电正常时也工作，其效率仅8090%噪音电网供电正常时处于睡眠状态，静置无噪音 工作噪音一般为5565
10、db价格约为同容量UPS的60%价格较昂贵寿命只有电网无电时才进行逆变工作，主机寿命相对较长，一般在20年以上只要开机就连续不间断工作，主机寿命相对较短，一般在8年以上目标负载电感、阻性负载计算机类电容性负载主要特征适应负载能力强适应负载单一工作目的确保应急供电万无一失确保供电不间断和稳压使用地点设置在建筑竖井或配电室 设置在计算机房或空调间 从上表可以看出，UPS适合计算机类负载，允许停电时间为毫秒级， EPS特别适合作为消防设施用电的应急电源。 下表是EPS和柴油发电机组性能的比较：指标EPS柴油发电机组结论启动时间秒530秒快环保无排气排烟、无噪音、无振动、无公害有二氧化硫排放、排烟、噪
11、音特大、有振动，油库需防火好维护维护简单，可无人值守自动操作需专人看管，需定期维护好供电状况供电电压稳定能力强、频率稳定、波形好、无干扰、效率高电压、频率不稳定，效率低好过载及保护过载能力强，保护功能完善过载能力弱，保护功能一般好造价及运行成本一次性投入基本无后续运行费用，电池可循环充放电300500次发电机组设备采购成本稍低，但辅助设施造价高，且后续运行费用多相近 因此，在许多场合，用EPS取代柴油发电机组作为应急电源是可行的。 下面就EPS作为应急电源使用时可能会遇到的一些问题作一些探讨。1. EPS装置配电系统的方案 既可以采用类同于柴油发电机组的配电方案，也可对一些应急负荷要求较高的场
12、所，在配电末端设置EPS，如图3所示： 图2无论L1，L2的正常停电或是L1，L2的线路故障，可通过蓄电池组直流储能放电，经过逆变环节提供交流电源至应急负荷，由于整流环节的存在因而蓄电池不会向工作电源进线侧反馈，因此不存在象柴油发电机组类似图1由于正常线路故障而不能启动的情况。2. EPS电源容量的选择 确定EPS电源容量，首先要使电源容量大于负荷功率，其次要根据不同的负载类型，对大容量的电动机应考虑电压降对电动机启动的影响，或者是增加EPS的容量，或是对电动机负载采取降压启动等方式。3. 应急照明的设计对应急照明目前采用较多的是独立供电式系统，即每个应急照明灯自带蓄电池作为备用电源。建议采用
13、集中供电式系统，在每层配电小室设专用的EPS装置，用于应急照明的供电，应急照明灯具本身不带蓄电池，正常照明电源故障时，由EPS集中供电。理由如下：普通应急灯内部装有稳压、充电、逆变、蓄电池等大量电子元器件，灯具使用时工作环境温度较高，由于价格、体积的原因，充放电回路的设计尽可能的简单，难以达到很好的技术指标。有时和不带蓄电池的灯具接在同一回路，在检修、使用、故障时电池均须充放电，影响其使用寿命。另外，由于灯具数量多，分散在建筑物各处，平时由交流电源供电，备用电源部分的故障平时难以发现，维护工作量也较大。如果采用EPS集中供电式系统，灯具内部所有复杂的电子线路能够被省略掉，由于EPS电子部分对整
14、个系统的价格和设备体积影响不大，可以充分设置各种电压、过电流、抗冲击等保护措施，选择较好的元器件，使用寿命较长，平时的维护成本也能降低很多。4. 电池的备用时间 电池容量选择多大才合适，涉及到价格、体积、维护等多种因素，因此不是备用时间越长越好，而是根据工程规模、性质、负荷的重要程度、相应消防设备火灾中的使用极限等情况来确定。 “高规”规定：商业楼、展览楼、综合楼、一类建筑的财贸金融楼、图书馆、书库、重要的档案楼、科研楼、高级旅馆的火灾延续时间应按3小时计算，其他高层可按2小时计算，自动喷水灭火系统可按火灾延续时间1小时计算。排烟风机在280C时能连续工作30min。耐火电缆在火灾连续工作时间
15、为90min。因此建议：用于消防泵的EPS电池备用时间90min 用于喷淋泵的EPS电池备用时间60min 用于排烟风机的EPS电池备用时间30min 用于火灾疏散标志的EPS电池备用时间20min 用于火灾备用照明电池备用时间60min以上已考虑了市电全部失去同时又发生火灾的最不利情况3 变电所所址和型式的选择1. 电气主接线形式及运行方式本工程变电所的两路10kV外供电源可同时供电，并设有两台变压器。因此，高压侧电气主接线有两种方案供选。方案一：采用分段单母线形式，运行方式如下：正常运行时，由10kV电源A和电源B同时供电，母线联络断路器端开，两个电源各承担一半负荷。当电源B故障或检修时，闭合母联断路器，由电源A承担全部负荷；当电源A故障或检修时，母联断路器仍断开，由电源B承担一半负荷。此方案的供电可靠
