DQZHAN技術訊：超高層酒店電氣設計探討
【摘要】：闡述在高品質超高層酒店設計實踐中供配電系統的重要作用,對一些可能會被忽視的因素,做了較為獨到的分析和論述。
供配電系統選擇
用電負荷估算
在確定供電方案之前，需要對用電負荷進行估算，一般采用單位指標法。按照《國內民用建筑工程設計技術措施 電氣》(2009年版)表2. 7. 6，酒店變壓器的裝機容量為60 ~ 100 VA / m2，表中所列用電指標上限值為采用電動壓縮機制冷數值。根據酒店的建筑面積，可以估算出酒店的用電負荷。
確定電壓等級
按照國家電網的一般規定：客戶需用變壓器容量在100 ~ 8 000 kVA，可采用10 kV供電;在無 35 kV電壓等級的區域10 kV電壓供電可擴大至15 000 kVA;客戶需用變壓器容量在5 000 ~ 40 000 kVA，可采用35 kV電壓供電;客戶需用變壓器容量在20 000 ~ 100 000 kVA，可采用110 kV電壓供電;客戶需用變壓器容量在100 000 kVA以上，可采用220 kV電壓供電。
當然上述為一般規定，每個地區電業有一些具體規定，和周邊區域站的設置有很大關系。在以往類似超高層項目中，有110 kV、35 kV、10 kV電壓等級，部分地區還存在20 kV電壓等級。
供電方案確定
確定了電壓等級后，可以初步確定供電方案。電源進線采用2路市電一組(或2路市電多組)、3路市電(兩用一備)的方案較為常見，有專線、環網等方式，具體根據每個項目的不同情況來優選。
某超高層酒店供電方案比選(如圖1、圖2所示)
方案一(圖1)的外線較少，產生的費用低;變電所設備和機房面積較少，一次性投資較低。但由于增加了總用戶站**，配電的可靠性有所下降;對于不同業態超高層綜合體項目，容易引起計量、設備權屬、物業管理等方面問題。
方案二(圖2)的外線較多，產生的費用也高，特別是上級區域變電所較遠的情況。變電所設備和機房面積較大，一次性投資較高。但酒店由電業直接供電，可靠性相對較高，計量、設備權屬清晰、相對獨立，便于獨立管理、租售。
對于酒店來說，一般都希望采用方案二，單獨供電、電業單獨計量。如果因為條件所限，需要采用方案一的，建議考慮在酒店主變電所進線側設置高壓內部計量裝置，用于有功電能、無功電能的計量，采用專用分時電能表，并具有峰、平、谷3種費率，計量精度等同于電業計量表計。
應急電源的方案
應急電源的設置依據
根據國家標準化指導性技術文件GB / Z 29328 - 2012《重要電力用戶供電電源及自備應急電源配置技術規范》的相關要求，重要電力用戶均應自行配置自備應急電源，電源容量應滿足全部保安負荷正常供電的要求。
GB / Z 29328 - 2012附錄B中提到了五**以上的賓館飯店，高度超過100 m的特別重要的商業辦公樓、商務公寓、購物中心等，都屬于重要電力用戶范圍。也就是需要自備應急電源，因為這類建筑的應急電源容量較大、持續供電時間要求長、切換時間要求不高和較低的成本要求，應急電源優選采用柴油發電機組。對于有轉換時間要求的消防應急照明電源，可以采用蓄電池組供電，電源來自柴油發電機組，并根據具體情況分為燈具自帶型和集中控制裝置EPS兩種。
上海市地方標準DGJ 08 - 2048 - 2016《民用建筑電氣防火設計規程》4. 1. 1條規定：建筑高度大于250 m的公共建筑、建筑面積大于25萬m2的高層公共建筑、建筑面積大于4萬m2的地下或半地下商店，消防用電除應按照**負荷供電外，還應設置自備發電機或第三重市電作為消防用電設備的應急電源。
JGJ 62 - 2014《旅館建筑設計規范》6. 3. 1條第2款規定：四級旅館建筑宜設自備電源，五級旅館建筑應設自備電源，其容量應能滿足實際運行負荷的需求。
因此，對于超高層建筑的高**酒店來說，需要自備柴油發電機作為應急電源。
柴油發電機的容量選擇
柴油發電機的容量在方案階段可以按照變壓器裝機容量的15 % ~ 25 % 進行估算。在總體設計、施工圖階段，則需要根據穩定負荷、尖峰負荷、母線允許電壓降等來選擇發電機容量。
以按照穩定負荷選擇來說，需要包含以下負荷：應急照明、消防指揮中心、消防電梯、消防泵、噴淋泵、排煙風機、正壓風機、防火卷簾門等。
對于需要連續供電的消防電源，如應急照明、消防指揮中心、消防電梯、消防泵、噴淋泵等，應全部計入負荷容量。
對于排煙風機、正壓風機、防火卷簾門等，可以考慮地下室*大相鄰或上下層防火分區的負荷容量之和。
酒店管理公司一般需要柴油發電機作為市電停電時重要負荷的后備電源。如高低溫冷庫、水泵、電信機房、保安系統、酒店管理系統的計算機、計算機空調、后勤區域照明等。
因此，為了節省投資，可以按照消防負荷和酒店后備電源的*大值來選擇機組，分別設置消防應急電源和后備電源兩段低壓母排，可以在火災發生時切除酒店的后備電源母排。
柴油發電機應急供電方案
首先需要確定機組的電壓等級。在目前超高層項目中采用中壓、低壓柴油發電機組的情況都有，如10 kV、6. 6 kV、400 V等。
一般柴油發電機供電距離超過400 m時應選用中壓機組，超過250 m時宜選用中壓機組，如有必要應作技術經濟比較。出于管理要求，酒店一般要求設置獨立的柴油發電機組和發電機房，和大樓的應急發電機組分開。
以下為常規的應急電源方案：
a. 方案一(如圖3所示)：運行時線路損耗小，電壓降小，利于節能，對于豎井的面積要求低。但是對10 kV設備維護及人員要求高，10 kV應急電源變壓器因為平時一直不通電，會降低實際投入使用時的可靠性。
圖3 方案一應急電源主接線
b. 方案二(如圖4所示)：系統簡單可靠，400 V設備維護簡單，人員要求不高。但占用豎井的面積較大，對于地下室、避難層的空間利用影響大，運行時線路損耗大，電壓降大，能耗大。
圖4 方案二應急電源主接線
c. 方案三(如圖5所示)：和方案一相比，均為中壓機組，優點在于取消了應急電源變壓器，可以節約變電所的面積，并且變壓器平時帶負荷運行，不易損壞，消除應急電源變壓器的**隱患。缺點在于中壓側自動切換電源，控制系統較復雜，切換時間較長，此方案需要得到電業部門許可，并且在發電機運行時需要切除非應急負荷。
圖5 方案三應急電源主接線
變電所運維管理
超高層酒店出于降低人工成本考慮，地下室的主變電所采用專人值班，而地上避難層的分變電所往往無人值班。因此，在失電時低壓側母聯開關的切換方式(手動還是自動)很重要，涉及到供電連續性、可靠性、恢復供電時間等問題。一般來說，手動切換可靠性高，但恢復供電時間長，特別是需要值班人員到避難層的分變電所去恢復電源。而自動切換恢復供電時間短，但存在供電可靠性、連續性等問題，如采用失壓脫扣器切除非重要回路以免變壓器過載，由于失壓脫扣器長期通電，容易故障，且在變壓器容量還有富裕的情況下切除非重要負荷，會影響供電的連續性。另外，在市電停電時，為了保證柴油發電機的正常運行，需要切除非重要負荷，以及在火災發生時需要切除酒店的后備電源，這些都需要通過手動或自動方式完成。
下面以某超高層酒店項目為例(如圖6所示)，對酒店應急電源邏輯控制要求進行分析。
圖6 酒店應急電源示意
a. 兩路10 kV電源正常工作，中壓斷路器Q1合閘，Q2分閘。低壓斷路器QA1、QA2合閘，母聯QA3分閘。
b. 兩路10 kV電源任一路失電時，中壓斷路器Q1合閘，Q2分閘。母聯QA3合閘，QA1、QA2只能一個合閘。低壓側通過轉換開關來選擇，手動或自動的控制方式：
① 手動切換方式設置在有人值班的總變電所，用戶根據情況手動卸載部分三級負荷，這樣能較短時間恢復供電。
② 自動切換方式設置在無人值班的分變電所，采用自投手復方式。根據QA1 / QA2的長延時保護設定值接近于或等于變壓器低壓側額定電流，按照程序設定的負荷優先級依次卸載三級負荷，三級負荷回路是通過分勵脫扣器MX來實現卸載，避免失壓脫扣器可靠性低、變壓器低負載切除的弊端。以上控制要求可通過PLC實現。
卸載后回路需要通過人工手動合閘恢復供電，下**ATS需要設定延時轉換，轉換時間需要大于低壓自動切換的總時間。采用自動切換方式，可以避免值班人員花較長時間去避難層變電所恢復供電，保證了酒店供電的連續性。
c. 兩路10 kV電源均失電時，柴油發電機延時啟動(15 s內)，中壓斷路器Q1延時分閘，Q2延時合閘。Q2合閘位置的輔助觸頭信號通過分勵脫扣器MX來分斷低壓斷路器QA5。
10 kV電源恢復時，柴油發電機延時停機，中壓斷路器Q2手動分閘，Q1手動合閘。
d. 在發生火災的情況下，消防控制中心可以采用手動方式，通過分勵脫扣器MX來分斷低壓斷路器QA4。或采用自動方式，將消防控制模塊的輔助接點和Q2合閘位置的輔助觸頭信號通過分勵脫扣器MX來分斷低壓斷路器QA4。
