超高层酒店电气设计探讨

【摘要】：阐述在高品质超高层酒店设计实践中供配电系统的重要作用,对一些可能会被忽视的因素,做了较为独到的分析和论述。

供配电系统选择

用电负荷估算

在确定供电方案之前，需要对用电负荷进行估算，一般采用单位指标法。按照《全国民用建筑工程设计技术措施 电气》(2009年版)表2. 7.  6，酒店变压器的装机容量为60 ~ 100 VA /  m2，表中所列用电指标上限值为采用电动压缩机制冷数值。根据酒店的建筑面积，可以估算出酒店的用电负荷。

确定电压等级

按照国家电网的一般规定：客户需用变压器容量在100 ~ 8 000 kVA，可采用10 kV供电;在无 35 kV电压等级的区域10  kV电压供电可扩大至15 000 kVA;客户需用变压器容量在5 000 ~ 40 000 kVA，可采用35 kV电压供电;客户需用变压器容量在20 000  ~ 100 000 kVA，可采用110 kV电压供电;客户需用变压器容量在100 000 kVA以上，可采用220 kV电压供电。

当然上述为一般规定，每个地区电业有一些具体规定，和周边区域站的设置有很大关系。在以往类似超高层项目中，有110 kV、35 kV、10  kV电压等级，部分地区还存在20 kV电压等级。

供电方案确定

确定了电压等级后，可以初步确定供电方案。电源进线采用2路市电一组(或2路市电多组)、3路市电(两用一备)的方案较为常见，有专线、环网等方式，具体根据每个项目的不同情况来优选。

某超高层酒店供电方案比选(如图1、图2所示)

方案一(图1)的外线较少，产生的费用低;变电所设备和机房面积较少，一次性投资较低。但由于增加了总用户站一级，配电的可靠性有所下降;对于不同业态超高层综合体项目，容易引起计量、设备权属、物业管理等方面问题。

方案二(图2)的外线较多，产生的费用也高，特别是上级区域变电所较远的情况。变电所设备和机房面积较大，一次性投资较高。但酒店由电业直接供电，可靠性相对较高，计量、设备权属清晰、相对独立，便于独立管理、租售。

对于酒店来说，一般都希望采用方案二，单独供电、电业单独计量。如果因为条件所限，需要采用方案一的，建议考虑在酒店主变电所进线侧设置高压内部计量装置，用于有功电能、无功电能的计量，采用专用分时电能表，并具有峰、平、谷3种费率，计量精度等同于电业计量表计。

应急电源的方案

应急电源的设置依据

根据国家标准化指导性技术文件GB / Z 29328 -  2012《重要电力用户供电电源及自备应急电源配置技术规范》的相关要求，重要电力用户均应自行配置自备应急电源，电源容量应满足全部保安负荷正常供电的要求。

GB / Z 29328 - 2012附录B中提到了五星级以上的宾馆饭店，高度超过100  m的特别重要的商业办公楼、商务公寓、购物中心等，都属于重要电力用户范围。也就是需要自备应急电源，因为这类建筑的应急电源容量较大、持续供电时间要求长、切换时间要求不高和较低的成本要求，应急电源优选采用柴油发电机组。对于有转换时间要求的消防应急照明电源，可以采用蓄电池组供电，电源来自柴油发电机组，并根据具体情况分为灯具自带型和集中控制装置EPS两种。

上海市地方标准DGJ 08 - 2048 - 2016《民用建筑电气防火设计规程》4. 1. 1条规定：建筑高度大于250  m的公共建筑、建筑面积大于25万m2的高层公共建筑、建筑面积大于4万m2的地下或半地下商店，消防用电除应按照一级负荷供电外，还应设置自备发电机或第三重市电作为消防用电设备的应急电源。

JGJ 62 - 2014《旅馆建筑设计规范》6. 3.  1条第2款规定：四级旅馆建筑宜设自备电源，五级旅馆建筑应设自备电源，其容量应能满足实际运行负荷的需求。

因此，对于超高层建筑的高星级酒店来说，需要自备柴油发电机作为应急电源。

柴油发电机的容量选择

柴油发电机的容量在方案阶段可以按照变压器装机容量的15 % ~ 25 %  进行估算。在总体设计、施工图阶段，则需要根据稳定负荷、尖峰负荷、母线允许电压降等来选择发电机容量。

以按照稳定负荷选择来说，需要包含以下负荷：应急照明、消防指挥中心、消防电梯、消防泵、喷淋泵、排烟风机、正压风机、防火卷帘门等。

对于需要连续供电的消防电源，如应急照明、消防指挥中心、消防电梯、消防泵、喷淋泵等，应全部计入负荷容量。

对于排烟风机、正压风机、防火卷帘门等，可以考虑地下室最大相邻或上下层防火分区的负荷容量之和。

酒店管理公司一般需要柴油发电机作为市电停电时重要负荷的后备电源。如高低温冷库、水泵、电信机房、保安系统、酒店管理系统的计算机、计算机空调、后勤区域照明等。

因此，为了节省投资，可以按照消防负荷和酒店后备电源的最大值来选择机组，分别设置消防应急电源和后备电源两段低压母排，可以在火灾发生时切除酒店的后备电源母排。

柴油发电机应急供电方案

首先需要确定机组的电压等级。在目前超高层项目中采用中压、低压柴油发电机组的情况都有，如10 kV、6. 6 kV、400 V等。

一般柴油发电机供电距离超过400 m时应选用中压机组，超过250  m时宜选用中压机组，如有必要应作技术经济比较。出于管理要求，酒店一般要求设置独立的柴油发电机组和发电机房，和大楼的应急发电机组分开。

以下为常规的应急电源方案：

a. 方案一(如图3所示)：运行时线路损耗小，电压降小，利于节能，对于竖井的面积要求低。但是对10  kV设备维护及人员要求高，10 kV应急电源变压器因为平时一直不通电，会降低实际投入使用时的可靠性。

图3 方案一应急电源主接线

b. 方案二(如图4所示)：系统简单可靠，400  V设备维护简单，人员要求不高。但占用竖井的面积较大，对于地下室、避难层的空间利用影响大，运行时线路损耗大，电压降大，能耗大。

图4 方案二应急电源主接线

c.  方案三(如图5所示)：和方案一相比，均为中压机组，优点在于取消了应急电源变压器，可以节约变电所的面积，并且变压器平时带负荷运行，不易损坏，消除应急电源变压器的安全隐患。缺点在于中压侧自动切换电源，控制系统较复杂，切换时间较长，此方案需要得到电业部门许可，并且在发电机运行时需要切除非应急负荷。

图5 方案三应急电源主接线

变电所运维管理

超高层酒店出于降低人工成本考虑，地下室的主变电所采用专人值班，而地上避难层的分变电所往往无人值班。因此，在失电时低压侧母联开关的切换方式(手动还是自动)很重要，涉及到供电连续性、可靠性、恢复供电时间等问题。一般来说，手动切换可靠性高，但恢复供电时间长，特别是需要值班人员到避难层的分变电所去恢复电源。而自动切换恢复供电时间短，但存在供电可靠性、连续性等问题，如采用失压脱扣器切除非重要回路以免变压器过载，由于失压脱扣器长期通电，容易故障，且在变压器容量还有富裕的情况下切除非重要负荷，会影响供电的连续性。另外，在市电停电时，为了保证柴油发电机的正常运行，需要切除非重要负荷，以及在火灾发生时需要切除酒店的后备电源，这些都需要通过手动或自动方式完成。

下面以某超高层酒店项目为例(如图6所示)，对酒店应急电源逻辑控制要求进行分析。

图6 酒店应急电源示意

a. 两路10 kV电源正常工作，中压断路器Q1合闸，Q2分闸。低压断路器QA1、QA2合闸，母联QA3分闸。

b. 两路10  kV电源任一路失电时，中压断路器Q1合闸，Q2分闸。母联QA3合闸，QA1、QA2只能一个合闸。低压侧通过转换开关来选择，手动或自动的控制方式：

① 手动切换方式设置在有人值班的总变电所，用户根据情况手动卸载部分三级负荷，这样能较短时间恢复供电。

② 自动切换方式设置在无人值班的分变电所，采用自投手复方式。根据QA1 /  QA2的长延时保护设定值接近于或等于变压器低压侧额定电流，按照程序设定的负荷优先级依次卸载三级负荷，三级负荷回路是通过分励脱扣器MX来实现卸载，避免失压脱扣器可靠性低、变压器低负载切除的弊端。以上控制要求可通过PLC实现。

卸载后回路需要通过人工手动合闸恢复供电，下一级ATS需要设定延时转换，转换时间需要大于低压自动切换的总时间。采用自动切换方式，可以避免值班人员花较长时间去避难层变电所恢复供电，保证了酒店供电的连续性。

c. 两路10 kV电源均失电时，柴油发电机延时启动(15  s内)，中压断路器Q1延时分闸，Q2延时合闸。Q2合闸位置的辅助触头信号通过分励脱扣器MX来分断低压断路器QA5。

10 kV电源恢复时，柴油发电机延时停机，中压断路器Q2手动分闸，Q1手动合闸。

d.  在发生火灾的情况下，消防控制中心可以采用手动方式，通过分励脱扣器MX来分断低压断路器QA4。或采用自动方式，将消防控制模块的辅助接点和Q2合闸位置的辅助触头信号通过分励脱扣器MX来分断低压断路器QA4。