大型新能源公交汽车库供配电系统设计

2018-05-24

现代建筑电气 2018年4期

(上海城市交通设计院有限公司, 上海 200025)

0 引言

目前,国家十三五规划把新能源汽车产业定义为新型战略支柱产业,国务院相关政策明确新能源汽车产业发展将以纯电驱动为新能源汽车发展和汽车工业转型的主要战略取向。在这样的背景下,要亟待加快推进新能源公交汽车库充电设施建设,满足日益增长的新能源公交车的停放、充电、保养及后勤的需求。

新能源公交汽车库是涉及区域公交线网的重要后勤保障设施,其使用质量对整个大地区的公交安全运营及公交服务水平有着直接及显著影响。

1 设计依据

参与新能源公交汽车库设计的专业有建筑、结构、给排水、暖通空调、强电、弱电、景观、装饰等专业,供配电设计需与各专业充分配合。

与新能源公交汽车库供配电设计有关的规范有GB 50053—2013《20 kV及以下变电所设计规范》[1]、GB 50052—2009《供配电系统设计规范》[2]、GB 50016—2014《建筑设计防火规范》[3]、GB 50067—2014《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》[4]、JGJ 243—2011《交通建筑电气设计规范》[5]、GB 50966—2014《电动汽车充电站设计规范》[6]、GB/T 29781—2013《电动汽车充电站通用要求》等。

2 负荷分级

2.1 汽车库(不包括充电基础设施)的负荷等级

汽车库的负荷等级与其分类息息相关,所以在确定负荷等级前须明确汽车库建筑的分类。根据GB 50067—2014《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》第3.0.1条:根据停车数量和总建筑面积,汽车库分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四类。这是因为汽车库建筑发生火灾后火灾损失的大小,主要是按照烧毁车库中车辆的数量确定的。

表1 汽车库的分类

汽车库的负荷设备包括消防电梯、消防水泵、火灾自动报警系统、自动灭火系统、防排烟设备、消防应急照明、疏散指示标志和电动的防火门窗、卷帘、阀门等消防用电设备。汽车库的负荷等级如下:

(1) 一级负荷,包括Ⅰ类汽车库的消防用电设备,采用汽车专用升降机作车辆疏散出口的升降机,机械停车设备。

(2) 二级负荷,包括Ⅱ、Ⅲ类汽车库的消防用电设备。

(3) 三级负荷,包括Ⅳ类汽车库的消防用电设备。

值得注意的是,若汽车库建筑属于一类高层建筑,走道照明、值班照明、警卫照明、航空障碍灯、主要业务和计算机系统、安防系统、电子信息设备机房、客梯、排污泵、生活水泵属于一级负荷用电设备。若汽车库建筑属于二类高层建筑,主要通道及楼梯间照明用电、客梯用电、排污泵、生活水泵属于二级负荷用电设备。

另外,建议一项工程负荷分级不宜超过二级,以免人为造成供电系统复杂化。

2.2 汽车库充电基础设施的负荷等级

根据供电可靠性及中断供电所造成的损失或影响程度,充电基础设施用电负荷等级应符合现行国家规范GB 50052—2009《供配电系统设计规范》的规定。建议大型新能源公交汽车库充电基础设施的负荷等级不低于二级。参考DG/TJ 08-2093—2017《电动汽车充电基础设施建设技术规范》(送审稿),充电基础设施的负荷等级如下:一级负荷,重要用户的充电设施;二级负荷,重要用户的专用充电设施,公交服务领域等重要的专用充电设施;三级负荷,一般用户的自用、专用及公用充电设施。

3 供电系统

3.1 汽车库供电电源的配置(不包括充电基础设施)

一级负荷应由双重电源供电。二级负荷的供电系统尽可能采用两回线路供电。三级负荷供电是建筑供电的最基本要求,有条件的建筑要尽量通过设置2台终端变压器来保证建筑的消防用电。

3.2 汽车库充电基础设施供电电源的配置

一级重要用户的充电设施具备两路电源供电条件,两路电源应当来自两个不同的变电站,当一路电源发生故障时,另一路电源能保证独立正常供电。

二级重要用户的专用充电设施,宜采用双回路供电,两回进线应来自不同电源变电站或同一变电站的不同母线段。公交服务领域等重要的专用充电设施可参照二级重要用户的供电电源配置,宜采用双回路供电,且当其中一个回路发生故障时,另一回路能保证60%充电负荷正常供电。

一般用户的自用、专用及公用充电设施可采用单电源供电。

4 工程实例

某省综合车场总建筑面积为46 050 m2,其中地上建筑面积为32 000 m2,地下建筑面积为14 050 m2,公交车可停320辆,小车可停74辆,保养工位8个。根据表1规定和上述负荷分级分析,该工程属于I类大型汽车库,按照一级负荷的供电要求设计。

4.1 用电负荷估算

根据负荷特点和经济运行,变压器台数和容量的选择见下列表格。

4.1.1 汽车库用电负荷(不包括充电基础设施)估算

该工程计算负荷是按照变配电间母线划分的。统计汽车库用电负荷时,除了按照常规计算照明、动力等负荷外,还应注意车库提升设备,这三种负荷应尽量由不同变压器供电。同时根据相关需求适当预留室外用电(如室外景观照明、大屏幕等)。大型新能源公交汽车库存在水幕喷淋泵、雨淋泵等汽车库专用消防设备,相应的消防负荷备用电源需要预留足够容量。

T1负荷计算表如表2所示。T2负荷计算表如表3所示。

表2 T1负荷计算表

备:变压器应选容量为2 000 kVA;无功补偿容量为471 kvar

表3 T2负荷计算表

备:变压器应选容量为2 000 kVA;无功补偿容量为457 kvar

根据以上分析,整个汽车库(不包括充电基础设施)负荷需求为4 000 kVA。

4.1.2 汽车库充电基础设施用电负荷估算

充电基础设施负荷是大型新能源公交汽车库的专用负荷,其负荷量较大,且其需要系数也相对较大,在其他公共建筑中较少见,因此在设计中需要予以全面考虑,以避免漏算负荷。充电机总容量计算公式为

式中:K——同时系数,公交服务领域等重要的专用充电设施,取0.9;

n——充电机的台数;

P——充电机的输出功率;

cosφ——功率因数,应达到0.9以上;

η——充电机工作效率,应达到0.9以上。

充电基础设施负荷计算表如表4所示。

根据以上分析,整个汽车库的充电基础设施负荷需求为16 000 kVA。

表4 充电基础设施负荷计算表

变压器应选容量为1 600 kVA;无功补偿容量为8 kvar，该工程共10个机械停车单元，总计算负荷为16 000 kVA

4.2 配电系统方案

根据上述负荷分级和负荷计算,尽早与建设方沟通,向当地供电部门取得原始设计资料,确定配电系统方案:

(1) 根据工程所在当地供电局的要求,用户申请总容量小于40 000 kVA,采用10 kV电压供电;用户申请总容量40 000 kVA及以上时,采用110 kV电压供电。

(2) 确定每一路10 kV专线负荷不能超过5 000 kVA;采用双回路供电,供电部门收取高可靠性电源保障费等。

(3) 根据负荷计算表,合理确定从市电引入几路进线。为了节约投资,如一、二级负荷的容量较小,可采用柴油发电机组作为应急备用电源。

该工程在-1F设1座电业开关站和6座10 kV主配电室,汽车库负荷由供电部门提供2路10 kV高压电源,每一路容量为4 000 kVA。该工程汽车库负荷除两路市电外,还设置柴油发电机作为应急电源。充电设施负荷由供电部门提供2路10 kV高压电源,每一路容量为3 200 kVA。

供电电源及变配电间的设置如表5所示。

设12台10/0.4 kV变压器,系统变压器高压侧采用单母线分段运行方式。变压器低压侧采用单母线分段运行方式,中间设置母联开关,母联开关设手动转换功能。正常情况下,母联开关处于断开位置,变压器分列运行。当一台变压器因故障退出运行时,对应的变压器进线主开关跳闸,切换非保证负荷供电,手动合上母联开关,有选择地向故障段母线供电,维持工程全部一级负荷的供电。低压主进断路器与母联开关之间设电气联锁,任何情况下只能合其中的两个断路器,以确保变压器不并列运行。

表5 供电电源及变配电间的设置

对于大型、重要的交通建筑,变压器的长期工作负荷率宜为60%～75%。

该工程采用放射式和树干式相结合的配电方式。对于单台容量较大的负荷和重要负荷采用放射式供电,如冷冻机组、冷冻泵、冷却泵、生活泵、电梯等采用放射式供电;对用电量较大的照明配电系统,利用在强电竖井内的预制分支电缆配电给各层照明配电箱,以便于安装和降低能耗;消防负荷与非消防负荷供电应在汽车库配电室总配电箱处分开,消防负荷采用专路电源供电,并在末端作双电源自动切换。整座汽车库供电干线按照防火分区供电[7-8]。