07 大型新能源公交汽车库供配电系统设计_潘虹

供配电 潘虹( 1985) ， 女， 工程师， 从事供配电 技术方面的工作。 大型新能源公交汽车库供配电系统设计 潘虹 ( 上海城市交通设计院有限公司，上海200025) 摘要:结合实际工程项目， 根据相关国家标准规范的要求， 从负荷等级、 供电电 源、 变配电所设置、 配电系统等方面详细介绍大型新能源公交汽车库的供配电系统 设计， 可为类似大型新能源公交汽车库的供配电设计提供参考。 关键词:大型新能源公交汽车库;负荷等级;负荷计算;供配电系统 中图分类号:TU 852文献标志码:B文章编号: 1674- 8417( 2018) 04- 0026- 06 DOI: 10 16618/j cnki 1674- 8417 2018 04 007 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 500532013 20 kV 及以下变电所设计 规范 1 、 GB 500522009供配电系统设计规 范 2 、GB 500162014建 筑 设 计 防 火 规 范 3 、 GB 500672014汽车库、 修车库、 停车场 设计防火规范 4 、 JGJ 2432011交通建筑电 气设计规范 5 、 GB 509662014电动汽车充电 站设计规范 6 、 GB/T 297812013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 500672014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、 、 、 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 分 类 停车数量/辆300151 30051 15050 总建筑面积 S/m2 S 10 000 5 000 S 10 000 2 000 S 5 000 S2 000 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 62 供配电 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、 类汽车库的消防 用电设备。 ( 3)三级负荷， 包括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 500522009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- 20932017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。 41 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。 72 供配电 表 2 T1 负荷计算表 序号 用电设备 名称 设备 容量/kW KCcos tg Pjs/kWQjs/kvarSjs/kVAIjs/A 备注 1走道照明( 常)20090090048180087220003039 2消防电梯( 备)500700750883500308746677090 3客梯( 常)200700750881400123518672836 4潜水排污泵等杂动力( 常)1300800850621040064451223518589 5生活泵( 备)20080085062160099218822860 6 ( 双速) 消防高温排烟轴流风机 ( 常) 310750820702325162328354308 71F 消防安保室( 备)20080085062160099218822860 81F 变电所交流屏( 常)250800850622000123923533575 9电子信息设备机房( 备)20080085062160099218822860 10车库提升设备1( 备)1 16508008007593200699001 165001 76998 11车库提升设备2( 常)1 16508008007593200699001 165001 76998 一 级 非 消 防 负 荷 12机动车充电桩800500920434000170443486606 13公交综合楼照明插座7509009004867503269750011395 14地下车库照明插座450900820704050282749397504 15机械车库照明插座300900820702700188532935003 16公交综合楼空调动力22508008007518000135002250034184 17通风设备10508008007584063010501595 18预留10007508007575005625937514243 三 级 负 荷 19屋顶消防风机 FAPE3( 常)8807508207066004607804912228 20消防高温排烟轴流风机( 备)9907508207074255183905513757 21消防高温排烟轴流风机( 常)300750900482250109025003798 22消防高温排烟轴流风机( 备)3750750820702813196334305211 23应急照明( 备)1009009004890043610001519 24加压送风机( 常)220750820701650115220123057 25消防水泵117075082070877561251070116258 消 防 负 荷 不 计 入 负 荷 计 算 书 合计1 956501 549651 107541 904752 89405 同时系数0790771 363691 052161 722412 61693 电容补偿47123 电容补偿后0920431 36369580931 482272 25208 变压器功率损耗14827411 总计0760901 37851655041 526232 31887 变压器容量2 0002 88675 T1 变压器负荷率 076 备: 变压器应选容量为 2 000 kVA; 无功补偿容量为 471 kvar 82 供配电 表 3 T2 负荷计算表 序号 用电设备 名称 设备 容量/kW KCcos tg Pjs/kWQjs/kvarSjs/kVAIjs/A 备注 1走道照明( 备)200 900 900 4818 008 7220 0030 39 2消防电梯( 常)500 700 750 8835 0030 8746 6770 90 3客梯( 备)200 700 750 8814 0012 3518 6728 36 4潜水排污泵等杂动力( 备)1300 800 850 62104 0064 45122 35185 89 5生活泵( 常)200 800 850 6216 009 9218 8228 60 6 ( 双速) 消防高温排烟轴 流风机( 备) 310 750 820 7023 2516 2328 3543 08 71F 消防安保室( 常)200 800 850 6216 009 9218 8228 60 81F 变电所交流屏( 备)250 800 850 6220 0012 3923 5335 75 9电子信息设备机房( 常)200 800 850 6216 009 9218 8228 60 10车库提升设备 1( 常)11650 800 800 75932 00699 001165 001769 98 11车库提升设备 2( 备)11650 800 800 75932 00699 001165 001769 98 一 级 非 消 防 负 荷 12机动车充电桩800 500 920 4340 0017 0443 4866 06 13公交综合楼照明插座750 900 900 4867 5032 6975 00113 95 14辅助楼照明插座20 900 900 481 800 872 003 04 15地下车库照明插座450 900 820 7040 5028 2749 3975 04 16机械车库照明插座300 900 820 7027 0018 8532 9350 03 17公交综合楼空调动力2250 800 800 75180 00135 00225 00341 84 18通风设备10 50 800 800 758 406 3010 5015 95 19预留1000 750 800 7575 0056 2593 75142 43 三 级 负 荷 20屋顶消防风机 FAPE3( 备)880 750 820 7066 0046 0780 49122 28 21消防高温排烟轴流风机( 常)990 750 820 7074 2551 8390 55137 57 22消防高温排烟轴流风机( 备)300 750 900 4822 5010 9025 0037 98 23消防高温排烟轴流风机( 常)37 50 750 820 7028 1319 6334 3052 11 24应急照明( 常)100 900 900 489 004 3610 0015 19 25加压送风机( 备)220 750 820 7016 5011 5220 1230 57 26消防水泵1170 750 820 7087 7561 25107 01162 58 消 防 负 荷 不 计 入 负 荷 计 算 书 合计1 842 501 455 20 1 054 88 1 797 33 2 730 84 同时系数0 790 781 280 58 1 002 14 1 626 09 2 470 58 电容补偿456 62 电容补偿后0 920 431 280 58545 521 391 93 2 114 82 变压器功率损耗13 9269 60 总计0 720 901 294 50615 121 433 21 2 177 54 变压器容量2 0002 886 75 T2 变压器负荷率0 72 备: 变压器应选容量为 2 000 kVA; 无功补偿容量为 457 kvar 92 供配电 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 S = K nP cos 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; cos 功率因数， 应达到 0 9 以上; 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 用电设备设备容量/kW KCcos tg Pjs/kWQjs/kvarSjs/kVAIjs/A 每一个机械 停车单元 1 224000950950331 16280382191 224001 85962 同时系数0940351 02326363081 085771 64966088095 电容补偿( 831)( 001) 电容补偿后0940361 02326371401 088581 65392 变压器功率损耗10895443 总计0700921 03415425821 118391 69921 变压器容量1 600002 30940 1T1 变压器负荷率070 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。 03 供配电 表 5供电电源及变配电间的设置 电源区域变配电间名称变压器变比变压器容量/kVA 10 kV 市电( 两路)汽车库用电场站变配电间10/0 4 kV2 2 000 10 kV 市电( 一路)充电桩用电充电机变配电间10/0 4 kV2 1 600 10 kV 市电( 一路)充电桩用电充电机变配电间10/0 4 kV2 1 600 10 kV 市电( 一路)充电桩用电充电机变配电间10/0 4 kV2 1 600 10 kV 市电( 一路)充电桩用电充电机变配电间10/0 4 kV2 1 600 10 kV 市电( 一路)充电桩用电充电机变配电间10/0 4 kV2 1 600 应急电源特别重要负荷柴油发电机房 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 。 5结语 与其他民用建筑相比， 大型新能源公交汽车 库建筑面积不是很大， 但汽车库用电申请容量巨 大， 用电设备种类繁多， 供配电系统设计相对复 杂。本文对大型新能源公交汽车库供配电系统设 计过程中碰到的难点及解决方案进行探讨， 为类 似大型新能源公交汽车库建筑的设计提供参考。 1 20 kV 及以下变电所设计规范: GB 500532013 S 2 供配电系统设计规范: GB 500522009 S 3 建筑设计防火规范: GB 500162014 S 4 汽车库、 修车库、 停车场设计防火规范: GB 50067 20