广播电视中心电气系统设计

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(1.中国建筑科学研究院, 北京 100013;2.宁夏宏斌建筑工程有限公司, 宁夏 银川 750004)

0 引 言

广播电视中心(简称广电中心)是指能自制节目、播出节目,并具有录播、直播、微波及卫星传送和接收等功能或部分功能的广播和电视的中心台。

根据广电总局62号令《广播电视安全播出管理规定》[1]第4条“广播电视安全播出工作应当坚持不间断、高质量、既经济、又安全的方针”,对电气系统设计的可靠性提出很高要求,第23条中对广播电视安全播出事故管理中的责任事故、技术事故的处理也非常严格。其中,供电中断就是非常严重的技术事故。

因此,为保障广电中心播出工作正常进行,电气系统的设计在满足工艺对供电要求的前提下,应力求提高电气系统的可靠性;同时,电气系统接线应简单清晰、便于管理操作、维护和检修,并在电气系统发生故障时能尽快恢复供电。

1 项目概况

某省级广电中心由卫星地球站、广播电视大厦、后勤服务楼、综合楼、地下设备用房和车库组成,总建筑面积为13.3万m2。该建筑为典型的广电建筑。项目情况如表1所示。

表1 项目情况

2 变配电系统设计

2.1 负荷分级

广电中心用电可分为工艺用电与非工艺用电。根据广电总局62号令《广播电视安全播出管理规定》、GY/T 5041—2012《广播电视卫星地球站工程设计规范》[2]、JGJ 16—2008《民用建筑电气设计规范》[3]等规范的规定及工艺单位对工艺用房供电要求,工艺用电分为A、B、C三类,均为一级负荷,其中A、B类为一级负荷中的特别重要负荷。该工程中,A类机房应同时满足GB 50174—2008《电子信息系统机房设计规范》[4]中对A类机房的供电要求。但B、C级机房为工艺针对广电中心供电要求所做的划分,而不是按照GB 50174—2008划分的,因此对B、C级机房供电应按照工艺要求执行。工艺用电负荷分级如表2所示。

表2 工艺用电负荷分级

非工艺用电负荷为车库、人防、一般办公、公共区照明、制冷机房、水泵房、消防负荷等。按照JGJ 16—2008《民用建筑电气设计规范》附录A、JGJ 67—2006《办公建筑设计规范》、GB 50067—2014《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》、GB 50016—2014《建筑设计防火规范》等规范,确定其负荷等级。

2.2 市电电源

根据GY/T 5041—2012第8.0.1条对卫星地球站供电要求,以及广电工艺对供电的要求,外电应来自两个不同的变电站,其中至少一路为广播电视卫星地球站专用线路。结合工艺负荷与非工艺负荷的供电要求、负荷计算,从两个不同的110 kV站各引来一路10 kV专用线路供电,经两个不同路径引入广电中心总变电所。两路进线同时供电,互为热备用,不应同时损坏。

2.3 应急电源系统

根据GY/T 5041—2012第8.0.2条、GB 50174—2008第8.1节及附录A、工艺单位对工艺用电的供电要求,为A级、B级负荷设置不间断电源(UPS),并为A级负荷配置应急柴油发电机组。为确保消防安全,除两路10 kV进线外,为消防负荷配置柴油发电机组。应急电源配置如下:

(1) A级负荷UPS冗余型式2N,B级负荷UPS冗余型式N+1;UPS持续供电时间为30 min。

该工程中卫星地球站、广电大厦、3#、4#综合楼均有需工艺UPS供电的负荷。基于不同的管理和使用模式,UPS机房的设置有集中式和分散式。集中式UPS机房的优点是便于统一运营及管理,但距离末端用电设备较远。分散式UPS机房可灵活就近设置,便于用电单位使用,但会导致UPS机房过多,不便于管理部门管理、维护。根据该工程实际情况,广电中心的UPS供电系统为专门部门管理,不属于用电单位自行管理,因此采用分区集中设置UPS配电室的形式,并将A级负荷的两组UPS设置在不同UPS机房,以尽量保证UPS室的安全性。但不同的UPS电源配电给核心数据机房,应在配电列头柜设置相位同步装置[5-6]。

(2) 设置工艺应急柴油发电机组,安装容量为2×1 200 kW,供电范围为:A级负荷UPS不间断电源系统用电、A级机房空调及制冷设备、A级机房照明等保证广电工艺不间断运行的必须负荷,根据工艺要求,柴油发电机组储油量仅考虑A级负荷持续供电。由于该工程所在地市政条件完善,储油量按照机组连续运行12 h设置,并在室外设置地下储油罐。业主单位应与供油单位协商应急供油和油品回收事宜。

(3) 消防负荷设置自备柴油发电机组,安装容量为1×800 kW。应急照明采用集中EPS供电。消防负荷应急电源持续供电时间≥180 min。

2.4 变配电室设置及变压器容量

根据广电中心电气运行管理及配电要求,工艺、非工艺负荷的配电变压器应严格分开。广电工艺设备多为电子信息设备,如监控机房、录音室、演播室等,这类设备对谐波抑制有较高要求。而工艺使用的大容量UPS、大功率精密空调、变频空调又是产生大量谐波的谐波源。根据UPS、工艺空调安装容量较大的特点,对UPS、工艺空调、工艺市电分别设置专用变压器组,便于分组管理的同时,将产生谐波的谐波源与对谐波敏感的工艺设备分开(一些较早建设的广电中心采用变压器低压母线安装有源滤波器抑制谐波,但实际运行证明,谐波抑制效果欠佳,故该工程采用分开变压器配电的方式),根据特征谐波次数为奇数的特点,变压器接线组别选择Dyn11。

广播电视建筑要考虑变电所、工艺柴油发电机房、重要弱电机房等重要机房选址的安全性,应设置在受保护的范围内,不应设置在车库等公共活动区,以防止遭受破坏。10 kV侧变配电室设置及变压器容量如表3所示。

2.5 高、低压配电系统

2.5.1 高压配电系统

广电大厦、卫星地球站变电所(1#变电所)为总变电所,设置一组高压开关柜。高压主接线为分段单母线接线,母线之间设置手动联络开关。平时两路10 kV进线同时工作,母联开关断开;当任何一路失电时,经设定的重合闸时间后线路仍失电,则母线联络手动合闸。母联开关与两个进线断路器之间设置机械与电气联锁,高压开关柜均带有“五防”功能。

综合楼变电所(2#变电所)、制冷机房变电所(3#变电所)高压主接线为分段单母线接线,中间不设置母线联络开关。由1#变电所至2#、3#分变电所采用放射式配电。为提高供电可靠性和充分利用引入的两路高压进线,该工程各变电所均从总变电所不同高压母线段引入高压进线,变压器成组设置。高、低压配电系统主接线简图如图1所示。

2.5.2 低压配电系统

1#、2#、3#变电所0.4 kV低压侧均为分段单母线接线,中间设置母线联络开关。对(3T,4T)变压器、(7T,8T)变压器设置应急母线段。当(1T,2T;5T,6T)工艺变压器组中任一台变压器停止运行时,联锁起动工艺柴油发电机进入热备状态,母联开关自动延时闭合;当2台变压器均失电时,工艺柴油发电机带负荷运行。

图1 高压、低压配电系统主接线简图

2#、3#变电所及1#变电所7T、8T变压器中任一台失电时,母联开关延时闭合,当7T、8T变压器均故障时,联锁起动消防柴油发电机供电。

为保证供电安全和可靠性,所有低压配出回路(包括工艺配电、消防配电、一般配电)均设置失压脱扣。当变压器故障断开运行时,对应低压母线的出线断路器均失压跳闸,由人工确认需要继续供电的配电回路,避免事故扩大和危险发生,也避免柴油发电机带重负载无法起动,导致延长供电中断时间。

A类工艺负荷由两组UPS供电,在末端双电源自动切换。两组UPS由(1T,2T)变压器的不同段低压母线供电,但一组UPS的主用和备用回路均由同一台变压器的低压母线段配电,以保证相位一致。两回路配电线路在机房列头柜做自动切换。

对于工艺B级用电负荷,由一路UPS,一路工艺市电在层工艺电井进行双电源自动切换后,放射式供电至各B级工艺机房。工艺B级UPS由(1T,2T)的同一台变压器的低压母线配出两回路(工作、备用)供电。

对于工艺C级用电负荷,由两路市电在层工艺电井进行双电源自动切换后,放射式供电至各C级工艺用房。

非工艺负荷采用放射式或放射至与干线式相结合的方式供电,消防负荷与非消防负荷分开配电,自成配电系统。

2.5.3 高、低压计量

在10 kV高压进线侧设置电能总计量,各个变压器低压出线侧设置计量装置。根据国家标准GB 50189—2015《公共建筑节能设计标准》中的相关规定,对照明插座用电、空调用电、动力用电和特殊用电(各类广电工艺机房、电子信息设备机房、洗衣房、厨房餐厅等)采用多功能电力仪表分项计量,并通过RS-485总线上传至广电中心能源监控系统。

3 配电线路敷设路由

为保证工艺供电系统独立性,防止非授权维护人员人为失误而导致工艺配电系统故障,应将工艺配电、非工艺配电桥架、电井严格分开,并将工艺弱电、工艺电力分设不同电井。因此,卫星地球站、广播电视大厦分别设置的电气竖井有:工艺电力井、一般负荷电力井、消防专用电井、非工艺弱电井、工艺弱电井,并预留一个工艺弱电井。另外,3#、4#楼电井按照一般建筑设置。

各个单体之间敷设的电气线路在内部专用管廊敷设,工艺线路不应在车库等不受保护的公共区域内敷设,防止遭受破坏。

4 结 语

广电建筑属民用建筑中较为复杂的一类,各类工艺空调、工艺设备对供电安全性、可靠性、维护和检修便捷性以及电能质量提出较高要求,以保障播出不间断或在发生供电故障时能尽快恢复供电,防止广电电视信号中断,造成严重的播出事故。因此,广电建筑的电气系统设计应在满足一般民用建筑电气系统要求的前提下,根据广电工艺设备的供电要求、用电设备分布、建筑特点等因素,按照现行规范设计出系统接线简单、供电安全可靠、便于维护,且电能质量能满足广播电视运营需要的电气系统。

[1]广电总局62号令.广播电视安全播出管理规定[G].2013.

[2]广播电视卫星地球站工程设计规范:GY/T5041—2012[S].

[3]民用建筑电气设计规范:JGJ16—2008[S].

[4]电子信息系统机房设计规范:GB50174—2008[S].

[5]建筑设计防火规范:GB50116—2014[S].

[6]供配电系统设计规范:GB50052—2009[S].