火神山醫院高低壓配電系統設計,非常時期的“非常規”設計!

非常時期行非常手段,火神山的建造是如此,火神山的設計同樣是如此。

在疫情防控嚴峻形勢之下,以生命至上為設計首要原則,與時間賽跑,充分考慮項目建造實際困難的設計才是優秀的設計。可以說,設計單位在此次疫情防控中打贏了一場漂亮的阻擊戰。

火神山醫院高低壓配電系統設計,非常時期的“非常規”設計!

一、外部電源及供電方案

本項目高壓供電部分是由供電部門負責設計和實施,且存在較多一級負荷和一級負荷中特別重要負荷。

根據規範要求,需配置主供電源為雙重電源,故外部電源方案如下:

① 市電:由城市電網引來兩路 10kV 電源

② 工作方式:兩路電源相對獨立、同時工作、分列運行、互為備用

③ 供電容量及運行方式:正常運行時,每回供電容量為7300kVA,當任意一電源失電時,另一路電源可承擔全部容量。

④ 10kV配電方式:由分佈在院區內的4臺戶外環網箱以放射式和鏈式相結合的形式配出7對迴路為各箱式變電站供電。

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(10kV高壓配電方案)

解讀:

這裡高壓供電部分由供電部門直接負責實施,設計單位並未出具10kV配電系統圖,具體方案我們不得而知,僅有上圖。

根據《工業與民用供配電設計手冊》推薦的10kV配電系統接線方式。(如下圖)

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(10kV配電系統接線方式)

可推知本項目10kV高壓供電方案為雙側供電雙迴路樹幹式(詳見下圖)

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(雙側供電雙迴路樹幹式)

需注意,此種方案因屬於環網形式,其供電可靠性較之放射式相比仍不高,但本項目為公共臨時應急工程,應充分考慮項目所在地周邊電網情況和供電送電的快速響應能力。

且在雙重電源之外,設計方增設了柴油發電機作為應急電源,也進一步提高了對火神山醫院供電的可靠性。

二、變電站和柴油發電機組的設置

該項目建築特點:

① 呼吸類臨時傳染病醫院(公用設施儘量遠離醫護區);

② 一、二層大佔地面積建築形式(負荷相對分散);

③ 採用輕型建築材料,集裝箱式或板材式活動板房等模塊化建築形式(不宜將變電站設置於室內)。

再者,項目存在大量一級負荷和特別重要負荷,故需在建築周邊設置 10/0.4kV 箱式變電站 24 座(20x630kVA+4x500kVA),室外箱式柴油發電站 16 臺(12x600kW+4x500kW),儲油量不小於8h,具體配置如下。

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(箱式變電站和柴油發電站分佈圖)

負荷分配:

① 醫技樓、接診及 ICU 用電負荷 100% 配備柴油發電機;

② 病房醫護區除風機電加熱負荷外,其他負荷均可由柴油發電機提供應急電源;

③ 每個病房醫護區設置 1 臺 630kVA 箱式變電站;

④ 每兩個病房醫護區設置 1 臺 600kW 箱式柴油發電站;

⑤ 每兩個病房醫護區由 2臺 箱式變電站和 1 臺箱式柴油發電站成組。

解讀:

① 箱式變電站和箱式柴油發電站的規格種類很少,便於快速成批量招採設備和施工;

② 箱式變電站和箱式柴油發電站數量較多,單臺容量較大,沿建築四周分散佈置,將電源深入到負荷中心,減少線路損失和線路故障率,提高用電設備的電能質量和系統可靠性,同時也便於後續醫院的改擴建;

③ 供電系統的組成也同樣體現了標準化、模塊化的設計理念,充分響應了公共臨時應急工程的建設目標。

三、負荷等級

低壓配電方案的設計,一定離不開負荷等級的確定。

根據《傳染病醫院建築設計規範》GB50849-2014、《綜合醫院建築設計規範》GB 51039-2014、《醫療建築電氣設計規範》JGJ 312-2013 規定,本項目負荷等級可做如下分級:

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四、低壓配電方案

從上述用電負荷等級來看,存在一級負荷、一級負荷中特別重要負荷和三級負荷。

對於一級負荷的配電,應採取雙重電源,兩路獨立供電,且應在末端配電箱處或用電設備處進行自動切換。

對於一級負荷中特別重要負荷的供電需要應急電源。

另外,針對手術室、ICU、檢驗科、弱電機房等重點區域均配備了應急供電時間 30min 的 UPS 電源(也為應急電源的一種),作為柴油發電機啟動前的過渡電源,進一步加強特殊設備的供電可靠性。

因此,本項目設計單位設計的低壓配電方案如下:

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(低壓配電幹線系統設計方案)

解讀:

從圖中可知,末端配電箱均以每個病房醫護區為一個單元進行配置,並將病房用電和公共區域用電分開設置配電箱。

對用於一級及以上等級的負荷,由醫護區臨近兩臺箱變引出兩回線路,先在戶外雙切箱處進行切換後,再在醫護區內配電間的末端雙切箱處,與引至柴油發電機的應急電源線路進行切換。

對病房醫護區的風機電加熱負荷(三級負荷),則由臨近一臺箱變引出一回線路。

可見,雖然本次設計對一級負荷和特別重要負荷進行了分級明確,但實際設計中並未嚴格執行規範中的強條“嚴禁將其他負荷接入應急供電系統”、“備用電源的負荷嚴禁接入應急供電系統”。

如此,違反規範了嗎?違反了!而且違反的還是強條。但疫情當下,在各方物資籌集困難之時,以生命至上為設計首要原則,與時間賽跑,充分考慮項目建造實際困難的設計才是優秀的設計。

這種設計其實並未違反規範之強條精神!什麼是強條精神呢?以人為本!

再者,本項目針對手術室、ICU、檢驗科、弱電機房等重點區域均配備了應急供電時間 30min 的 UPS 電源。我們也可以將柴油發電機理解為一級負荷的第二個備用電源,而這裡的 UPS 則可理解為特別重要負荷的應急電源。

所以說,沒有正確的設計,只有最優、最合理的設計。國外的工程設計中,也並未明確負荷等級及各負荷的供電要求,而只是強調了對於需要持續供電的負荷應有多重電源的保障。

另外,這種設計有個優點,就是設備和材料可以做到標準化成批量進行生產,這無疑縮短了項目施工工期。

火神山醫院高低壓配電系統設計,非常時期的“非常規”設計!

(低壓配電設計方案)

解讀:

對於兩臺變壓器加一臺柴油發電機三電源方案,我們最為熟知的就是在各母排中增加聯絡開關,以用於進一步提高用電可靠性,可參見《工業與民用配電設計手冊》推薦的方案。

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(應急電源系統接線示意圖)

當然,此種方案是最優的,但我們還應結合本項目實際情況,即戶外箱式變電站是以標準化、模塊化進行設計生產的,以滿足臨時應急建設需要。如若增加聯絡開關,則成為非標產品,與項目本身所需的“快速建設”要求是相悖的。

需注意的是:對於圖中的戶外雙電源自動切換箱,因無分配電功能,故不屬於二級配電,且應建議採用無保護切斷功能的隔離開關(非正式用於為“負荷開關”)。

所以說,火神山醫院的電氣設計看似“非常規”,實則仍遵守了配電系統設計的基本原則,做到了保障人身安全、供電可靠、接線簡單、經濟合理,且具有有一定靈活性

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