民用建筑中柴油發(fā)電機(jī)組的選擇

發(fā)布時(shí)間： 1

　　摘要：闡述柴油發(fā)電機(jī)容量選擇的基本原理;給出結(jié)論及計(jì)算實(shí)例。

　　關(guān)鍵詞：應(yīng)急電源，備用電源，柴油發(fā)電機(jī)組，消防負(fù)荷，容許電壓

　　前言：選用恰當(dāng)?shù)暮髠潆娫磥頋M足緊急情況下消防負(fù)荷及其它重要負(fù)荷的供電要求，是民用建筑電氣設(shè)計(jì)中一個(gè)不可忽視的問題，目前我們一般采用柴油發(fā)電機(jī)組作為應(yīng)急交流電源，那么選用自備柴油發(fā)電機(jī)組時(shí)應(yīng)注意哪幾方面的問題呢?筆者認(rèn)為應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

　　一、設(shè)置原則

　　根據(jù)《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50045-95(2005年版)9.1規(guī)定：一類高層建筑應(yīng)按一級(jí)負(fù)荷要求供電，二類高層建筑應(yīng)按二級(jí)負(fù)荷要求供電�！睹裼媒ㄖ姎庠O(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ16—20083.2條規(guī)定：一級(jí)負(fù)荷應(yīng)由兩個(gè)電源供電，當(dāng)一個(gè)電源發(fā)生故障時(shí)，另一個(gè)電源不應(yīng)同時(shí)受到損壞;對(duì)于一級(jí)負(fù)荷中的特別重要負(fù)荷，應(yīng)增設(shè)應(yīng)急電源，并嚴(yán)禁將其他負(fù)荷接入應(yīng)急供電電源;二級(jí)負(fù)荷的供電系統(tǒng)，宜由兩回線路供電。根據(jù)這些規(guī)定，筆者總結(jié)了自備柴油發(fā)電機(jī)組的設(shè)置原則：

　　(1)當(dāng)民用建筑需按一級(jí)負(fù)荷要求供電時(shí)，若城市電網(wǎng)能提供二路獨(dú)立電源(一用一備或相互備用)，則可不設(shè)柴油發(fā)電機(jī)組;但當(dāng)一級(jí)負(fù)荷中有特別重要的負(fù)荷時(shí)，則一般應(yīng)設(shè)柴油發(fā)電機(jī)組作為應(yīng)急電源。

　　(2)當(dāng)電網(wǎng)只能提供一路電源時(shí)，為滿足對(duì)一、二級(jí)負(fù)荷的供電要求，一般應(yīng)設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組，此時(shí)機(jī)組將作備用電源及應(yīng)急電源使用。

　　(3)大、中型商業(yè)建筑中為確保市電中斷時(shí)不造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，也宜設(shè)柴油發(fā)電機(jī)組。由于城市電網(wǎng)不可能完全獨(dú)立，有時(shí)一個(gè)電源故障或檢修時(shí)，另一電源有可能同時(shí)故障，因此，即使有兩路或以上電源供電，為確保民用建筑中消防及其他重要設(shè)備(如智能化設(shè)備、通訊設(shè)備等)的可靠供電，一般都設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組。

　　二、柴油發(fā)電機(jī)組容量的選擇

　　發(fā)電機(jī)容量首先要滿足穩(wěn)定計(jì)算負(fù)荷需要，這包括消防負(fù)荷和保證負(fù)荷兩部分。在民用建筑中，設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組，通常首先是作為消防用電設(shè)備的備用電源。市電停電，即聯(lián)鎖開啟發(fā)電機(jī)組。但市電停電概率遠(yuǎn)大于火災(zāi)概率，開啟機(jī)組并不就意味著火災(zāi)發(fā)生。非消防時(shí)，開啟的發(fā)電機(jī)組僅僅負(fù)擔(dān)應(yīng)急照明等小部分負(fù)荷，若對(duì)其他非消防的重要負(fù)荷(屬三類負(fù)荷時(shí)的生活泵、客梯、裙房照明等，稱為保證負(fù)荷)無法顧及，則必將造成機(jī)組空置、資源浪費(fèi)。為此，進(jìn)行低壓配電系統(tǒng)圖設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足火災(zāi)時(shí)消防負(fù)荷需要的前提下，還必須考慮停電而非火災(zāi)時(shí)，發(fā)電機(jī)對(duì)保證負(fù)荷的供電。一種做法是，將保證負(fù)荷集中掛接在發(fā)電機(jī)應(yīng)急母線段上，消防時(shí)，由火災(zāi)信號(hào)將保證負(fù)荷的總開關(guān)分勵(lì)脫扣�？傊�，應(yīng)分別計(jì)算消防負(fù)荷和保證負(fù)荷，以二者較大值作為確定發(fā)電機(jī)組容量的依據(jù)，從而同時(shí)滿足消防部門及建設(shè)方的相應(yīng)要求。

　　消防負(fù)荷如何正確計(jì)算應(yīng)引起重視。大中型民用建筑，往往由地下室、裙房及數(shù)個(gè)塔樓組成，包含了多個(gè)防火分區(qū)。確定發(fā)電機(jī)容量、進(jìn)行消防負(fù)荷計(jì)算時(shí)，顯然不能盲目地將所有消防用電設(shè)備同時(shí)計(jì)入。推薦的計(jì)算原則是，只考慮一個(gè)防火分區(qū)發(fā)生火災(zāi)(正如水消防一樣)，亦即，不認(rèn)為兩個(gè)及以上的防火分區(qū)同時(shí)發(fā)生火災(zāi)。通常，消防泵作為固定負(fù)荷必須計(jì)入，而消防電梯、防排煙風(fēng)機(jī)、應(yīng)急照明等負(fù)荷計(jì)入多少，則要視其在某防火分區(qū)火災(zāi)時(shí)投入服務(wù)的負(fù)荷大小而定。顯然，確定發(fā)電機(jī)容量，應(yīng)以最不利的一個(gè)防火分區(qū)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，同時(shí)投入運(yùn)行的消防負(fù)荷為準(zhǔn)。

　　柴油發(fā)電機(jī)組的容量大小，除要滿足上述穩(wěn)定計(jì)算負(fù)荷需要外，還必須進(jìn)行電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電壓降校驗(yàn)，即啟動(dòng)任一電動(dòng)機(jī)時(shí)，其端子容許電壓降應(yīng)在規(guī)定范圍之內(nèi)。進(jìn)行電壓降校驗(yàn)及發(fā)電機(jī)組容量選擇時(shí)，以下要素不可忽視。

　　a.發(fā)電機(jī)母線上的已接負(fù)荷的影響。也就是說，發(fā)電機(jī)母線上的啟動(dòng)負(fù)荷應(yīng)該等于已接負(fù)荷與電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)容量之和，單單考慮電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)容量是錯(cuò)誤的。具體工程實(shí)踐中，這一點(diǎn)最容易被一些設(shè)計(jì)人員所忽略，許多文獻(xiàn)對(duì)于已接負(fù)荷的影響，常常也避而不談或是涉及較淺。

　　b.發(fā)電機(jī)不同的勵(lì)磁及調(diào)壓方式，對(duì)機(jī)組容量選擇也將產(chǎn)生重大影響。

　　c.發(fā)電機(jī)至電動(dòng)機(jī)之間配電線路電壓降的影響。亦即，發(fā)電機(jī)端子電壓等于電動(dòng)機(jī)端子電壓與線路壓降之和。

　　d.許多文獻(xiàn)認(rèn)為，電動(dòng)機(jī)應(yīng)按容量大小而順次啟動(dòng)，以此減小發(fā)電機(jī)容量。但在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)圖集和工程圖紙中，這種電動(dòng)機(jī)順次啟動(dòng)的二次電路圖又極少見到。更何況，順次啟動(dòng)也往往與一些消防控制要求相矛盾。因此建議，減小發(fā)電機(jī)容量，不宜依靠電動(dòng)機(jī)順次啟動(dòng)這種方法。

　　e.電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)容量達(dá)最大值是瞬間的，因此，可以不考慮兩臺(tái)及以上電動(dòng)機(jī)的同時(shí)啟動(dòng)，對(duì)發(fā)電機(jī)造成沖擊的問題。

　　自備發(fā)電機(jī)組容量的選擇，目前國(guó)家尚無統(tǒng)一的計(jì)算公式，因此設(shè)計(jì)人員在實(shí)際工作中所采用的方法也不相同：有的簡(jiǎn)單地按電力變壓器容量的10%-20%確定;有的按消防設(shè)備的容量相加;有的則根據(jù)投資者的意愿選擇，造成了自備發(fā)電機(jī)組容量選擇的不準(zhǔn)確性，若容量選擇太大造成一次投資浪費(fèi)，選擇太小則在事故時(shí)滿足不了使用要求。那么，如何選擇自備發(fā)電機(jī)組的容量呢?筆者經(jīng)過查閱資料和參考同行各種經(jīng)驗(yàn)做法后，歸納出如下幾點(diǎn)：

　　(一)方案或初步設(shè)計(jì)階段

　　自備發(fā)電機(jī)的容量按供電變壓器總?cè)萘康?0%-20%計(jì)算。

　　(二)施工圖階段

　　(1)、按計(jì)算負(fù)荷選擇發(fā)電機(jī)容量

　　我們知道，建筑物的用電負(fù)荷可分為三類：第一類為保安型負(fù)荷，即保證大樓內(nèi)人身及設(shè)備安全和可靠運(yùn)行的負(fù)荷，如消防水泵、消防電梯、防排煙設(shè)備、應(yīng)急照明、通訊設(shè)備、重要的計(jì)算機(jī)及相關(guān)設(shè)備等;第二類為保障型負(fù)荷，即保障大樓運(yùn)行的基本設(shè)備負(fù)荷，主要是工作區(qū)照明、部分電梯、通道照明;第三類為一般負(fù)荷，即除了上述負(fù)荷以外的其它負(fù)荷，例如：空調(diào)、水泵及其他一般照明、動(dòng)力設(shè)備。計(jì)算自備發(fā)電機(jī)組的容量時(shí)，第一類負(fù)荷必須考慮在內(nèi)，第二類負(fù)荷則根據(jù)大樓功能及電網(wǎng)情況來定，若大樓功能要求較高或城市電網(wǎng)供電不穩(wěn)定，則應(yīng)將第二類負(fù)荷考慮在內(nèi)，但若將第一類、第二類負(fù)荷簡(jiǎn)單相加來選擇發(fā)電機(jī)容量，則所選容量偏大，因?yàn)樵谙罓顟B(tài)時(shí)，只需保證消防設(shè)備的運(yùn)行，第二類負(fù)荷不使用;而在非消防狀態(tài)下電網(wǎng)停電時(shí)，消防設(shè)備不使用。所以，筆者認(rèn)為可以選擇兩者中較大者作為發(fā)電機(jī)組的容量。

　　設(shè)備容量統(tǒng)計(jì)出來后，根據(jù)實(shí)際情況選擇需要系數(shù)Kx(一般取0.85-0.95)，計(jì)算出計(jì)算容量Pj=kxP∑，自備發(fā)電機(jī)組的功率按下式計(jì)算P=kPj/η

　　式中：p—自備發(fā)電機(jī)組的功率kw;

　　Pj—負(fù)荷設(shè)備的計(jì)算容量kw;

　　P∑—總負(fù)荷kw;

　　η—發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行不均勻系數(shù)一般取0.9，單臺(tái)取1;

　　k—可靠系數(shù)，一般取1.1。

　　(2)、按最大的單臺(tái)電動(dòng)機(jī)或成組電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的需要，計(jì)算發(fā)電機(jī)容量

　　P=(P∑-Pm)/η∑+Pm•K•C•cosψm(KW)

　　Pm—起動(dòng)容量最大的電動(dòng)機(jī)或成組電動(dòng)機(jī)的容量(kw);

　　η∑一總負(fù)荷的計(jì)算效率，一般取0.85;

　　cosψm—電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)功率因數(shù)，一般取0.4;

　　K—電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)倍數(shù);

　　C—全壓起動(dòng)C=l.0，Y—△起動(dòng)C=0.67，自耦變壓器起動(dòng)50%抽頭C=0.25，65%抽頭C=0.42，80%抽頭C=0.64。

　　(3)按起動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)母線容許電壓降計(jì)算發(fā)電機(jī)容量

　　P=Pn•K•C•Xd″(1/△E-1)(kw)

　　Pn—造成母線壓降最大的電動(dòng)機(jī)或成組起動(dòng)電動(dòng)機(jī)組的容量(kw)

　　K—電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流倍數(shù);

　　Xd"—發(fā)電機(jī)的暫態(tài)電抗，一般取0.25;

　　△E—母線允許的瞬時(shí)電壓降，有電梯時(shí)取0.20，無電梯時(shí)取0.25。

　　在實(shí)際工作中，也可用系數(shù)法估算柴油發(fā)電機(jī)組的起動(dòng)能力，表1列出了不同起動(dòng)方式下所需的發(fā)電機(jī)功率為被起動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率的最小倍數(shù)，供參考。

　　近年來，變頻起動(dòng)裝置在民用建筑中應(yīng)用越來越廣泛，變頻起動(dòng)與其它起動(dòng)方式相比，起動(dòng)電流小而起動(dòng)力矩大，對(duì)電網(wǎng)無沖擊電流，引起的母線電壓降也很小，因此，筆者認(rèn)為，當(dāng)電動(dòng)機(jī)采用變頻調(diào)速起動(dòng)時(shí)，可以只考慮用計(jì)算負(fù)荷來計(jì)算發(fā)電機(jī)的容量，而不用考慮電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的因素。

　　工程實(shí)例：筆者設(shè)計(jì)的某工程為例，該工程建筑面積10000m，12層，為二類高層，保安性負(fù)荷主要為消防負(fù)荷，其容量為191kw，最大一臺(tái)電動(dòng)機(jī)為噴淋泵37kw，采用自耦降壓80%抽頭降壓起動(dòng)。

　　(1)按計(jì)算負(fù)荷計(jì)算

　　P=kPj/η=1.1x191/1kw=210.1kw

　　(2)最大的單臺(tái)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的需要計(jì)算

　　P=(P∑-Pm)/η∑+Pm•K•C•cosΨm

　　=(191—37)/0.85+37x6x0.64x0.4

　　=238.0kw

　　(3)按起動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)發(fā)電機(jī)母線允許電壓降計(jì)算

　　P=Pn•K•C•Xd″(1/△E-1)

　　=37x6x0.64x0.25(1/0.20-1)

　　=142.08kw

　　根據(jù)以上計(jì)算，應(yīng)選擇≥238.0kw的發(fā)電機(jī)組一臺(tái)，因此可選一臺(tái)250kw機(jī)組。