民用建筑中柴油发电机组的选择

　　摘要：阐述柴油发电机容量选择的基本原理;给出结论及计算实例。

　　关键词：应急电源，备用电源，柴油发电机组，消防负荷，容许电压

　　前言：选用恰当的后备电源来满足紧急情况下消防负荷及其它重要负荷的供电要求，是民用建筑电气设计中一个不可忽视的问题，目前我们一般采用柴油发电机组作为应急交流电源，那么选用自备柴油发电机组时应注意哪几方面的问题呢?笔者认为应注意以下几点。

　　一、设置原则

　　根据《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95(2005年版)9.1规定：一类高层建筑应按一级负荷要求供电，二类高层建筑应按二级负荷要求供电。《民用建筑电气设计规范》JGJ16—20083.2条规定：一级负荷应由两个电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏;对于一级负荷中的特别重要负荷，应增设应急电源，并严禁将其他负荷接入应急供电电源;二级负荷的供电系统，宜由两回线路供电。根据这些规定，笔者总结了自备柴油发电机组的设置原则：

　　(1)当民用建筑需按一级负荷要求供电时，若城市电网能提供二路独立电源(一用一备或相互备用)，则可不设柴油发电机组;但当一级负荷中有特别重要的负荷时，则一般应设柴油发电机组作为应急电源。

　　(2)当电网只能提供一路电源时，为满足对一、二级负荷的供电要求，一般应设置柴油发电机组，此时机组将作备用电源及应急电源使用。

　　(3)大、中型商业建筑中为确保市电中断时不造成较大的经济损失，也宜设柴油发电机组。由于城市电网不可能完全独立，有时一个电源故障或检修时，另一电源有可能同时故障，因此，即使有两路或以上电源供电，为确保民用建筑中消防及其他重要设备(如智能化设备、通讯设备等)的可靠供电，一般都设置柴油发电机组。

　　二、柴油发电机组容量的选择

　　发电机容量首先要满足稳定计算负荷需要，这包括消防负荷和保证负荷两部分。在民用建筑中，设置柴油发电机组，通常首先是作为消防用电设备的备用电源。市电停电，即联锁开启发电机组。但市电停电概率远大于火灾概率，开启机组并不就意味着火灾发生。非消防时，开启的发电机组仅仅负担应急照明等小部分负荷，若对其他非消防的重要负荷(属三类负荷时的生活泵、客梯、裙房照明等，称为保证负荷)无法顾及，则必将造成机组空置、资源浪费。为此，进行低压配电系统图设计时，在满足火灾时消防负荷需要的前提下，还必须考虑停电而非火灾时，发电机对保证负荷的供电。一种做法是，将保证负荷集中挂接在发电机应急母线段上，消防时，由火灾信号将保证负荷的总开关分励脱扣。总之，应分别计算消防负荷和保证负荷，以二者较大值作为确定发电机组容量的依据，从而同时满足消防部门及建设方的相应要求。

　　消防负荷如何正确计算应引起重视。大中型民用建筑，往往由地下室、裙房及数个塔楼组成，包含了多个防火分区。确定发电机容量、进行消防负荷计算时，显然不能盲目地将所有消防用电设备同时计入。推荐的计算原则是，只考虑一个防火分区发生火灾(正如水消防一样)，亦即，不认为两个及以上的防火分区同时发生火灾。通常，消防泵作为固定负荷必须计入，而消防电梯、防排烟风机、应急照明等负荷计入多少，则要视其在某防火分区火灾时投入服务的负荷大小而定。显然，确定发电机容量，应以最不利的一个防火分区发生火灾时，同时投入运行的消防负荷为准。

　　柴油发电机组的容量大小，除要满足上述稳定计算负荷需要外，还必须进行电动机启动时的电压降校验，即启动任一电动机时，其端子容许电压降应在规定范围之内。进行电压降校验及发电机组容量选择时，以下要素不可忽视。

　　a.发电机母线上的已接负荷的影响。也就是说，发电机母线上的启动负荷应该等于已接负荷与电动机启动容量之和，单单考虑电动机的启动容量是错误的。具体工程实践中，这一点最容易被一些设计人员所忽略，许多文献对于已接负荷的影响，常常也避而不谈或是涉及较浅。

　　b.发电机不同的励磁及调压方式，对机组容量选择也将产生重大影响。

　　c.发电机至电动机之间配电线路电压降的影响。亦即，发电机端子电压等于电动机端子电压与线路压降之和。

　　d.许多文献认为，电动机应按容量大小而顺次启动，以此减小发电机容量。但在国家标准图集和工程图纸中，这种电动机顺次启动的二次电路图又极少见到。更何况，顺次启动也往往与一些消防控制要求相矛盾。因此建议，减小发电机容量，不宜依靠电动机顺次启动这种方法。

　　e.电动机启动容量达最大值是瞬间的，因此，可以不考虑两台及以上电动机的同时启动，对发电机造成冲击的问题。

　　自备发电机组容量的选择，目前国家尚无统一的计算公式，因此设计人员在实际工作中所采用的方法也不相同：有的简单地按电力变压器容量的10%-20%确定;有的按消防设备的容量相加;有的则根据投资者的意愿选择，造成了自备发电机组容量选择的不准确性，若容量选择太大造成一次投资浪费，选择太小则在事故时满足不了使用要求。那么，如何选择自备发电机组的容量呢?笔者经过查阅资料和参考同行各种经验做法后，归纳出如下几点：

　　(一)方案或初步设计阶段

　　自备发电机的容量按供电变压器总容量的10%-20%计算。

　　(二)施工图阶段

　　(1)、按计算负荷选择发电机容量

　　我们知道，建筑物的用电负荷可分为三类：第一类为保安型负荷，即保证大楼内人身及设备安全和可靠运行的负荷，如消防水泵、消防电梯、防排烟设备、应急照明、通讯设备、重要的计算机及相关设备等;第二类为保障型负荷，即保障大楼运行的基本设备负荷，主要是工作区照明、部分电梯、通道照明;第三类为一般负荷，即除了上述负荷以外的其它负荷，例如：空调、水泵及其他一般照明、动力设备。计算自备发电机组的容量时，第一类负荷必须考虑在内，第二类负荷则根据大楼功能及电网情况来定，若大楼功能要求较高或城市电网供电不稳定，则应将第二类负荷考虑在内，但若将第一类、第二类负荷简单相加来选择发电机容量，则所选容量偏大，因为在消防状态时，只需保证消防设备的运行，第二类负荷不使用;而在非消防状态下电网停电时，消防设备不使用。所以，笔者认为可以选择两者中较大者作为发电机组的容量。

　　设备容量统计出来后，根据实际情况选择需要系数Kx(一般取0.85-0.95)，计算出计算容量Pj=kxP∑，自备发电机组的功率按下式计算P=kPj/η

　　式中：p—自备发电机组的功率kw;

　　Pj—负荷设备的计算容量kw;

　　P∑—总负荷kw;

　　η—发电机并联运行不均匀系数一般取0.9，单台取1;

　　k—可靠系数，一般取1.1。

　　(2)、按最大的单台电动机或成组电动机起动的需要，计算发电机容量

　　P=(P∑-Pm)/η∑+Pm•K•C•cosψm(KW)

　　Pm—起动容量最大的电动机或成组电动机的容量(kw);

　　η∑一总负荷的计算效率，一般取0.85;

　　cosψm—电动机的起动功率因数，一般取0.4;

　　K—电动机的起动倍数;

　　C—全压起动C=l.0，Y—△起动C=0.67，自耦变压器起动50%抽头C=0.25，65%抽头C=0.42，80%抽头C=0.64。

　　(3)按起动电动机时母线容许电压降计算发电机容量

　　P=Pn•K•C•Xd″(1/△E-1)(kw)

　　Pn—造成母线压降最大的电动机或成组起动电动机组的容量(kw)

　　K—电动机的起动电流倍数;

　　Xd"—发电机的暂态电抗，一般取0.25;

　　△E—母线允许的瞬时电压降，有电梯时取0.20，无电梯时取0.25。

　　在实际工作中，也可用系数法估算柴油发电机组的起动能力，表1列出了不同起动方式下所需的发电机功率为被起动电动机功率的最小倍数，供参考。

　　近年来，变频起动装置在民用建筑中应用越来越广泛，变频起动与其它起动方式相比，起动电流小而起动力矩大，对电网无冲击电流，引起的母线电压降也很小，因此，笔者认为，当电动机采用变频调速起动时，可以只考虑用计算负荷来计算发电机的容量，而不用考虑电动机起动的因素。

　　工程实例：笔者设计的某工程为例，该工程建筑面积10000m，12层，为二类高层，保安性负荷主要为消防负荷，其容量为191kw，最大一台电动机为喷淋泵37kw，采用自耦降压80%抽头降压起动。

　　(1)按计算负荷计算

　　P=kPj/η=1.1x191/1kw=210.1kw

　　(2)最大的单台电动机起动的需要计算

　　P=(P∑-Pm)/η∑+Pm•K•C•cosΨm

　　=(191—37)/0.85+37x6x0.64x0.4

　　=238.0kw

　　(3)按起动电动机时发电机母线允许电压降计算

　　P=Pn•K•C•Xd″(1/△E-1)

　　=37x6x0.64x0.25(1/0.20-1)

　　=142.08kw

　　根据以上计算，应选择≥238.0kw的发电机组一台，因此可选一台250kw机组。

　　参考文献

　　[1]中国航空工业规划设计研究院组编

　　[2]工业与民用配电设计手册(第三版)

　　[3]北京：中国电力出版社，2005

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