從一組注冊(cè)考試案例題談柴油發(fā)電機(jī)組容量選擇

羅萬金

（CMCU·中聯(lián)建筑，重慶400039）

從一組注冊(cè)考試案例題談柴油發(fā)電機(jī)組容量選擇

羅萬金

（CMCU·中聯(lián)建筑，重慶400039）

0 引言

根據(jù)《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50052-2009對(duì)負(fù)荷分級(jí)及供電可靠性的要求，一級(jí)負(fù)荷應(yīng)由雙重電源供電，一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷，除應(yīng)由雙重電源供電外，尚應(yīng)增設(shè)應(yīng)急電源。獨(dú)立于正常電源的發(fā)電機(jī)組是工程實(shí)際中最廣泛采用的應(yīng)急電源，機(jī)組容量的選擇直接影響到應(yīng)急電源供電可靠性和工程建設(shè)經(jīng)濟(jì)性。2011-2013年，連續(xù)三年“注冊(cè)電氣工程師（供配電）資格考試”均出題對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組容量選擇作考查，受到業(yè)界的高度重視。

1 柴油發(fā)電機(jī)組的特點(diǎn)

民用建筑工程中，一般采用額定電壓230／400V應(yīng)急電源系統(tǒng)。包括應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組、EPS應(yīng)急電源裝置、UPS不間斷電源裝置、蓄電池組、太陽能光伏蓄電池電源系統(tǒng)。柴油發(fā)電機(jī)是應(yīng)用最廣泛的應(yīng)急電源系統(tǒng)，其特點(diǎn)是：

（1）燃料價(jià)格便宜，容易保存。

（2）柴油發(fā)電機(jī)構(gòu)造簡單、體積小、重量輕、輔助設(shè)備少，可以設(shè)在負(fù)荷處單獨(dú)對(duì)一些特殊負(fù)荷供電。

（3）柴油發(fā)電機(jī)組起動(dòng)迅速，帶負(fù)荷和停機(jī)時(shí)間短，并能很快達(dá)到全功率。

（4）柴油發(fā)電機(jī)組維護(hù)簡單、方便。

2 柴油發(fā)電機(jī)組容量選擇

應(yīng)急電源一般只設(shè)一臺(tái)機(jī)組，機(jī)組選擇的關(guān)鍵是機(jī)組容量的選擇。機(jī)組除在規(guī)定時(shí)間內(nèi)能自動(dòng)起動(dòng)供電外，還應(yīng)滿足所有相關(guān)負(fù)荷的供電容量要求。若容量選擇過小，則會(huì)在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，使電壓降過大，電動(dòng)機(jī)不能起動(dòng)，使自起動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)起動(dòng)失敗，失去應(yīng)急電源的作用；若容量選擇過大，則初期投資大，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益差。選擇發(fā)電機(jī)容量，應(yīng)按應(yīng)急負(fù)荷、尖峰負(fù)荷、母線允許壓降、使用環(huán)境影響等因素綜合考慮。

2.1 方案或初步設(shè)計(jì)階段容量選擇

在方案或初步設(shè)計(jì)階段，一般按配電變壓器容量估算，發(fā)電機(jī)組容量占配電變壓器（專用變壓器）容量的10%～20%。

2.2 施工圖階段容量選擇

在施工圖階段應(yīng)按應(yīng)急負(fù)荷、尖峰負(fù)荷、母線允許壓降、使用環(huán)境影響等因素綜合考慮，按下述方法計(jì)算并選擇其中容量最大者：

（1）按應(yīng)急負(fù)荷計(jì)算發(fā)電機(jī)容量

式中SG1——按穩(wěn)定負(fù)荷計(jì)算的發(fā)電機(jī)視在功率，kVA；

ηΣ——所帶負(fù)荷的綜合效率，一般取ηΣ=0.82～0.88；

cosφ——發(fā)電機(jī)額定功率因數(shù)，一般取cosφ=0.8；

PΣ——發(fā)電機(jī)總負(fù)荷計(jì)算功率，kW。

（2）按尖峰負(fù)荷計(jì)算發(fā)電機(jī)容量

式中SG2——按尖峰負(fù)荷計(jì)算的發(fā)電機(jī)視在功率，kVA；

P0——Pmmax投運(yùn)前已投入運(yùn)行的負(fù)荷容量，kVA；

COSφ0——P0負(fù)荷的功率因數(shù)；

sinφ0——P0負(fù)荷功率因數(shù)角的正弦；

Pmmax——所投入的最大容量電動(dòng)機(jī)的額定容量，kW；

cosφms——Pmmax電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)功率因數(shù)；

sinφms——Pmmax電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)功率因數(shù)角的正弦；

KG——發(fā)電機(jī)允許短時(shí)過載系數(shù)，一般取KG=1.4～1.6；

β'——相當(dāng)于Pmmax電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的kVA數(shù)與電動(dòng)機(jī)額定容量kW數(shù)的比值。

式中β——電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流倍數(shù)；

ηmn——電動(dòng)機(jī)的額定效率；

cosφmn——Pmmax電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)。

（3）按發(fā)電機(jī)母線允許壓降計(jì)算發(fā)電機(jī)容量

式中SG3——按母線允許壓降計(jì)算的發(fā)電機(jī)視在功率，kVA；

Pm——所投入的最大容量電動(dòng)機(jī)的額定容量，kW；max

Xd——發(fā)電機(jī)瞬態(tài)電抗，一般取Xd=0.2；

△U——發(fā)電機(jī)母線允許電壓降，一般取△U=0.2；

β'值同式（3-2）β'值。

（4）按發(fā)電機(jī)使用環(huán)境影響計(jì)算發(fā)電機(jī)容量

發(fā)電機(jī)的使用容量應(yīng)考慮海拔高度及溫濕度等環(huán)境的影響。柴油發(fā)電機(jī)的額定功率系指外界大氣壓力為101.325 kPa (760mm Hg)、大氣溫度為20℃、相對(duì)濕度為50%的情況下，保證能連續(xù)運(yùn)行12h的功率(包括超負(fù)荷110%運(yùn)行1h)。如連續(xù)運(yùn)行時(shí)間超過12h，則應(yīng)按90%額定功率使用。如氣壓、氣溫、濕度與上述規(guī)定不同，應(yīng)對(duì)柴油發(fā)電機(jī)的額定功率進(jìn)行修正。

Px=aPo

Px——按使用地區(qū)氣象條件修正后的機(jī)組功率，kW；

Po——標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境狀況下的機(jī)組有效功率，kW；

a——功率修正系數(shù)，可參見《內(nèi)燃機(jī)臺(tái)架性能試驗(yàn)方法——標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境狀況及功率，燃油消耗和機(jī)油消耗的標(biāo)定》GB1105.1-87，也可由機(jī)組供貨商配套提供的參數(shù)確定。

3 柴油發(fā)電機(jī)組容量選擇計(jì)算實(shí)例

下面以2012年度注冊(cè)電氣工程師（供配電）資格考試中有關(guān)試題組，對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組容量選擇作計(jì)算分析。

題11-15：某工程設(shè)計(jì)中，一級(jí)負(fù)荷中的特別重要負(fù)荷統(tǒng)計(jì)如下：

給水泵電動(dòng)機(jī)：3臺(tái)（兩用一備），每臺(tái)額定功率45kW，允許斷電時(shí)間5m in；

風(fēng)機(jī)潤滑油泵電動(dòng)機(jī)：共4臺(tái)（三用一備）每臺(tái)額定功率10kW，允許斷電時(shí)間5m in；

應(yīng)急照明安裝容量：50kW，允許斷電時(shí)間5s；

計(jì)算機(jī)控制監(jiān)視系統(tǒng)安裝容量：30kW，允許斷電時(shí)間30s。

上述負(fù)荷中電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流倍數(shù)為7，電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)為0.85，電動(dòng)機(jī)效率為0.92，起動(dòng)時(shí)的功率因數(shù)為0.5，直接但不同時(shí)起動(dòng)，請(qǐng)回答下列問題。

3.1 題13

當(dāng)采用柴油發(fā)電機(jī)為所有負(fù)荷供電時(shí)，發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)為0.8，用電設(shè)備的需要系數(shù)均為0.85，綜合效率均為0.9，按穩(wěn)定負(fù)荷計(jì)算，發(fā)電機(jī)容量為下列哪項(xiàng)？

（A）229 kVA（B）243.2kVA（C）286.1 kVA（D）308.1kVA

計(jì)算分析：

本題為按應(yīng)急負(fù)荷計(jì)算發(fā)電機(jī)容量，即柴油發(fā)電機(jī)為所有負(fù)荷供電時(shí)供電容量的要求。根據(jù)式（3-1）

故發(fā)電機(jī)組容量選擇（B）243.2kVA。

3.2 題14

當(dāng)采用柴油發(fā)電機(jī)作為應(yīng)急電源，最大一臺(tái)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)前，發(fā)電機(jī)已經(jīng)帶有負(fù)載200kVA，功率因數(shù)為0.9，發(fā)電機(jī)短時(shí)過負(fù)載系數(shù)為1.6，那么按短時(shí)過負(fù)荷能力校驗(yàn)，發(fā)電機(jī)的容量約為多少？

（A）329 kVA（B）343.3kVA（C）386.21 kVA（D）553.3kVA

計(jì)算分析：

本題為按尖峰負(fù)荷計(jì)算發(fā)電機(jī)容量，大容量負(fù)荷起動(dòng)或自起動(dòng)時(shí)應(yīng)符合發(fā)電機(jī)的過負(fù)荷能力。發(fā)電機(jī)組起動(dòng)后，大容量電動(dòng)機(jī)投入之前，有些負(fù)荷已經(jīng)投運(yùn)，要綜合考慮大容量電動(dòng)機(jī)負(fù)荷起動(dòng)時(shí)發(fā)電機(jī)的過負(fù)荷情況，此時(shí)，發(fā)電機(jī)的容量計(jì)算根據(jù)式（3-2）

故發(fā)電機(jī)組容量選擇（C）386.21kVA。

3.3 題15

當(dāng)采用柴油發(fā)電機(jī)作為應(yīng)急電源，已知發(fā)電機(jī)為無刷勵(lì)磁，它的瞬變電抗xd=0.2，當(dāng)要求最大電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，滿足發(fā)電機(jī)母線上的電壓不低于80%的額定電壓，則該發(fā)電機(jī)的容量至少應(yīng)該多少？

（A）252 kVA（B）272.75kVA（C）296.47 kVA（D）322.25kVA

計(jì)算分析：

本題為按發(fā)電機(jī)母線允許壓降計(jì)算發(fā)電機(jī)容量。在起動(dòng)大容量電動(dòng)機(jī)時(shí)，在起動(dòng)電流的突然沖擊下，發(fā)電機(jī)內(nèi)阻抗上產(chǎn)生電壓降，而勵(lì)磁系統(tǒng)來不及快速調(diào)壓，使輸出端電壓下降，因此，發(fā)電機(jī)容量必須滿足電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)要求。發(fā)電機(jī)的容量計(jì)算根據(jù)式（3-3）

由題中已知條件

故發(fā)電機(jī)組容量選擇（D）322.25kVA。

該組注冊(cè)電氣工程師考試題，從應(yīng)急負(fù)荷計(jì)算、尖峰負(fù)荷計(jì)算、母線允許壓降計(jì)算三方面出發(fā)，比較全面地考查了電氣工程師正確選擇柴油發(fā)電機(jī)組容量的能力，從理論出發(fā)，貼近工程實(shí)際。

4 結(jié)束語

應(yīng)急電源系統(tǒng)所設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，柴油發(fā)電機(jī)組作為應(yīng)急電源中的一種，已被廣泛采用。電氣工程師應(yīng)立足于國家設(shè)計(jì)規(guī)范綜合考慮，正確選擇機(jī)組容量，確保應(yīng)急電源供電可靠性和工程建設(shè)經(jīng)濟(jì)性，確保設(shè)計(jì)質(zhì)量，最大限度地發(fā)揮柴油發(fā)電機(jī)組的作用，更好地服務(wù)于建筑。

[1]中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)（第三版）[M].北京：中國電力出版社，2005.

[2]陳延鏢.鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計(jì)手冊(cè)（上冊(cè)）[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1996.

[3]住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部工程質(zhì)量安全監(jiān)管司.全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施——電氣[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2009.

[4]中國聯(lián)合工程公司.GB50052-2009供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2009.

On Selection of DieselGenerating SetCapacity from the Case Problems in Registration Exam ination

從柴油發(fā)電機(jī)組容量選擇中的應(yīng)急負(fù)荷計(jì)算、尖峰負(fù)荷計(jì)算、母線允許壓降計(jì)算幾個(gè)關(guān)鍵因素出發(fā)，對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組容量選擇進(jìn)行了探討。

應(yīng)急電源；柴油發(fā)電機(jī)組特點(diǎn)；容量選擇

Based on the several key factors of emergent load calculation,peak load calculation and generatrix allowable pressure descending calculation, theselection ofdieselgenerating setcapacity isdiscussed.

emergency power supply;dieselgenerating setcharacteristics;capacity selection

TM 314

A

1671-9107（2013）11-0067-03

10.3969／j.issn.1671-9107.2013.11.067

2013-09-14

羅萬金（1975-），男，重慶人，本科，高級(jí)工程師，主要從事電氣設(shè)計(jì)工作。