民用建筑柴油發電機組容量選擇

林文超

民用建筑柴油發電機組容量選擇

林文超

（深圳機械院建筑設計有限公司，廣東 深圳 518027）

重點探討如何合理、準確地選擇發電機組的容量。在選擇機組容量時，應根據實際工程情況確定合適的功率參數種類，根據公式準確計算并校驗得出機組功率，最后按環境條件對功率進行修正。

民用建筑；柴油發電機組；容量；功率

民用建筑內用電設備能否正常工作，關系著建筑物的整體服務水平，而其中的消防用電設備能否正常工作，關系著居民的人身和財產安全。因此，為確保相關設備的供電可靠性，從市電取得第二電源有困難或技術經濟不合理時，設置柴油發電機組作為備用電源非常必要。

1 柴油發電機組功率種類

柴油發電機組功率類型多種多樣，在進行發電機組容量選擇時，首先要了解所選擇或所需要的是哪一種功率參數。通常柴油發電機組功率會在機組牌上面有明顯標識，常見的有備用功率、常用功率和連續功率等，但這些功率參數沒有統一的標準定義，而且各廠家所標注的功率及對其的定義也不盡相同。

在相關國家規范及標準定義中，柴油發電機組功率種類主要有四種：持續功率、基本功率、限時運行功率以及應急備用功率。持續功率和基本功率的每年運行時間均不受限制，前者通常用于負荷較穩定且需持續供電的場所，后者一般用于負荷多變且需要連續供電的場所。限時運行功率和應急備用功率的每年運行時間均受限，前者不超過500 h，后者不超過200 h。限時運行功率通常用于負荷較穩定但無需長期持續供電的場所，應急備用功率則一般用于市電供電較可靠的場合，提供短時供電和消防負荷供電。

2 柴油發電機組容量選擇的原則

民用建筑電氣設計中，柴油發電機組一般作為備用電源，為消防時的消防負荷和非消防市電停電時的重要負荷提供臨時供電，平時一般不啟動，機組容量選擇太大會造成一次投資成本的浪費，而選擇太小則無法滿足實際使用功能的需求，且后者尤為重要。發電機組能否正常供電、消防設備能否正常運行關系著居民的人身和財產安全，因此，在設計中需要準確地選擇機組的容量。

柴油發電機組容量選擇的原則主要有以下幾點：①柴油發電機組的容量和臺數應根據負荷大小、投入順序以及單臺電動機最大起動容量等因素綜合確定。如果負荷較大，可以采用多機并列運行或分區供電。②柴油發電機組容量要滿足電動機自啟動時母線最低電壓，不得低于額定電壓的75%，當有電梯負荷時，不得低于額定電壓的80%，當電壓不能滿足要求時，可在運行情況允許的條件下將負荷分批啟動。③在滿足上述原則的前提下盡可能保證經濟合理。

3 柴油發電機組容量的計算

在方案設計階段和初步設計階段，一般按以下兩種方法進行估算，并取其中較大者：①按總建筑面積估算，總建筑面積在10 000 m2以上按15～20 W/m2估算，總建筑面積在10 000 m2以下按10～15 W/m2估算；②按變壓器總安裝容量估算，機組容量可按配電變壓器總容量的10%～20%進行估算，建筑物規模大時取下限，規模小時取上限。

在施工圖設計階段，應根據消防負荷及一、二級重要負荷的容量，按機組供電范圍內的總設備容量（穩定負荷）計算發電機容量，同時根據最大一臺或一組電動機啟動的需要、啟動電動機時母線允許電壓降、柴油發電機房內儲油量，對發電機容量進行計算校驗。

3.1 按穩定負荷計算發電機容量

發電機容量的計算，首先要滿足穩定負荷的需要。根據柴油發電機組的供電范圍，在進行穩定負荷計算時，需同時考慮消防時設備運行的情況和非消防市電停電時設備運行的情況，分別計算并取其中較大者。

消防救助時，僅消防設備投入運行，此時消防負荷包括消防水泵、防排煙風機、防火卷簾、消防電梯、應急照明等，需要注意的是消防時并非所有消防設備都同時運行，消防負荷計算時不能同時計入。火災急救時，消防泵必須運行，但其他消防負荷是否投入運行則根據發生火災的區域來確定，應以最不利區域發生火災時同時投入運行的消防設備來進行消防負荷計算。例如，某工程中，多個塔樓共用一個大地下室，最不利區域為某塔樓核心筒地下室，在進行消防負荷計算時，除消防泵、消防控制室等固定負荷外，只需考慮計入最不利區域所在地下室防火分區及相鄰防火分區，以及最不利區域所在塔樓的消防負荷即可。

非消防救助時停電，應保證正常運行的負荷，除應急照明、消防電梯、風機等平時與消防兼用的負荷外，還應考慮客梯、生活給水泵及電子信息系統設備等一、二級重要負荷。

根據以上消防救助時設備運行的情況和非消防救助市電停電時設備運行的情況，可以分別按以下公式計算發電機容量：

式（1）中：G為發電機組的功率，kW；C為可靠系數，一般取1.1～1.2；j為按消防時和非消防市電停電時計算的負荷容量，kW；為不均勻系數（機組并聯運行），通常為0.9，單臺機組時取1；i為單個或單組負荷的需要系數；i為單個或單組負荷功率，kW。

3.2 根據最大一臺或一組電動機啟動的需要，計算校驗發電機容量

按上述穩定負荷計算發電機容量后，還需要根據最大一臺或一組電動機啟動的需要，對發電機的容量進行第一次校驗，校驗公式為：

G≥m×m+0（2）

式（2）中：m為最大一臺或一組電動機的最小啟動倍數，如表1所示；m為最大一臺或一組電動機的額定功率，kW；0為在最大一臺或一組電動機啟動前，發電機已帶負荷容量，kW。

表1 發電機組供電負荷中最大單臺電動機的最小啟動倍數（）

電動機啟動方式全壓啟動Y-△啟動自耦變壓器啟動 0.65Uc0.8Uc 母線允許電壓降20%5.51.92.43.6 15%72.334.5 10%7.82.63.35

根據式（2），得出不同母線允許電壓降下啟動最大單臺電動機所需要的發電機組最小容量，為了便于參考，以民用建筑常見的幾種大功率的電動機為例，按母線允許瞬時壓降為15%和20%。

計算結果如表2和表3所示。

表2 母線允許瞬時壓降為15%時啟動最大單臺電動機所需發電機組最小容量

發電機組最小容量/kW 最大的單臺電動機額定功率/kW啟動方式預接負荷占發電機容量比例 0%30%50%70% 22全壓啟動154220308513 Y-△啟動5172101169 自耦變壓器啟動0.65Uc6694132220 0.8Uc99141198330 30全壓啟動210300420700 Y-△啟動6999138230 自耦變壓器啟動0.65Uc90129180300 0.8Uc135193270450 55全壓啟動3855507701 283 Y-△啟動127181253422 自耦變壓器啟動0.65Uc165236330550 0.8Uc248354495825 75全壓啟動5257501 0501 750 Y-△啟動173246345575 自耦變壓器啟動0.65Uc225321450750 0.8Uc3384826751 125 110全壓啟動7701 1001 5402 567 Y-△啟動253361506843 自耦變壓器啟動0.65Uc3304716601 100 0.8Uc4957079901 650 160全壓啟動1 1201 6002 2403 733 Y-△啟動3685267361 227 自耦變壓器啟動0.65Uc4806869601 600 0.8Uc7201 0291 4402 400

表3 母線允許瞬時壓降為20%時啟動最大單臺電動機所需發電機組最小容量

發電機組最小容量/kW 最大的單臺電動機額定功率/kW啟動方式預接負荷占發電機容量比例 0%30%50%70% 22全壓啟動121173242403 Y-△啟動426084139 自耦變壓器啟動0.65Uc5375106176 0.8Uc79113158264 30全壓啟動165236330550 Y-△啟動5781114190 自耦變壓器啟動0.65Uc72103144240 0.8Uc108154216360 55全壓啟動3034326051 008 Y-△啟動105149209348 自耦變壓器啟動0.65Uc132189264440 0.8Uc198283396660 75全壓啟動4135898251 375 Y-△啟動143204285475 自耦變壓器啟動0.65Uc180257360600 0.8Uc270386540900 110全壓啟動6058641 2102 017 Y-△啟動209299418697 自耦變壓器啟動0.65Uc264377528880 0.8Uc3965667921 320 160全壓啟動8801 2571 7602 933 Y-△啟動3044346081 013 自耦變壓器啟動0.65Uc3845497681 280 0.8Uc5768231 1521 920

3.3 按啟動電動機時母線允許電壓降計算校驗發電機容量

通過上述計算和第一次校驗后，還需要按啟動電動機時母線允許電壓降，對發電機的容量進行第二次校驗，校驗公式為：

套入數值，式（3）可簡化為：

G≥n×××0.8 （4）

式（3）、式（4）適用于柴油發電機與應急負荷距離很近的情況，當兩者距離較長時，還需要考慮兩者之間配電線路壓降的影響。

3.4 按柴油發電機房內儲油量，校驗發電機容量

除了上述計算及校驗外，柴油發電機房內儲油量也會對機組的容量造成影響。按《建筑設計防火規范》要求，柴油發電機房內儲油量不應大于1 m3；按《消防給水及消火栓系統技術規范》要求，民用建筑火災延續時間為2 h或3 h。因此，1 m3的儲油量應能滿足發電機持續供電2 h或3 h的需求，否則需要額外設置室外油庫及供油管道，增加系統復雜性及降低可靠性。為了便于參考，根據多家廠家機組設備參數，取其中最大值并取整，統計了常見機組功率對應的耗油量，如表4所示。

由表4可知，發電機房內1 m3的儲油量如果需滿足持續供電3 h的需求，則機房內設單臺發電機組容量不宜大于1 280 kW。

表4 常見發電機組耗油量

發電機組容量/kW4005206408801 0001 2801 600 耗油量/（L/h）110135180250290330430

4 柴油發電機組容量的校正

柴油發電機組的額定功率一般指標準環境（大氣壓力為100 kPa、大氣溫度為25 ℃、空氣相對濕度為30%）下的功率，當外界環境條件不同時，則需要按修正系數進行校正，即實際功率=額定功率×。修正系數可詳見相關標準圖集或具體發電機組樣本說明等，此處不再贅述。

5 結語

綜上可知，在選擇機組容量時，首先應根據實際工程情況確定合適的功率參數種類，再根據公式準確計算并校驗得出機組功率，最后按環境條件對功率進行修正，最終實現對柴油發電機組容量的正確選擇。

［1］楊俊智，張洪戰，王忠華，等.GB/T 2820.1—2009 往復式內燃機驅動的交流發電機組第1部分：用途、定額和性能［S］.北京：中國標準出版社，2009.

［2］倪照鵬，劉激揚，王宗存，等.GB 50016—2014（2018版）建筑設計防火規范［S］.北京：中國計劃出版社，2019.

［3］黃曉家，馬恒，曾杰，等.GB 50974—2014 消防給水及消火栓系統技術規范［S］.北京：中國計劃出版社，2014.

［4］王金元，洪元頤，溫伯銀，等.JGJ 16—2008 民用建筑電氣設計規范［S］.北京：中國建筑工業出版社，2008.

［5］中國航空規劃設計研究總院有限公司.工業與民用供配電設計手冊［M］.4版.北京：中國電力出版社，2005.

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10.15913/j.cnki.kjycx.2019.15.002

2095－6835（2019）15－0003－03

〔編輯：嚴麗琴〕