民用建筑柴油發(fā)電機(jī)組容量選擇

林文超

民用建筑柴油發(fā)電機(jī)組容量選擇

林文超

（深圳機(jī)械院建筑設(shè)計有限公司，廣東 深圳 518027）

重點(diǎn)探討如何合理、準(zhǔn)確地選擇發(fā)電機(jī)組的容量。在選擇機(jī)組容量時，應(yīng)根據(jù)實際工程情況確定合適的功率參數(shù)種類，根據(jù)公式準(zhǔn)確計算并校驗得出機(jī)組功率，最后按環(huán)境條件對功率進(jìn)行修正。

民用建筑；柴油發(fā)電機(jī)組；容量；功率

民用建筑內(nèi)用電設(shè)備能否正常工作，關(guān)系著建筑物的整體服務(wù)水平，而其中的消防用電設(shè)備能否正常工作，關(guān)系著居民的人身和財產(chǎn)安全。因此，為確保相關(guān)設(shè)備的供電可靠性，從市電取得第二電源有困難或技術(shù)經(jīng)濟(jì)不合理時，設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組作為備用電源非常必要。

1 柴油發(fā)電機(jī)組功率種類

柴油發(fā)電機(jī)組功率類型多種多樣，在進(jìn)行發(fā)電機(jī)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(shù)。通常柴油發(fā)電機(jī)組功率會在機(jī)組牌上面有明顯標(biāo)識，常見的有備用功率、常用功率和連續(xù)功率等，但這些功率參數(shù)沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)定義，而且各廠家所標(biāo)注的功率及對其的定義也不盡相同。

在相關(guān)國家規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)定義中，柴油發(fā)電機(jī)組功率種類主要有四種：持續(xù)功率、基本功率、限時運(yùn)行功率以及應(yīng)急備用功率。持續(xù)功率和基本功率的每年運(yùn)行時間均不受限制，前者通常用于負(fù)荷較穩(wěn)定且需持續(xù)供電的場所，后者一般用于負(fù)荷多變且需要連續(xù)供電的場所。限時運(yùn)行功率和應(yīng)急備用功率的每年運(yùn)行時間均受限，前者不超過500 h，后者不超過200 h。限時運(yùn)行功率通常用于負(fù)荷較穩(wěn)定但無需長期持續(xù)供電的場所，應(yīng)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(fù)荷供電。

2 柴油發(fā)電機(jī)組容量選擇的原則

民用建筑電氣設(shè)計中，柴油發(fā)電機(jī)組一般作為備用電源，為消防時的消防負(fù)荷和非消防市電停電時的重要負(fù)荷提供臨時供電，平時一般不啟動，機(jī)組容量選擇太大會造成一次投資成本的浪費(fèi)，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(fā)電機(jī)組能否正常供電、消防設(shè)備能否正常運(yùn)行關(guān)系著居民的人身和財產(chǎn)安全，因此，在設(shè)計中需要準(zhǔn)確地選擇機(jī)組的容量。

柴油發(fā)電機(jī)組容量選擇的原則主要有以下幾點(diǎn)：①柴油發(fā)電機(jī)組的容量和臺數(shù)應(yīng)根據(jù)負(fù)荷大小、投入順序以及單臺電動機(jī)最大起動容量等因素綜合確定。如果負(fù)荷較大，可以采用多機(jī)并列運(yùn)行或分區(qū)供電。②柴油發(fā)電機(jī)組容量要滿足電動機(jī)自啟動時母線最低電壓，不得低于額定電壓的75%，當(dāng)有電梯負(fù)荷時，不得低于額定電壓的80%，當(dāng)電壓不能滿足要求時，可在運(yùn)行情況允許的條件下將負(fù)荷分批啟動。③在滿足上述原則的前提下盡可能保證經(jīng)濟(jì)合理。

3 柴油發(fā)電機(jī)組容量的計算

在方案設(shè)計階段和初步設(shè)計階段，一般按以下兩種方法進(jìn)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(jī)組容量可按配電變壓器總?cè)萘康?0%～20%進(jìn)行估算，建筑物規(guī)模大時取下限，規(guī)模小時取上限。

在施工圖設(shè)計階段，應(yīng)根據(jù)消防負(fù)荷及一、二級重要負(fù)荷的容量，按機(jī)組供電范圍內(nèi)的總設(shè)備容量（穩(wěn)定負(fù)荷）計算發(fā)電機(jī)容量，同時根據(jù)最大一臺或一組電動機(jī)啟動的需要、啟動電動機(jī)時母線允許電壓降、柴油發(fā)電機(jī)房內(nèi)儲油量，對發(fā)電機(jī)容量進(jìn)行計算校驗。

3.1 按穩(wěn)定負(fù)荷計算發(fā)電機(jī)容量

發(fā)電機(jī)容量的計算，首先要滿足穩(wěn)定負(fù)荷的需要。根據(jù)柴油發(fā)電機(jī)組的供電范圍，在進(jìn)行穩(wěn)定負(fù)荷計算時，需同時考慮消防時設(shè)備運(yùn)行的情況和非消防市電停電時設(shè)備運(yùn)行的情況，分別計算并取其中較大者。

消防救助時，僅消防設(shè)備投入運(yùn)行，此時消防負(fù)荷包括消防水泵、防排煙風(fēng)機(jī)、防火卷簾、消防電梯、應(yīng)急照明等，需要注意的是消防時并非所有消防設(shè)備都同時運(yùn)行，消防負(fù)荷計算時不能同時計入。火災(zāi)急救時，消防泵必須運(yùn)行，但其他消防負(fù)荷是否投入運(yùn)行則根據(jù)發(fā)生火災(zāi)的區(qū)域來確定，應(yīng)以最不利區(qū)域發(fā)生火災(zāi)時同時投入運(yùn)行的消防設(shè)備來進(jìn)行消防負(fù)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(qū)域為某塔樓核心筒地下室，在進(jìn)行消防負(fù)荷計算時，除消防泵、消防控制室等固定負(fù)荷外，只需考慮計入最不利區(qū)域所在地下室防火分區(qū)及相鄰防火分區(qū)，以及最不利區(qū)域所在塔樓的消防負(fù)荷即可。

非消防救助時停電，應(yīng)保證正常運(yùn)行的負(fù)荷，除應(yīng)急照明、消防電梯、風(fēng)機(jī)等平時與消防兼用的負(fù)荷外，還應(yīng)考慮客梯、生活給水泵及電子信息系統(tǒng)設(shè)備等一、二級重要負(fù)荷。

根據(jù)以上消防救助時設(shè)備運(yùn)行的情況和非消防救助市電停電時設(shè)備運(yùn)行的情況，可以分別按以下公式計算發(fā)電機(jī)容量：

式（1）中：G為發(fā)電機(jī)組的功率，kW；C為可靠系數(shù)，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(fù)荷容量，kW；為不均勻系數(shù)（機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行），通常為0.9，單臺機(jī)組時取1；i為單個或單組負(fù)荷的需要系數(shù)；i為單個或單組負(fù)荷功率，kW。

3.2 根據(jù)最大一臺或一組電動機(jī)啟動的需要，計算校驗發(fā)電機(jī)容量

按上述穩(wěn)定負(fù)荷計算發(fā)電機(jī)容量后，還需要根據(jù)最大一臺或一組電動機(jī)啟動的需要，對發(fā)電機(jī)的容量進(jìn)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(jī)的最小啟動倍數(shù)，如表1所示；m為最大一臺或一組電動機(jī)的額定功率，kW；0為在最大一臺或一組電動機(jī)啟動前，發(fā)電機(jī)已帶負(fù)荷容量，kW。

表1 發(fā)電機(jī)組供電負(fù)荷中最大單臺電動機(jī)的最小啟動倍數(shù)（）

電動機(jī)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(jù)式（2），得出不同母線允許電壓降下啟動最大單臺電動機(jī)所需要的發(fā)電機(jī)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(jī)為例，按母線允許瞬時壓降為15%和20%。

計算結(jié)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(jī)所需發(fā)電機(jī)組最小容量

發(fā)電機(jī)組最小容量/kW 最大的單臺電動機(jī)額定功率/kW啟動方式預(yù)接負(fù)荷占發(fā)電機(jī)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(jī)所需發(fā)電機(jī)組最小容量

發(fā)電機(jī)組最小容量/kW 最大的單臺電動機(jī)額定功率/kW啟動方式預(yù)接負(fù)荷占發(fā)電機(jī)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(jī)時母線允許電壓降計算校驗發(fā)電機(jī)容量

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

套入數(shù)值，式（3）可簡化為：

G≥n×××0.8 （4）

式（3）、式（4）適用于柴油發(fā)電機(jī)與應(yīng)急負(fù)荷距離很近的情況，當(dāng)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(fā)電機(jī)房內(nèi)儲油量，校驗發(fā)電機(jī)容量

除了上述計算及校驗外，柴油發(fā)電機(jī)房內(nèi)儲油量也會對機(jī)組的容量造成影響。按《建筑設(shè)計防火規(guī)范》要求，柴油發(fā)電機(jī)房內(nèi)儲油量不應(yīng)大于1 m3；按《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》要求，民用建筑火災(zāi)延續(xù)時間為2 h或3 h。因此，1 m3的儲油量應(yīng)能滿足發(fā)電機(jī)持續(xù)供電2 h或3 h的需求，否則需要額外設(shè)置室外油庫及供油管道，增加系統(tǒng)復(fù)雜性及降低可靠性。為了便于參考，根據(jù)多家廠家機(jī)組設(shè)備參數(shù)，取其中最大值并取整，統(tǒng)計了常見機(jī)組功率對應(yīng)的耗油量，如表4所示。

由表4可知，發(fā)電機(jī)房內(nèi)1 m3的儲油量如果需滿足持續(xù)供電3 h的需求，則機(jī)房內(nèi)設(shè)單臺發(fā)電機(jī)組容量不宜大于1 280 kW。

表4 常見發(fā)電機(jī)組耗油量

發(fā)電機(jī)組容量/kW4005206408801 0001 2801 600 耗油量/（L/h）110135180250290330430

4 柴油發(fā)電機(jī)組容量的校正

柴油發(fā)電機(jī)組的額定功率一般指標(biāo)準(zhǔn)環(huán)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(dāng)外界環(huán)境條件不同時，則需要按修正系數(shù)進(jìn)行校正，即實際功率=額定功率×。修正系數(shù)可詳見相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)圖集或具體發(fā)電機(jī)組樣本說明等，此處不再贅述。

5 結(jié)語

綜上可知，在選擇機(jī)組容量時，首先應(yīng)根據(jù)實際工程情況確定合適的功率參數(shù)種類，再根據(jù)公式準(zhǔn)確計算并校驗得出機(jī)組功率，最后按環(huán)境條件對功率進(jìn)行修正，最終實現(xiàn)對柴油發(fā)電機(jī)組容量的正確選擇。

［1］楊俊智，張洪戰(zhàn)，王忠華，等.GB/T 2820.1—2009 往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動的交流發(fā)電機(jī)組第1部分：用途、定額和性能［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

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A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.15.002

2095－6835（2019）15－0003－03

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕