自備柴油發電機組的設計

樊江

【摘 ?要】選用恰當的后備電源來滿足緊急情況下消防負荷及其它重要負荷供電要求，是民用建筑電氣設計中一個不可忽視的問題，目前我們一般采用柴油發電機組作為應急交流電源，那么選用自備柴油發電機組時應注意哪幾方面的問題呢？筆者結合實際工作中遇到的情況闡述了系統設計中的相關計算，并列舉出設計中需要注意的事項。

【關鍵詞】發電機的功率;容量;計算電流;電氣系統的組成;機房布置

1 設置自備應急柴油發電機組的條件：

為保證一級負荷中特別重要的負荷（中斷供電將發生中毒、爆炸和火災等情況的負荷，以及特別重要場所的不允許中斷供電的負荷。）用電時并且允許中斷時間在15s以上（GB50052-2009第3.0.1、第3.0.2、第3.0.3、第3.0.5及JGJ 16-2008第6.1.1.1條）。

1.1.用電負荷為一級，但從市電取得第二電源有困難或技術經濟不合理時。（見JGJ 16-2008第6.1.1.1條）。

1.2.某些建筑有專門要求（如：五星級酒店）。

1.3.所在地區偏僻，遠離電力系統，設置自備電源經濟合理時。（GB50052-2009第4.0.1條）

2 自備柴油發電機組容量的確定和選型：

2.1.發電機的功率：發電機的功率分為額定功率、持續功率和備用功率。

額定功率：在標準環境（外界大氣壓力為101.325kPa、大氣溫度為20℃、相對濕度為50%）的情況下，保證能連續運行12h的功率。

持續功率：在標準環境條件下，能無時間限制連續不間斷的運行的功率。一般為額定功率的90%。

備用功率：在規定環境條件下能短期運行的最大功率。一般為而定功率的110%。按照國際標準，應急柴油發電機在每12h的額定狀態運行中可以允許1h的10%過負荷狀態運行。

2.2.柴油發電機容量選擇：

原則：發電機的持續功率大于或等于負荷計算數值。發電機的備用功率大于負荷的尖峰功率。當有大容量電機啟動時發電機的瞬時壓降不大于允許值的15%～20%。

2.2.1.柴油發電機組所帶的負荷通常有兩種，其一是當發生火災時發電機組必須確保的設備用電（如：噴淋泵、消火栓泵、排煙風機、消防電梯、應急照明等）;另一種是當市電非火災斷電時，發電機組應能滿足一級與部分二級負荷用電，通常有電梯、水泵、高級客房、重要辦公室、公共場所的事故照明及消防中心、保安監控等管理系統用電。根據上述兩種情況分別進行負荷計算取其中較大者作為選擇發電機容量的依據之一。

2.2.2.由于柴油發電機啟動時所帶負荷均為不允許停電的重要設備且大多數設備都滿載運行。因此在負荷計算時扣除備用容量外需要系數可取為1。也就是應急發電機的總容量應大于所必須要供電的復合的總容量。

2.2.3.柴油發電機組的單臺容量還應滿足由其供電的最大容量電動機啟動的需要。

2.2.4.柴油發電機組容量的選擇計算：

在方案階或初步設計階段，可按照下述方法估算選其中容量較大者：

Ⅰ、按建筑面積估算：建筑面積在10000m2以上的建筑按15～20W/m2，建筑面積在10000m2以下的按10～15W/m2。

Ⅱ、按配電變壓器容量估算：占配電變壓器容量的10%～20%。

Ⅲ、按電動機啟動容量估算：當允許發電機端電壓瞬時壓降為20%時，發電機組直接啟動異步電動機的能量為每1kW電動機功率需要5kW的柴油發電機組功率。若電動機降壓啟動或軟啟動，由于啟動電流減少，柴油發電機容量也按照比例減小。

2.2.5.全壓啟動大容量籠式電動機時，母線電壓不低于額定電壓的75%或80%。電動機全壓啟動允許容量取決于發電機的容量和勵磁方式，宜選用高速柴油發電機組和無刷型自動勵磁裝置。

2.2.6.柴油發電機組的選型：

一般選用自動化機組、轉速1500～10000r.p.m、無刷勵磁、400/230V三相四線帶控制屏，主放電設備及公共底盤的、電啟動方式。自動化機組的功率是自啟動、自動調壓、自動調頻、輔助自動控制等。國標GB/T4712-1996《自動化柴油發電機組分級要求》對自動化程度分為三級。

機組的發電機采用無刷勵磁的同步發電機由于沒有碳刷而運行可靠，當與自動電壓調整裝置配套使用時，其靜態電壓調整功率可保證在±2.5%以內。容易實現機組自動化及對發電機遙控，使啟動時間不超過15s。

3 設置柴油發電機應注意的幾個問題：

3.1.應急電源與正常電源之間，應采取防止并列運行的措施。當有特殊要求，應急電源向正常電源轉換需短暫并列運行時，應采取安全運行的措施。（GB5005-2009第4.0.2條）

3.2.當需要容量小于1500kVA時，宜選用單臺機組。當容量為1500～2000kVA時，宜選用兩臺機組。當容量更大時應分散設置發電機房，并深入負荷中心。選用兩臺發電機組時考慮其并列運行的條件。

3.3.宜由柴油發電機組供應商提供電源自動切換柜。以保證在市電斷電15s內啟動并供電。同時要具備3次自啟動功能，總時間不大于30s。在市電恢復后能延時自動停機。

排煙管道引出盡量平直少轉彎，尤其是直角彎，否則排氣阻力增大使得排氣背壓增高會降低發電機的出力。還會由于氣缸內排氣不完全會減少空氣—燃油比，降低經濟性，并使排氣溫度升高。

3.4.排氣管伸出室外處盡量置于噪聲對人員影響小的地方，盡量減少噪聲的反射干擾，注意排放造成的污染，以及預防火災，因為柴油機增壓器出口煙氣溫度可達到500℃左右。

3.5.應設置火災自動報警裝置。

3.6.應急柴油發電機采用中性點工作制，當只有一臺機組時發電機中性點應直接接地，優點是降低了系統內部過電壓倍數，當一相接地后相間電壓為中性點所固定基本不升高，并且中心點直接接地可以使照明和動力由同一發電機母線供電。兩臺及以上發電機并列運行時至少保持一臺發電機中性點接地，以保證220V用電設備供電。發電機組并列運行中線內發生三次諧波環流，這樣會使發電機發熱因而降低出力，為此要采取措施限制環流。

3.7.設在地下室時，要特別注意設備吊裝、搬運和檢修等條件。

4.柴油發電機房布置要點：

民用建筑中一般發電機布置在地下一層。宜靠近一級負荷及變電所，遠離變電所會造成管理不便。設在地下層時不應設在四周無外墻的房間，應至少有一側靠外墻，并要妥善考慮設備吊裝、搬運和檢修等。機房不應設在廁所、浴室或其他可能積水場所的正下方和貼鄰。同時也要避開主要出口通道。

機房內布置尺寸可按《民用建筑電氣設計規范》JGJ 16-2008表6.1.3-1設計。可按3～8小時的燃油量設置日用油箱，當油箱儲油量大于500L時，應設儲油隔間。當儲油量大于1000L時不應設在主體建筑內。機房設在地下一層還要考慮有一個足夠大的排風豎井。

柴油機的廢氣具有噪聲高、震動大、溫度高的特點，通過“帶隔熱的消聲器”排到室外或煙道。煙道要用耐火磚砌筑，若采用混凝土煙道也要耐火磚做內襯。

柴油發電機房除地面外其余各面均安裝吸音材料，房間內壁可用多孔板，在多孔板夾層中均勻填充巖棉即可吸音又隔聲且阻燃。

機房內應設洗手盆和落地洗滌槽。

在采暖地區，冬季機房室內溫度在就地操作時不低于15℃，隔室操作時不宜低于5℃。

參考文獻：

[1] ?任元會 ?《工業與民用建筑電氣設計手冊》第三版

[2] ?劉家嶼 《建筑電氣設計手冊》

[3] ?朱林根 《21世紀建筑電氣設計手冊》

（作者單位：北京維拓時代建筑設計股份有限公司）