自備柴油發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)

樊江

【摘 ?要】選用恰當(dāng)?shù)暮髠潆娫磥頋M足緊急情況下消防負(fù)荷及其它重要負(fù)荷供電要求，是民用建筑電氣設(shè)計(jì)中一個(gè)不可忽視的問題，目前我們一般采用柴油發(fā)電機(jī)組作為應(yīng)急交流電源，那么選用自備柴油發(fā)電機(jī)組時(shí)應(yīng)注意哪幾方面的問題呢？筆者結(jié)合實(shí)際工作中遇到的情況闡述了系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的相關(guān)計(jì)算，并列舉出設(shè)計(jì)中需要注意的事項(xiàng)。

【關(guān)鍵詞】發(fā)電機(jī)的功率;容量;計(jì)算電流;電氣系統(tǒng)的組成;機(jī)房布置

1 設(shè)置自備應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的條件：

為保證一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷（中斷供電將發(fā)生中毒、爆炸和火災(zāi)等情況的負(fù)荷，以及特別重要場(chǎng)所的不允許中斷供電的負(fù)荷。）用電時(shí)并且允許中斷時(shí)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(fù)荷為一級(jí)，但從市電取得第二電源有困難或技術(shù)經(jīng)濟(jì)不合理時(shí)。（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(jí)酒店）。

1.3.所在地區(qū)偏僻，遠(yuǎn)離電力系統(tǒng)，設(shè)置自備電源經(jīng)濟(jì)合理時(shí)。（GB50052-2009第4.0.1條）

2 自備柴油發(fā)電機(jī)組容量的確定和選型：

2.1.發(fā)電機(jī)的功率：發(fā)電機(jī)的功率分為額定功率、持續(xù)功率和備用功率。

額定功率：在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境（外界大氣壓力為101.325kPa、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。

持續(xù)功率：在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下，能無時(shí)間限制連續(xù)不間斷的運(yùn)行的功率。一般為額定功率的90%。

備用功率：在規(guī)定環(huán)境條件下能短期運(yùn)行的最大功率。一般為而定功率的110%。按照國際標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)在每12h的額定狀態(tài)運(yùn)行中可以允許1h的10%過負(fù)荷狀態(tài)運(yùn)行。

2.2.柴油發(fā)電機(jī)容量選擇：

原則：發(fā)電機(jī)的持續(xù)功率大于或等于負(fù)荷計(jì)算數(shù)值。發(fā)電機(jī)的備用功率大于負(fù)荷的尖峰功率。當(dāng)有大容量電機(jī)啟動(dòng)時(shí)發(fā)電機(jī)的瞬時(shí)壓降不大于允許值的15%～20%。

2.2.1.柴油發(fā)電機(jī)組所帶的負(fù)荷通常有兩種，其一是當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)發(fā)電機(jī)組必須確保的設(shè)備用電（如：噴淋泵、消火栓泵、排煙風(fēng)機(jī)、消防電梯、應(yīng)急照明等）;另一種是當(dāng)市電非火災(zāi)斷電時(shí)，發(fā)電機(jī)組應(yīng)能滿足一級(jí)與部分二級(jí)負(fù)荷用電，通常有電梯、水泵、高級(jí)客房、重要辦公室、公共場(chǎng)所的事故照明及消防中心、保安監(jiān)控等管理系統(tǒng)用電。根據(jù)上述兩種情況分別進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算取其中較大者作為選擇發(fā)電機(jī)容量的依據(jù)之一。

2.2.2.由于柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)所帶負(fù)荷均為不允許停電的重要設(shè)備且大多數(shù)設(shè)備都滿載運(yùn)行。因此在負(fù)荷計(jì)算時(shí)扣除備用容量外需要系數(shù)可取為1。也就是應(yīng)急發(fā)電機(jī)的總?cè)萘繎?yīng)大于所必須要供電的復(fù)合的總?cè)萘俊?/p>

2.2.3.柴油發(fā)電機(jī)組的單臺(tái)容量還應(yīng)滿足由其供電的最大容量電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的需要。

2.2.4.柴油發(fā)電機(jī)組容量的選擇計(jì)算：

在方案階或初步設(shè)計(jì)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(dòng)機(jī)啟動(dòng)容量估算：當(dāng)允許發(fā)電機(jī)端電壓瞬時(shí)壓降為20%時(shí)，發(fā)電機(jī)組直接啟動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)的能量為每1kW電動(dòng)機(jī)功率需要5kW的柴油發(fā)電機(jī)組功率。若電動(dòng)機(jī)降壓啟動(dòng)或軟啟動(dòng)，由于啟動(dòng)電流減少，柴油發(fā)電機(jī)容量也按照比例減小。

2.2.5.全壓啟動(dòng)大容量籠式電動(dòng)機(jī)時(shí)，母線電壓不低于額定電壓的75%或80%。電動(dòng)機(jī)全壓啟動(dòng)允許容量取決于發(fā)電機(jī)的容量和勵(lì)磁方式，宜選用高速柴油發(fā)電機(jī)組和無刷型自動(dòng)勵(lì)磁裝置。

2.2.6.柴油發(fā)電機(jī)組的選型：

一般選用自動(dòng)化機(jī)組、轉(zhuǎn)速1500～10000r.p.m、無刷勵(lì)磁、400/230V三相四線帶控制屏，主放電設(shè)備及公共底盤的、電啟動(dòng)方式。自動(dòng)化機(jī)組的功率是自啟動(dòng)、自動(dòng)調(diào)壓、自動(dòng)調(diào)頻、輔助自動(dòng)控制等。國標(biāo)GB/T4712-1996《自動(dòng)化柴油發(fā)電機(jī)組分級(jí)要求》對(duì)自動(dòng)化程度分為三級(jí)。

機(jī)組的發(fā)電機(jī)采用無刷勵(lì)磁的同步發(fā)電機(jī)由于沒有碳刷而運(yùn)行可靠，當(dāng)與自動(dòng)電壓調(diào)整裝置配套使用時(shí)，其靜態(tài)電壓調(diào)整功率可保證在±2.5%以內(nèi)。容易實(shí)現(xiàn)機(jī)組自動(dòng)化及對(duì)發(fā)電機(jī)遙控，使啟動(dòng)時(shí)間不超過15s。

3 設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)應(yīng)注意的幾個(gè)問題：

3.1.應(yīng)急電源與正常電源之間，應(yīng)采取防止并列運(yùn)行的措施。當(dāng)有特殊要求，應(yīng)急電源向正常電源轉(zhuǎn)換需短暫并列運(yùn)行時(shí)，應(yīng)采取安全運(yùn)行的措施。（GB5005-2009第4.0.2條）

3.2.當(dāng)需要容量小于1500kVA時(shí)，宜選用單臺(tái)機(jī)組。當(dāng)容量為1500～2000kVA時(shí)，宜選用兩臺(tái)機(jī)組。當(dāng)容量更大時(shí)應(yīng)分散設(shè)置發(fā)電機(jī)房，并深入負(fù)荷中心。選用兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組時(shí)考慮其并列運(yùn)行的條件。

3.3.宜由柴油發(fā)電機(jī)組供應(yīng)商提供電源自動(dòng)切換柜。以保證在市電斷電15s內(nèi)啟動(dòng)并供電。同時(shí)要具備3次自啟動(dòng)功能，總時(shí)間不大于30s。在市電恢復(fù)后能延時(shí)自動(dòng)停機(jī)。

排煙管道引出盡量平直少轉(zhuǎn)彎，尤其是直角彎，否則排氣阻力增大使得排氣背壓增高會(huì)降低發(fā)電機(jī)的出力。還會(huì)由于氣缸內(nèi)排氣不完全會(huì)減少空氣—燃油比，降低經(jīng)濟(jì)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(duì)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(yù)防火災(zāi)，因?yàn)椴裼蜋C(jī)增壓器出口煙氣溫度可達(dá)到500℃左右。

3.5.應(yīng)設(shè)置火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警裝置。

3.6.應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)采用中性點(diǎn)工作制，當(dāng)只有一臺(tái)機(jī)組時(shí)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)應(yīng)直接接地，優(yōu)點(diǎn)是降低了系統(tǒng)內(nèi)部過電壓倍數(shù)，當(dāng)一相接地后相間電壓為中性點(diǎn)所固定基本不升高，并且中心點(diǎn)直接接地可以使照明和動(dòng)力由同一發(fā)電機(jī)母線供電。兩臺(tái)及以上發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行時(shí)至少保持一臺(tái)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地，以保證220V用電設(shè)備供電。發(fā)電機(jī)組并列運(yùn)行中線內(nèi)發(fā)生三次諧波環(huán)流，這樣會(huì)使發(fā)電機(jī)發(fā)熱因而降低出力，為此要采取措施限制環(huán)流。

3.7.設(shè)在地下室時(shí)，要特別注意設(shè)備吊裝、搬運(yùn)和檢修等條件。

4.柴油發(fā)電機(jī)房布置要點(diǎn)：

民用建筑中一般發(fā)電機(jī)布置在地下一層。宜靠近一級(jí)負(fù)荷及變電所，遠(yuǎn)離變電所會(huì)造成管理不便。設(shè)在地下層時(shí)不應(yīng)設(shè)在四周無外墻的房間，應(yīng)至少有一側(cè)靠外墻，并要妥善考慮設(shè)備吊裝、搬運(yùn)和檢修等。機(jī)房不應(yīng)設(shè)在廁所、浴室或其他可能積水場(chǎng)所的正下方和貼鄰。同時(shí)也要避開主要出口通道。

機(jī)房內(nèi)布置尺寸可按《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ 16-2008表6.1.3-1設(shè)計(jì)?？砂?～8小時(shí)的燃油量設(shè)置日用油箱，當(dāng)油箱儲(chǔ)油量大于500L時(shí)，應(yīng)設(shè)儲(chǔ)油隔間。當(dāng)儲(chǔ)油量大于1000L時(shí)不應(yīng)設(shè)在主體建筑內(nèi)。機(jī)房設(shè)在地下一層還要考慮有一個(gè)足夠大的排風(fēng)豎井。

柴油機(jī)的廢氣具有噪聲高、震動(dòng)大、溫度高的特點(diǎn)，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(nèi)襯。

柴油發(fā)電機(jī)房除地面外其余各面均安裝吸音材料，房間內(nèi)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(jī)房內(nèi)應(yīng)設(shè)洗手盆和落地洗滌槽。

在采暖地區(qū)，冬季機(jī)房室內(nèi)溫度在就地操作時(shí)不低于15℃，隔室操作時(shí)不宜低于5℃。

參考文獻(xiàn)：

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[3] ?朱林根 《21世紀(jì)建筑電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)》

（作者單位：北京維拓時(shí)代建筑設(shè)計(jì)股份有限公司）