自备柴油发电机组容量选择教学教材.doc

自备柴油发电机组容量选择

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自备柴油发电机组容量选择

摘要：自备柴油发电机组是民用建筑中常用的应急电源和备用电源，本文结合工程实例，谈民用建筑中自备柴油发电机组的容量选择相关问题。
关键词：自备柴油发电机组 负荷分级 重要负荷 消防负荷 重要的非消防负荷单台电动机的最大起动容量 容许电压降 发电机环境条件的功率修正
1. 引言
　　现代建筑中，选择柴油发电机组作为应急电源和备用电源，已属司空见惯；本文将联系工程实际，计算发电机容量，对整个阶段进行阐述。
2. 负荷分级及供电措施的相关知识
民用建筑电气负荷，根据建筑物在政治、经济上的重要性或用电设备对供电可靠性的要求分为三级。即一级负荷、二级负荷、三级负荷。
2.1符合下列情况之一时，应为一级负荷：
a.中断供电将造成人身伤亡时。
b.中断供电将在政治、经济上造成重大损失时。例如：重大设备损坏、重大产品报废、用重要原料生产的产品大量报废、国民经济中重点企业的连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复等。
c.中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作。例如：重要交通枢纽、重要通信枢纽、重要宾馆、大型体育场馆、经常用于国际活动的大量人员集中的公共场所等用电单位中的重要电力负荷。
在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，应视为特别重要的负荷。
一级负荷应由两个电源供电；当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。一级负荷中特别重要的负荷，除由两个电源供电外，尚应增设应急电源，并严禁将其它负荷接入应急供电系统。
根据允许中断供电的时间可分别选择下列应急电源：
a.允许中断供电时间为15s以上的供电，可选用快速自起动的发电机组。
b.自投装置的动作时间能满足允许中断供电时间的，可选用带有自动投入装置的独立于正常电源的专用馈电线路。
c.允许中断供电时间为毫秒级的供电，可选用蓄电池静止型不间断供电装置、蓄电池机械贮能电机型不间断供电装置或柴油机不间断供电装置。
应急电源的工作时间，应按生产技术上要求的停车时间考虑。
2.2符合下列情况之一时，应为二级负荷：
a.中断供电将在政治、经济上造成较大损失时。例如：主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量减产等。
b.中断供电将影响重要用电单位的正常工作。例如：交通枢纽、通信枢纽等用电单位中的重要电力负荷，以及中断供电将造成大型影剧院、大型商场等较多人员集中的重要的公共场所秩序混乱。
二级负荷的供电系统，宜由两回线路供电。在负荷较小或地区供电条件困难时，二级负荷可由一回6kV及以上专用的架空线路或电缆供电。当采用架空线时，可为一回架空线供电；当采用电缆线路时，应采用两根电缆组成的线路供电其每根电缆应能承受100%的二级负荷。当设置自备柴油发电机较从电力系统取得第二电源经济合理时，可采用柴油发电机供电。
2.3不属于一级和二级负荷者应为三级负荷。三级负荷采用单回路供电，对供电无特殊要求。
综上，自备柴油发电机组的设置，应根据用户负荷等级及城市电网的供电可靠性确定。
3. 自备柴油发电机组容量选择
3.1机组的容量与台数根据重要负荷的大小和投入顺序以及单台电动机的最大起动容量等因素综合考虑确定。由于单机容量小，有可能满足不了电动机的起动要求。一般当容量不超过800kW时，选用单机为好，当容量在800kW以上时，宜选择两台，且两台机组的各种物理参数应相同，便于机组并车运行
3.2 施工图时按下述方法选择最大者作为选择容量
3.2.1按重要负荷计算发电机容量。
（公式1）
其中 ——总负荷（kW）；
——每个或每组负荷容量（kW）；
——每个或每组负荷的效率；
——总负荷的计算效率；
——负荷率；
——发电机额定功率因数，可取0.8。
发电机容量首先要满足稳定计算负荷需要，这包括消防负荷和重要的非消防负荷两部分。在民用建筑中，设置柴油发电机组，通常首先是作为消防用电设备的备用电源。市电停电，即联锁开启发电机组。但市电停电概率远大于火灾概率，开启机组并不就意味着火灾发生。非消防时，开启的发电机组仅仅负担应急照明等小部分负荷，若对其他非消防的重要负荷（属三类负荷时的生活泵、客梯、裙房照明等，称为重要的非消防负荷）无法顾及，则必将造成机组空置、资源浪费。为此，进行低压配电系统图设计时，在满足火灾时消防负荷需要的前提下，还必须考虑停电而非火灾时，发电机对重要的非消防负荷的供电。一种做法是，征得业主同意，将重要的非消防负荷集中挂接在发电机应急母线段上，消防时，由火灾信号将重要的非消防负荷的总开关分励脱扣。设计时，应分别计算消防负荷和重要的非消防负荷，以二者较大值作为确定发电机组容量的依据，但同时满足消防部门及建设方的相应要求。另一种做法是设计时，根据消防负荷和重要的非消防负荷总容量选择发电机，既能满足非消防时重要的非消防负荷用电需要，又能保证消防时消防负荷及重要的非消防负荷工作需要。
消防负荷如何正确计算应引起重视。大中型民用建筑，往往由地下室、裙房及数个塔楼组成，包含了多个防火防烟分区。确定发电机容量、进行消防负荷计算时，不能盲目地将所有消防用电设备同时计入。推荐的计算原则是，征得消防局主管部门同意时，防排烟风机负荷可以只考虑两个最大防烟分区的消防风机负荷总量，消防泵作为固定负荷必须计入。而消防电梯、应急照明、防火卷帘等消防负荷计入多少，则要视其在某防火分区火灾时投入服务的负荷大小而定。尤其注意的是应急照明应为：本着火防火分区、本着火层的相邻防火分区外，还加上着火层上、下层的相邻防火分区。地下室发生火灾时包括地下各层及首层的应急照明。防火卷帘以最大防火分区用电量计入。显然，确定发电机容量，应以同时投入运行的消防负荷为准。
3.2.2按最大的单台电动机或成组电动机起动的需要，计算发电机容量。
（公式2）
其中 ——起动最大的电动机或成组电动机容量（kW）；
——总负荷（kW）；
——总负荷的计算效率；
——发电机额定功率因数，可取0.8。
——电动机的起动功率因数，一般取0.4；
K——电动机的起动倍数，一般取6~7；
C——按电动机起动方式确定的系数；
全压起动 C=1.0
Y-△起动 C=0.67
自耦变压器起动：50抽头 C=0.25
65%抽头 C=0.42
80%抽头 C=0.64
3.2.3当柴油发电机按起动电动机时母线容许电压降计算发电机容量。在起动大容量的电动机时，在起动电流的突然冲击下，发电机内阻抗上产生电压降，而励磁系统来不及快速调压，使输出端电压下降。因此发电机容量必须满足电动机起动要求。
（公式3）
其中——造成母线压降最大的电动机或成组电动机总容量(kW)
——发电机的暂态电抗，一般取0.25；
——应急负荷中心母线允许的瞬时电压降，一般取0.25~0.3（有电梯时取0.2）;
K——电动机的起动倍数，一般取6~7；
C——按电动机起动方式确定的系数；
全压起动 C=1.0
Y-△起动 C=0.67
自耦变压器起动：50%抽头 C=0.25
65%抽头 C=0.42
80%抽头 C=0.64
3.2 柴油发电机环境条件的功率修正
柴油发电机的额定功率，指外界大气压为100kPa(760mmHg)、环境温度为20、空气相对湿度为50%的情况下，能以额定方式连续运行12h的功率(包括超负荷10%运行1h)。如果气温、气压、湿度与上述规定不同，应对柴油机的额定功率进行修正。
即,实际功率=额定功率×校正系数C%
校正系数部分数据如下（空气相对湿度为50%）：
表一
海拔高度（m）
大气压力(mmHg)
大气温度()
10
15
20
25
0
760
—
—
100
98
400
725
98
96
94
92
600
708
95
94
92
90
4.计算实例
某一中型卖场(地理气候条件：海拔高度400m，环境温度25，空气相对湿度为50%)拟设一台容量最小的柴油发电机组，消防时作消防负荷备用电源，平时作重要的非消防负荷备用电源。其中重要的非消防负荷（营业厅照明、弱电机房用电等）计算值为60kW。仅一个防烟分区，投入服务的消防设备总安装功率为192kW。其中喷淋泵=30kW，喷淋稳压泵=1.5kW,消火栓泵=15kW，消火栓稳压泵=7.5kW（均不计备用泵）；消防风机共4台，功率均为=22kW，其它为应急照明等负荷=50kW。设计时电动机中仅稳压泵采用直接起动，其余大容量电机均采用Y-△起动。计算选用的最小柴油发电机功率是多大。
4.1计算过程如下：
1).利用公式1 计算
征得建设方同意火灾时切除重要的非消防电源，因192KW>60KW，故机组容量选择以消防负荷计算为准。
喷淋泵电机效率取值=92.2%，喷淋稳压泵电机效率取值=78%，消火栓泵电机效率取值=88.5%，消火栓稳压泵电机效率取值=87%，消防风机效率取值=91.5%，照明效率取值=65%，发电机功率因数取=0.8，发电机负荷取=0.8。

2).利用公式2 计算
起动最大电机喷淋泵=30kW，采用Y-△起动 C=0.67，采用加权平均=0.84。

直接起动最大稳压泵时=7.5kW， C=1，采用加权平均=0.84。

比较及，Y-△起动喷淋泵对要求选用发电机容量大，此种方法选用发电机容量306kVA。
3).利用公式3 计算
本工程没有电梯用电，应急负荷中心母线允许的瞬时电压降取0.25。计算时， Y-△起动，造成母线压降最大的为喷淋泵容量；直接起动，造成母线压降最大的为消防稳压泵容量，由2）可知此影响小于Y-△起动喷淋泵的影响。

得出Y-△直接起动的喷淋泵对柴油发电机的母线压将影响最大，此种方法选用的柴油发电机容量为98kVA。
比较1)、2)、3)计算结果，选择最大值作为电动机容量：306kVA。
根据地理气候条件进行校正：海拔高度400m，环境温度25，空气相对湿度为50%，查表一得校正系数C%=92%。发电机的额定功率为306/92%=332kVA,取值350kVA。
4.2结论
4.2.1若仅以起动容量最大的单台电动机来校验发电机容量，是不严密、不周全的，因为电动机起动容量不仅与其额定容量有联系，更与起动方式密切相关。换言之，对于校验发电机容量而言，直接起动较小容量的电动机，可能比降压起动较大容量的电动机更为不利。所以，计算时，应分别输入若干台影响较大的电动机的相关数据，择其最不利者，作为选定发电机容量的依据。
4.2.2为缩小发电机组容量、降低造价，条件允许时，较大容量的电动机尽量采用降压起动。

参考文献
·中国航空规划设计院等·工业与民用配电手册（第二版）·北京：水利电力出版社，1994
·中国建筑标准设计研究所等·全国民用建筑工程设计技术措施（电气）·中国计划出版社，2003
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