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住宅小区发电机容量选择的分析

陈钊

摘 要：应急柴油发电机组是民用建筑中重要的应急备用电源，对保证人身和财产安全起着至关重要的作用。在电气设计中，建筑物火灾的发生情况会影响到消防设备负荷的负荷计算、电机启动等，由此还牵扯到干线的截面，柴油发电机的选型等等。翻遍目前有关电气的国标及行业规范均未对发电机在实际项目中的容量选择没有一个比较详细的阐述。现就一个具体的住宅小区设计实例，对柴油发电机容量的选择进行简要分析。
关键词：应急柴油发电机组；消防及非消防；负荷计算；尖峰负荷；稳定负荷
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.08144
1 建筑概况
某住宅小区总建筑面积303297.99㎡，商业面积17215.15㎡，住宅面积191996.46㎡，共1516户，由16栋一类高层住宅及两层地下室组成。本工程从市政引入一路10KV高压电源环网供电，不能满足规范中对消防负荷及二级以上负荷的供电要求，根据项目实际情况，于地下一层设置柴油发电机组作为第二电源。
2 应急柴油发电机组选用原则
2.1 应急柴油发电机组的供电范围
本项目发电机主要为消防负荷提供第二电源，除此之外，为了充分发挥柴油发电机的作用，本次设计还将作为二级以上负荷的备用电源使用。
2.2 应急柴油发电机组负荷计算中的原则问题
根据本项目的电气设计要点，在进行应急柴油发电机组的负荷计算时，按以下几个原则考虑。
（1）按消防及非消防两种情况分别考虑计算。
根据对应急柴油发电机组的供电要求，在进行负荷计算时，按火灾及平时两种不同情况进行分别统计计算。
电气负荷计算：住宅用电9880.0kW，住宅公共用电1280.0kW，商铺用电1845.0kW，地下室普通用电244.0kW，地下室消防用电2039.0kW。合计（普通用电）11969.0kW，合计（普通二级以上用电）1873.0kW，合计（消防用电）3013.0 kW。
（2）应急柴油发电机组消防时负荷考虑情况。
在进行火灾情况下应急柴油发电机组的负荷计算时，对整个消防负荷按防火分区统计如下（本项目消防水泵设置于一期，不予考虑）：
电气负荷统计：地下室防火分区用电（可能同时使用最大负荷）115.0kW、85.0kW，住宅公共用电（每栋）照明30.0kW，消防电梯25.0kW，电梯，25.0kW。
根据《城市居住区规划设计规范》GB50180-93第3.0.3中要求，每户按3.5人计算，即小区人数为1516*3.5=5306户。根据《消防给水及消火栓系统技术规范》GB50794-2014第3.2.2中要求，同一时间内的火灾起数按2起考虑。
当火灾发生时，此时的消防负荷包括：应急柴油发电机组供电范围内全部应该电梯，全部应急照明，加上发生火灾所在防火分区所在的消防负荷，如防排烟风机等。
此外，还应考虑到最不利的情况下，即停电事故在先，火灾发生在后，即火灾发生在应急柴油发电机组供电的过程中，所以在计算应急柴油发电机组容量时，还应考虑在其供电范围内位于其它防火分区的一级负荷中的特别重要负荷，还应考虑在其它防火分区内的由应急柴油发电机组供电的某些二级以上负荷，在接到切除的指令后，可能需要作些后续工作才能切除（本工程为住宅项目，无此类负荷）。
（3）应急柴油发电机组非消防情况的负荷计算。
应急柴油发电机组在平时情况负荷统计时，应考虑项目内二级以上所有负荷的使用情况确定。
3 应急柴油发电机组负荷计算
3.1 按配电总容量估算
根据《民用建筑电气设计规范》JGJ 16-2008第 6.1.2.1条“柴油发电机容量可按配电变压器总容量的10%～20%进行估算。”本项目总的变压器安装容量为10260KVA，由于本项目为大型小区类建筑，发电机容量按总安装容量的10%取即为S1=1026KVA。
3.2 按尖峰负荷计算
大容量负荷起动或自起动时应符合应急柴油发电机组的过载能力，应急柴油发电机组起动后，大容量发动机投入之前，本项目已最不利情况考虑，停电事故发生在前，火灾发生在后，发电机已投入使用，此时应综合考虑大容量电动机负荷起动时发电机的过负荷情况。
负荷统计：事故照明708.0kW，生活水泵100.0 kW，消防控制室50.0 kW，电梯800.0kW，弱电机房50.0 kW，地下室潜污泵165.0KW，火灾时同时启动的消防风机104 .0KW。
计算负荷：P=（708.0*0.5+800*0.3+50*1+50*0.8+100.0*0.8+165.0*0.6）*0.8=690.4KW。
本工程属于一类高层建筑，非消防时的走道照明、安防系统用、弱电机房、客梯用电、排污泵、生活水泵等为一级负荷，当高压出现停电事故时，应急柴油發电机组为上述负荷提供备用电源。当火灾发生在停电事故后，尖峰负荷出现在同时2起火灾时所在防火分区的消防的启动，消防风机启动本项目为直接起动。
根据《钢铁企业电力设计手册》上册中应急柴油发电机组针对此情况计算得S2=P/KG
S P投运前已投入运行的负荷容量 KVA；
cosΦ P负荷功率因数 sinΦ P负荷功率因数角正弦；
P 所投入的最大容量电动机组的额定容量KW；
CosψP负荷起动功率因数，本工程取0.4（风机） sinΨ P负荷起动功率因数角正弦；
KG 发电机过负荷系数，一般取1.5；
β= β/（μcosδ）
β电动机启动电流倍数，一般取6～7，本工程取6.7（风机）；
μ 电动机满载时效率，本工程取0.92（风机）
cosδ电动机满载时功率因数，本工程取0.9（风机）
S2=1101 KVA
3.3 按应急柴油发电机组母线允许压降计算
根据《钢铁企业电力设计手册》上册中应急柴油发电机组针对此情况计算得
S3=PXd（1-ΔV）/ ΔV
Xd 一般取0.2；
ΔV P电动机起动前允许的电压降，本工程取0.2；
S3=673.9 KVA
3.4 按应急柴油发电机组计算
平时二级以上负荷统计：事故照明708.0kW，生活水泵100.0 kW，消防控制室50.0 kW，电梯800.0kW，弱电机房50.0 kW，地下室潜污泵165.0KW。
本工程属于一类高层建筑，非消防时的走道照明、安防系统用、弱电机房、客梯用电、排污泵、生活水泵等为一级负荷，当高压出现停电事故时，应急柴油发电机组为上述负荷提供备用电源。
消防时负荷统计：消防事故照明708 .0kW，消防电梯400.0kW，消防控制室50.0kW，动力（最不利两着火点考虑）200.0KW。
计算负荷：P=（708.0*0.5+400*0.5+200.0*1+50*1）*0.8=643.2KW。
本工程同時考虑2起着火点，动力负荷主要是考虑地下室两最不利处着火点的最大使用负荷；消防时，不考虑市电因素，所有的消防类负荷均由发电机提供，切除所有的非消防类负荷，包括消防时的消防事故照明（此项目跟平时事故照明容量相当）、消防电梯、所在着火点的消防风机、防火卷帘、消防电梯潜污泵等。
根据《工业与民用配电设计手册》应急柴油发电机组针对此情况计算得
平时：S4=PΣ/（μΣCOS）
消防：S5=PΣ/（μΣCOS）
S4 按稳定负荷计算的发电机视在功率
PΣ 发电机总负荷计算功率
μΣ 所带负荷的综合效率，一般取0.82～0.88，本工程取0.85；
COS 发电机额定功率因数，一般取0.8；
S4=1015.3 KVA； S5=946.9 KVA
综合上述分析，取发电机最大的计算容量，即S2=1101KVA，本项目采用一台1250KVA应急柴油发电机组。
参考文献：
[1]中国航空工业规划设计研究院.《工业与民用配电设计手册》第三版[M].中国电力出版社，2005.
[2]《钢铁企业电力设计手册》编委会.《钢铁企业电力设计手册》上册[M].冶金工业出版社，1996.
[3]国家技术监督局、中华人民共和国建设部.《城市居住区规划设计规范》GB50180-93[M].中国建筑工业出版社，1993.
[4]中华人民共和国住房和城乡建设部、中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.《消防给水及消火栓系统技术规范》GB50794-2014[M].中国计划出版社，2014.
山东工业技术2017年8期
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