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0 柴油发电机组设计相关技术问题的论文柴油发电机组设计相关技术问题的论文 1 目录目录 柴油发电机组设计相关技术问题的论文 0 应急柴油发电机组容量的计算 3 1 应急柴油发电机组的供电范围 3 2 应急柴油发电机组负荷计算中的几个原则问题 3 2 1 应按火灾和非火灾两种情况分别计算 3 2 2 应急柴油发电机组火灾情况下的负荷计算 3 2 3 应急柴油发电机组非火灾情况下的负荷计算 4 2 4 应急柴油发电机组负荷计算的需要系数和同时系数 4 2 5 消防负荷投入或起动顺序 5 3 应急柴油发电机组容量的估算 6 3 1 按配电变压器容量估算 6 3 2 按建筑面积估算 6 3 3 按起动单台或成组电动机容量估算 6 3 4 按整流器类负荷的容量估算 7 4 施工图阶段发电机容量的计算 7 4 1 发电机的P Q运行极限图 7 4 2 按稳定负荷计算 8 4 3 按起动单台或成组电动机尖锋负荷计算 9 4 4 按起动单台或成组电动机时母线允许电压下降计算 12 4 5 发电机容量的确定 14 5 施工图设计阶段柴油发电机容量的计算 14 5 1 柴油机容量的计算 14 5 2柴油机容量与发电机容量的匹配比 16 6 应急柴油发电机组单台容量的计算 16 6 1 在确定单台机组容器对应考虑的因素 16 6 2 根据1m3日用油箱体积计算单台机组的容量 16 自备柴油发电机组容量选择 18 1 引言 18 2 负荷分级及供电措施的相关知识 18 3 自备柴油发电机组容量选择 19 4 计算实例 22 参考文献 25 柴油发电机组的选择与机房设计 26 1 引言 26 2 设置原则 26 2 3 柴油发电机容量的选择 26 3 1 柴油发电机负荷计算 27 3 2 柴油发电机容量的选择 28 3 3 柴油发电机容量的选择校验 28 3 4 计算实例 29 4 柴油发电机房的设计 29 参考文献 31 柴油发电机组的选择与机房设计 33 1 设置原则 33 2 机组型式选择 34 3 机房设计 36 谈应急柴油发电机房的设计 39 1 1 机房的选址 39 1 2 机房的布置 40 2 进 排风的设计 40 3 排烟系统 41 4 日用油箱间 42 5 基础的设计 42 6 机房接地 43 3 应急柴油发电机组容量的计算应急柴油发电机组容量的计算 内容提要 本文系统地介绍了应急柴油发电机组容量计算的原则 公式及有关 表格 其中公式4 11 14是作者本人推导的 关键词 建筑物 防火分区 火灾情况 非火灾情况 消防需要 P Q运行极 限图 稳定负荷 尖锋负荷 母线允许电压下降 应急柴油发电机组是民用建筑中重要的应急电源设备 对保证人身和财产的安 全起着至关重要的作用 1 应急柴油发电机组的供电范围应急柴油发电机组的供电范围 按照IEC和国家标准的有关规定 应急柴油发电机组主要是为一级负荷中特别 重要负荷及消防负荷供电 除此之外 为充分发挥柴油发电机组的作用 还可以向 一些比较重要的商用负荷供电 这部分商用负荷多数为一些收费较高的营业场所 多数情况下首先根据火灾情况确定应急柴油发电机组容量 然后再根据发电机的容 量确定对商用负荷的供电范围 2 应急柴油发电机组负荷计算中的几个原则问题应急柴油发电机组负荷计算中的几个原则问题 根据应急柴油发电机组的供电范围 在进行应急柴油发电机组的负荷计算时 首先应明确以下几个原则 2 1 应按火灾和非火灾两种情况分别计算应按火灾和非火灾两种情况分别计算 根据应急柴油发电机组的供电范围 在进行负荷计算时 应按火灾和非火灾两 种情况分别计算 2 2 应急柴油发电机组火灾情况下的负荷计算应急柴油发电机组火灾情况下的负荷计算 在进行火灾情况下应急柴油发电机组负荷计算时 应根据 建筑设计防火规范 的规定 对建筑群和住宅小区按一个建筑发生火灾计算 对一个建筑按一个防火分 区发生火灾计算 此时消防负荷包括 应急柴油发电机组供电范围内全部消防电梯 全部应急照明 加上发生火灾时 根据防火分区所使用的消防负荷 如消火栓泵 4 喷淋泵 防排烟风机等 大多数工程是与地下室 塔楼相对应的首层防火分区发生 火灾时消防负荷最大 此时投入使用的防排烟风机有地下室 首层 二层对应防火 分区的防排烟风机 对于超高层建筑 当高区采用接力方式供水时 有可能在高区 发生火灾投入使用的消防负荷最大 对于复杂工程 发生火灾时投入使用的消火栓 泵 喷淋泵 防排烟风机的容量应由相关专业提出 此外 还应考虑到最不利的情况 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他防火分区的一级负荷中特别重要负荷 还应考虑在其 他防火分区内的由柴油发电机组供电的某些商用负荷 在接到切除的指令后 可能 需要作些后续工作才能切除 2 3 应急柴油发电机组非火灾情况下的负荷计算应急柴油发电机组非火灾情况下的负荷计算 应急柴油发电机组在进行非火灾情况下负荷计算时 除考虑由发电机供电的一 级负荷中特别重要负荷外 还应考虑消防电梯 平时与火灾兼用的应急照明 平时 与火灾兼用的通风机 新风机组等消防负荷 此外还需要根据工程实际情况考虑一 些并非特别重要负荷或消防负荷的比较重要的商用负荷 除特别重要工程外 多数 是根据发电机容量确定对这部分负荷的供电范围 以免供电范围过大超过了发电机 的负荷能力 2 4 应急柴油发电机组负荷计算的需要系数和同时系数应急柴油发电机组负荷计算的需要系数和同时系数 2 4 1 需要系数需要系数 消防负荷中的电动机类负荷 除消防电梯外 同一用电设备组的设备在火灾时 投入运行的台数 一般情况下不会超过3台 可认为需要系数为1 对于超高层建 筑在高区消火栓系统 喷洒系统采用接力方式供水时 水泵用电设备组投入运行的 台数可能超过3台 消防电梯同时使用的台数也可能超过3台 此时的需要系数也 要比同类用电设备在正常负荷计算时所取的需要系数的酌情加以放大 5 2 4 2 同时系数同时系数 由于发生火灾时 用电设备组较少 主要是水泵 电梯 风机 照明 而且基 本上是在最大负荷下工作 可以认为同时系数为1 2 5 消防负荷投入或起动顺序消防负荷投入或起动顺序 如果是在应急柴油发电机组供电过程中发生火灾 由于消防电梯 应急照明已 经处于使用状态 需要投入或起动的消防负荷是防排烟风机 消防泵 包括喷淋泵 消火栓泵 如果是在火灾过程中发生停电事故 市电失去电源后一些次要负荷被 切掉 电动机回路接触器释放 经延时起动应急柴油发电机组 当发电机全压后 合上主开关 即向断路器仍在合闸位置的某些非电动机回路供电 例如平时与火灾 兼用的应急照明 此时待投入或起动的消防负荷有 火灾时接通的应急照明 消防 电梯 防排烟风机 消防水泵等 在确定这些消防负荷投入或起动顺序时 可以有 两种原则 最先起动大电动机原则或顺应消防需要的原则 2 5 1 最先起动大容量电动机原则最先起动大容量电动机原则 这种原则的出发点是尽量减少柴油发机组的容量 由于防排烟风机 消防电梯 的电动机单台容量不会太大 所以最先起动大容量电动机就是最先起动消防泵 这 种起动顺序节省投资 适用于非火灾情况下电动机的起动及疏散路径短 无机械防 排烟的多层建筑火灾情况下电动机的起动 2 5 2 顺应消防需要的原则顺应消防需要的原则 这种原则的主要出发点是确保火灾捕救和人员疏散 发生火灾后在救火过程中 处理一切问题的出发点应该是尽量减少人员和财产损失 虽然最先起动或投入与最 后起动或投入的时间绝对值相差并不很大 但对处于千钧一发时刻进行灭火的战斗 消防队员和处于熊熊烈火中的人员来讲 则是非常宝贵的 从一些火灾案例中可以 了解到 有的人就是倒在安全出口跟前 如果再有几秒钟的时间 可能就顺利逃生 了 从捕救火灾和疏散人员的角度讲 需要最先投入和起动的消防负荷是应急照明 消防电梯 防火卷帘 这可以为疏散人员和捕救火灾创造了有利条件 由于有消防 6 水箱 在消火栓泵 喷淋泵起动前 可以保证一段时间消防用水 所消火栓泵 喷 淋泵与防排烟相比可以后起动 由于发生火灾的防火分区内烟需要一段时积累才能 使人窒息造成死亡 所以从顺应消防需要的角度 消防负荷投入和起动顺序为 火 灾应急照明 消防电梯 防火卷帘 防排烟 消火栓泵 喷淋泵 按照这个顺序 能够确保捕救火灾和疏散人员 最大限度地减少损失 按照这 个顺序尖锋负荷出现在起动最后一台 组 电动机即消防泵时 但这样应急柴油发 电机容量要大 投资增加 这种原则适用于大中型公共建筑和高层建筑 3 应急柴油应急柴油发电机组容量的估算发电机组容量的估算 在方案和初设阶段 可对应急柴油发电机组容量进行估算 3 1 按配电变压器容量估算按配电变压器容量估算 可按配电变压器容量的10 20 估算柴油发电机组的容量 3 2 按建筑面积估算按建筑面积估算 对于10000m2以上的大型建筑 按15 20W m2估算 对于小于10000m2的中 小型建筑可按10 15W m2估算 3 3 按起动单台或成组电动机容量估算按起动单台或成组电动机容量估算 按起动单台或成组电动机容量估算时 可按下式进行 GN P M Pk 1 式中 GN P 应急柴油发电机组的额定有功功率kW k 最大一台 组 电动机的起动电流倍数 其值见表1 M P 最大一台 组 电动机的额定功率kW 发电机功率与被起动电动机功率的最小倍数k表1 起动方式 压全起动 Y 起动 自耦变压器起动 N U65 0 N U8 0 母线允许电压降 20 5 5 1 9 2 4 3 6 10 7 8 2 6 3 3 5 0 7 注 表中 N U为电动机额定电压 3 4 按整流器类负荷的容量估算按整流器类负荷的容量估算 当柴油发电机组有较大容量的整流器 UPS装置 充电机等整流器类负荷时 应注意发电机组容量与整流器类负荷容量的匹配 使发电机组允许的谐波含量大于 整流器类负荷所产生的谐波含量 由于现在的整流器类负荷设备本身已开始采用吸 收或限制高次谐波的措施 对电源的要求越来越低 所以工程上应注意有关的产品 说明 4 施工图阶段发电机容量的计算施工图阶段发电机容量的计算 施工图设计阶段应对发电机容量进行计算 4 1 发电机的发电机的P Q运行极限图运行极限图 柴油发电机组的有功和有功功率 分别由柴油发电机组的调速器和励磁系统的 电压调节器调节 受发电机P Q运行极限图的限制 图1为发电机P Q运行极限图 图1 发电机P Q运行极限图 图中OA为发电机额定电压 GN U GN I 为发电机额定电流 N 为发电机额定功 率因数角 AC表示 GN I 在发电机同步电抗 d X上的电压降 则OC表示发电机空载 8 电势 其长度正比于发电机组转子额定电流 也就是代表转子电流标么值 由于电 压为额定值 所以AC也代表电流和视在功率的标么值 cosAC代表有功功率标么值 sinAC代表无功功率标么值 当冷却介质温度一定时 发电机定子和转子绕组的容许电流为一定 即图中的 AC和OC长度一定 当发电机在两园弧交点运行时 定子和转子电流同时达到允许 值 当 cos降低时 由于受转子允许电流的限制 发电机只能在CB园弧线上运行 当 cos升高时 由于受定子允许电流的限制 发电机只能在CD园弧线上运行 在 D点后 cos继续升高 由于受原动机额定出力的限制 发电机只能在DE线上运行 在额定运行条件下C D两点重合 即发电机定子电流 转子电流同时达到允许值 柴油机达到额定出力 发电机发出额定功率 从发电机P Q运行极限图可知 当发电机功率因数在额定功率因数以上时 发 电机主要受柴油机额定功率的限制 所以主要计算有功功率 当发电机功率因数在 额定功率因素以下时 发电机主要受转子允许电流的限制 所以主要计算视在功率 由于在起动单台或成组大电动机时 发电机功率因数肯定低于额定功率因数 所以 在按起动电动机计算应急柴油发电机容量时 不仅要计算有功功率 更重要的是要 计算视在功率 4 2 按稳定负荷计算按稳定负荷计算 应急柴油发电机组容量可按下式计算 1GN P 2 1 k Pk ca 2 1GN S G ca k Pk cos 2 1 式中 1GN P 柴油发电机组有功功率kW 1GN S 柴油发电机组视在功率kVA G cos 柴油发电机组功率因数 0 8 9 1 k 可靠系数 一般取1 1 2 k 并联运行的负荷不均匀系数 两台为0 9 单台取1 ca P 按火灾与非火灾情况计算的发电机最大计算负荷 kW 4 3 按起动单台或成组电动机尖锋负荷计算按起动单台或成组电动机尖锋负荷计算 4 3 1 起动单台或成组电动机时发电机容量的计算起动单台或成组电动机时发电机容量的计算 在起动单台或成组电动机时 应急柴油发电机组容量可按下式计算 2 GN S 3 2 max 2 max k QP 3 式中 2 GN S 发电机视在功率kVA 3 k 发电机允许短时过载系数 取1 5 max P 单台或成组电动机起动时 发电机尖锋有功负荷kW max Q 单台或成组电动机起动时 发电机尖锋无功负荷kW 4 3 2 max P的计算的计算 应急柴油发电机组在起动单台或成组电动机对其尖锋有功负荷可按下式计算 MMS PkPPPP 400max 4 如果尖锋负荷出现在起动最后一台 组 电动机时 上式可变为 McaMMca PkPPkPPP1 44max 5 式中 ca P 火灾情况下发电机组的计算负荷kW 0 P 电动机 组 起动前发电机正常的有功负荷kW M P 单台或成组电动机的额定有功功率kW MS P 单台或成组电动机起动时的有功功率kW 4 k 单台或成组电动机起动时有功功率的计算系数 4 3 3 max Q的计算的计算 应急柴油发电机组在起动单台或成组电动机时 其尖锋无功负荷可按下式计算 10 MMSMSMS PkQtgPQQQQ 5000max 6 如果尖锋负荷出现在起动前后一台 组 电动机时 上式可变为 MSMSMca tgPQQQ max 7 MSMSMMca tgPtgPQ MMca PtgkQ 5 Mca PkQ75 0 5 式中 ca Q 发电机计算无功负荷kvar 0 Q 单台或成组电动机起动前发电机已带的无功负荷kvar M P 单台或成组电动机起动的无功功率 M tg MS tg 单台或成组电动机的正常或起动时的功率因数角正切 5 k 单台或成组电动机起动时无功功率的计算系数 4 3 4 0 P 0 Q的计算的计算 起动单台或成组电动机时 发电机已带 0 P 0 Q的计算需分别按以下两种情况计 算 4 3 4 1 在应急柴油发电机组供电过程中 发生火灾在应急柴油发电机组供电过程中 发生火灾 0 P 0 Q的计算的计算 在应急柴油发电机组供电过程中发生火灾 此时应急柴油发电机组由非火灾状 态转入火灾状态 在发生火灾前 发电机已带有全部消防电梯 全部应急照明 供 电范围内一级负荷中特别重要负荷 以及部分重要商用负荷 接到火灾指令后 切 除位于发生火灾防火分区内的一级负荷特别重要负荷可能需要做些后续工作才能 切除 同时切除位于发生火灾防火分区外的重要商用负荷 这也可能需要做些后续 工作才能切除 如果先起动消防泵 0 P应包括 全部消除电梯 全部应急照明 位 于发生火灾防火分区外的一级负荷中特别重要负荷 以及可能做些后续工作才能切 除的位于发生火灾防火分区内的特别重要负荷与发生火灾防火分区外的重要商用 负荷 如果后起动消防泵 0 P中还应包括防排烟风机 根据计算 0 P的范围相应计算 11 0 Q 4 3 4 2 在救火过在救火过程中发生停电事故时程中发生停电事故时 0 P 0 Q的计算的计算 如果发生火灾 在救火过程中又发生停电事故 经延时应急柴油发电机组起动 切掉发生火灾防火分区外的非重要负荷 电动机回路接触器释放 发电机全压后合 上主开关 即向开关仍在合闸位置的应急照明及位于发生火灾防火分区外的一级负 荷特别重要负荷供电 然后按顺序起动电动机 如果先起动消防泵 0 P应包括 全 部消防电梯 全部应急照明 位于发生火灾防火分区外的一级负荷中特别重要负荷 如果后起动消防泵 0 P中还应包括防排烟风机 根据 0 P范围计算 0 Q 如果进一步将上述两种情况对比 应该是4 2 4 1的情况 更为不利 区别在于 位于发生火灾防火分区内的一级负荷中特别重要负荷和位于发生火灾防火分区外 的重要商用负荷 可能做些后续工作才能切除 如果没有这样的负荷或虽有这样的 负荷但不需要做后续工作即可切除 此时两种情况下 0 P 0 Q的计算就一致了 4 3 5 4 k单台或成组电动机起动时有功功率计算系数的计算单台或成组电动机起动时有功功率计算系数的计算 单台或成组电动机起动时有功功率计算系数 4 k可按下式计算 M MSstu kuk k cos cos1 2 2 4 8 式中 u k 电动机起动方式的电压系数 直接起动为1 星一三角起动为31 自耦变压器起动取抽头电压百分比 u 单台或成组电动机起动时 允许电压下降的标准值有电梯时取0 2 无电梯时取0 25 st k 电动机全压起动时起动电流倍数 M cos 单台或成组电动机额定功率因数 MS cos 单台或成组电动机起动时的功率因数 M cos一般为0 8 MS cos为0 4 st k为6 8 可查有关设计手册 可从表中查 4 k 12 电动机起动时有功功率计算系数 4 k表2 u 起动方式 0 1 0 15 0 2 0 25 直接起动 0 41 st k 0 36 st k 0 32 st k 0 28 st k 星 三角起动 0 14 st k 0 12 st k 0 11 st k 0 09 st k 自耦变压 器起动 50 0 10 st k 0 09 st k 0 08 st k 0 07 st k 65 0 17 st k 0 15 st k 0 13 st k 0 12 st k 80 0 26 st k 0 23 st k 0 20 st k 0 18 st k 4 3 6 5 k单台或成组电动机起动时无功功率计算系数的计算单台或成组电动机起动时无功功率计算系数的计算 单台或成组电动机起动时 无功功率计算系数可按下式计算 445 3 2 ktgkk MS 9 可从表3查 5 k 电动机起动时无功功率计算系数 5 k表3 u 起动方式 0 1 0 15 0 2 0 25 直接起动 1 01 st k 0 90 st k 0 80 st k 0 70 st k 星 三角起动 0 34 st k 0 30 st k 0 27 st k 0 23 st k 自耦变压 器起动 50 0 25 st k 0 23 st k 0 20 st k 0 18 st k 65 0 43 st k 0 38 st k 0 37 st k 0 29 st k 80 0 66 st k 0 58 st k 0 51 st k 0 45 st k 4 4 按起动单台或成组电动机时母线允许电压下降计算按起动单台或成组电动机时母线允许电压下降计算 起动单台或成组电动机时 应按允许的母线电压下降计算应急柴油发电机组容 量 13 4 4 1 单台或成组电动机起动时尖锋视在功率单台或成组电动机起动时尖锋视在功率 MS S 的计算的计算 单台或成组电动机起动时 其尖锋视在功率 MS S 可按下式计算 M M stuM MS Pk kukP S 6 2 2 cos 1 10 式中 6 k 单台或成组电动机起动时尖锋视在功率的计算系数 4 4 2 6 k单台或成组电动机起动时尖锋视在功率计算系数的计算单台或成组电动机起动时尖锋视在功率计算系数的计算 单台或成组电动机起动时 尖锋视在功率计算系数可按下式计算 4 2 2 6 5 2 cos 1 k kuk k M stu 11 可从表4查 6 k 电动机起动时尖锋视在功率计算系数 6 k表4 u 起动方式 0 1 0 15 0 2 0 25 直接起动 1 01 st k 0 90 st k 0 80 st k 0 70 st k 星 三角起动 0 34 st k 0 36 st k 0 27 st k 0 23 st k 自耦变压 器起动 50 0 25 st k 0 23 st k 0 20 st k 0 18 st k 65 0 43 st k 0 38 st k 0 37 st k 0 29 st k 80 0 66 st k 0 58 st k 0 51 st k 0 45 st k 4 4 3 发电机视在功率的计算发电机视在功率的计算 MNdGN SX u u S 1 3 12 式中 u 发电机母线电压下降允许标准值 一般有电梯取0 2 无电梯取0 25 d X 发电机暂整电抗 可由厂家样本查得 一般取0 2 0 25 MN S 单台或成组电动机起动时尖锋视在功率kVA 14 4 5 发电机容量的确定发电机容量的确定 在 1GN S 2GN S 3GN S 中选取最大值确定发电机额定容量 GN P GN S 5 施工图设计阶段柴油发电机容量的计算施工图设计阶段柴油发电机容量的计算 作为原动机柴油机在计算容量时 主要有以下几个方面内容 按稳定负荷计算 按尖锋负荷计算 按允许转速下降计算 按照发电机功率与柴油机功率的配合关系 发电机能如满足稳定负荷的需要 柴油发电机就自然能满足稳定负荷的需要了 没有必要另行计算 由于柴油机短时 超负荷能力比发电机低 有必要按尖锋负荷计算 另外 柴油机突加负荷时 转速 下降 发电机频率下降 由于计算麻烦一般也不进行这两方面的计算 5 1 柴油机容量的计算柴油机容量的计算 柴油机容量可按下式计算 32 1 1kkN k P N p GN e 13 式中 e N 柴油机的输出功率 ps p N 柴油机冷却风扇消耗的功率 ps GN P 同步发电机输出的额定功率 kW 发电机效率 可取0 9 0 95 1 k 单位变换系数 ps kW 取0 736 2 k 环境条件修正系数 见表6 表7 3 k 进 排气阻力修正系数 一般柴油发电机号设置在首层或地下一层靠外墙处 进排气阻力不大时 3 k可 取1 15 环境条件修正系数 3 k 相对湿度 50 RH 表6 海拔高度 m 大气压力 kPa 环境空气温度 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0 101 35 1 00 0 98 0 96 0 94 0 92 0 89 200 98 66 0 99 0 97 0 95 0 93 0 92 0 89 0 86 400 96 66 1 00 0 98 0 96 0 94 0 92 0 90 0 89 0 87 0 84 600 94 39 1 00 0 97 0 95 0 94 0 92 0 90 0 88 0 86 0 84 0 82 800 92 13 0 97 0 94 0 93 0 91 0 89 0 87 0 85 0 84 0 82 0 79 1000 89 86 0 94 0 92 0 90 0 89 0 87 0 85 0 83 0 81 0 79 0 77 1500 84 53 0 87 0 85 0 83 0 82 0 80 0 79 0 77 0 75 0 73 0 71 2000 79 46 0 8 0 79 0 77 0 76 0 74 0 72 0 71 0 70 0 68 0 65 2500 74 66 0 75 0 74 0 72 0 71 0 69 0 67 0 65 0 64 0 62 0 60 3000 70 13 0 69 0 68 0 66 0 65 0 63 0 62 0 61 0 59 0 57 0 55 3500 65 73 0 64 0 63 0 61 0 60 0 58 0 57 0 55 0 54 0 52 0 50 4000 61 59 0 59 0 58 0 56 0 55 0 53 0 52 0 50 0 49 0 47 0 46 环境条件修正系数 3 k 相对湿度 100 RH 表7 海拔高度 m 大气压力 kpa 环境空气温度 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0 101 35 0 99 0 96 0 94 0 91 0 88 0 84 200 98 66 1 00 0 98 0 96 0 93 0 91 0 88 0 85 0 82 400 96 66 0 99 0 97 0 95 0 93 0 90 0 88 0 85 0 82 0 79 600 94 39 0 99 0 97 0 95 0 93 0 91 0 88 0 86 0 85 0 80 0 77 800 92 13 0 96 0 94 0 92 0 90 0 88 0 85 0 83 0 80 0 77 0 74 1000 89 86 0 93 0 91 0 89 0 87 0 85 0 83 0 81 0 78 0 75 0 72 1500 84 35 0 87 0 85 0 83 0 81 0 79 0 77 0 75 0 72 0 69 0 66 2000 79 46 0 80 0 79 0 77 0 75 0 73 0 71 0 69 0 66 0 63 0 60 2500 74 66 0 74 0 73 0 71 0 70 0 68 0 65 0 63 0 61 0 58 0 55 3000 70 13 0 69 0 67 0 65 0 64 0 62 0 60 0 58 0 56 0 53 0 50 3500 65 73 0 63 0 62 0 61 0 59 0 57 0 55 0 53 0 51 0 48 0 45 4000 61 59 0 58 0 57 0 56 0 54 0 52 0 50 0 48 0 46 0 44 0 41 16 5 2柴油机容量与发电机容量的匹配比柴油机容量与发电机容量的匹配比 柴油机容量与发电机容量之比 称为匹配比 匹配比的大小受当地大气压力 环境温度 相对湿度等多种因素的影响 对于在平原地区使用的一般要求的机组匹 配比取1 6 对使用要求较高的机组应取2 6 应急柴油发电机组单台容量的计算应急柴油发电机组单台容量的计算 6 1 在确定单台机组容器对应考虑的因素在确定单台机组容器对应考虑的因素 在确定单台应急柴油发电机组容量时 应考虑以下几个方面的因素 1 柴油发电机组的尺寸 特别是轴向尺寸 单机容量太大 轴向尺寸太长 可能对机房的布置 设备的运输带来不便 2 日用油箱的体积 按机组运行3 8小时的需要设置日用油箱 且容积不 应大于1m3 3 低压供电半径 正常电源低压供电半径一般按200m考虑 由于柴油发电 机组作为应急电源 供电对象仅为一级负荷中特别重要负荷和消防负荷 负荷密度 较一般负荷密度小得多 所以供电半径可以适当放大 一般按不超过300m考虑 而且对线路较长或容量较大的电动机回路应校验电压降以及保护灵敏度 对于占地 面积较大的体育场 馆 展览中心等大型公共建筑以及大型建筑群 应分区设置 应急柴油发电机组 对于高度超过300m的超高层建筑 如采用低压发电机组能满 足电压质量和保护灵敏度时 仍然可以采用低压发电机组 否则对高区的一级负荷 中特别重要负荷及消防负荷应采用高压发电机组供电 4 制造的因素 目前低压应急柴油发电机组单台容量尚无超过2000kW的产 品 如仅用一台机组 可以节省机房面积 简化一些附属系统 省掉自动切换装置 所以在一定容量范围内以选用单台机组为宜 总台数亦不宜超过两台 6 2 根据根据1m3日用油箱体积计算单台机组的容量日用油箱体积计算单台机组的容量 根据日用油箱体积不大于1m3 贮油时间3 8小时 一台机组一个油箱 单台 机组的容量可按下式计算 17 Tg AV P e GN 1000 14 式中 V 日用油箱体积1m3 燃油密度kg m3 轻柴油为810 860kg m3 A 油箱充满系数 一般0 8 T 供油时间h 取3 8h e g 柴油机燃油消耗率g kWh 国产机组为238 239g kWh 进口机组为 218g kW h 如果按贮油时间3小时计算 进口机组 kWP GN 1052 990 国产机组 kWP GN 964 908 如果按贮油时间8小时计算 GN P 不到400kW 综上所述 应急柴油发电机组单台容量不宜大于1000kW 18 自备柴油发电机组容量选择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 19 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 20 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 n k k k n n c pPPPP S 1 2 2 1 1 1 coscos 1 cos 1 其中 P 总负荷 kW k P 每个或每组负荷容量 kW k 每个或每组负荷的效率 总负荷的计算效率 负荷率 cos 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 21 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 cos 1 cos 2mm m c CKP PP S 2 其中 m P 起动最大的电动机或成组电动机容量 kW P 总负荷 kW 总负荷的计算效率 cos 发电机额定功率因数 可取0 8 m cos 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0 1 C Y 起动67 0 C 自耦变压器起动 50 抽头25 0 C 65 抽头42 0 C 80 抽头 64 0 C 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 1 1 3 E XCKPS dnc 3 22 其中 n P 造成母线压降最大的电动机或成组电动机总容量 kW d X 发电机的暂态电抗 一般取0 25 E 应急负荷中心母线允许的瞬时电压降 一般E 取0 25 0 3 有电梯 时取0 2 H U 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0 1 C Y 起动67 0 C 自耦变压器起动 50 抽头25 0 C 65 抽头42 0 C 80 抽头 64 0 C 3 2 4 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C o 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 C o 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C o 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 23 其中喷淋泵kWP30 1 喷淋稳压泵kWP5 1 2 消火栓泵kWP15 3 消火栓稳压泵 kWP5 7 4 均不计备用泵 消防风机共4台 功率均为kWP22 5 其它为应急 照明等负荷kWP50 6 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 2 92 1 喷淋稳压泵电机效率取值 78 2 消火栓 泵电机效率取值 5 88 3 消火栓稳压泵电机效率取值 87 4 消防风机效率 取值 5 91 5 照明效率取值 65 6 发电机功率因数取8 0cos 发电机负 荷取8 0 6 1 6 6 2 2 1 1 1 coscos 1 k k k c pPPP S 233 8 0 1 65 50 5 91 22 4 87 5 7 5 88 15 78 5 1 2 92 30 8 0kVA 2 利用公式2计算 起动最大电机喷淋泵kWPm30 采用Y 起动67 0 C 采用加权平均 84 0 cos 1 cos 2mm m c CKP PP S 8 0 1 4 067 0 5 630 84 0 30504225 7155 130 306 8 0 1 26 52 84 0 30192 kVA 直接起动最大稳压泵时kWPm5 7 1 C 采用加权平均84 0 cos 1 cos 2mm m c CKP PP S 24 8 0 1 4 015 65 7 84 0 5 7504225 7155 130 299 8 0 1 5 19 84 0 5 7192 kVA 比较 2c S及 2 cS 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 E 取0 25 计算 时 Y 起动 造成母线压降最大的 n P为喷淋泵容量 直接起动 造成母线压降最 大的 n P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 1 1 3 E XCKPS dnc 98 1 25 0 1 25 067 05 630kVA 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 C o 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 25 参考文献参考文献 1 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 2 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 26 柴油发电机组的选择与机房设计柴油发电机组的选择与机房设计 摘 要 本文就柴油发电机组的设置原则 容量选择 机房设计等问题提出一 些理解和认识 关键词 柴油发电机 设置原则 容量选择 机房设计 1 引言引言 新型建筑人流密集 出于防火 消防安全的需要 对供电可靠性提出了严格的 要求 目前我们一般采用柴油发电机组作为应急电源 因为柴油发电机的容量较大 持续供电时间长 可独立运行 不受电网故障的影响 可靠性较高 尤其是某些地 区常用市电不是很可靠的情况下 把柴油发电机作为备用电源 既能起到应急电源 的作用 又能通过低压系统的合理优化 可以让一些较为重要的负荷在市电停电时 使用 因此柴油发电机在工程中得到广泛应用 本文将就高层建筑中柴油发电机组 的设置原则 容量选择 型式选择 机房设计等问题提出一些理解和认识 2 设置原则设置原则 符合下列条件之一 可选用柴油发电机作为备用电源 1 保证一级负荷中特别重要的负荷用电 2 一级负荷从电力系统中取得第二电源困难或技术经济不合理时 3 柴油发电机容量的选择柴油发电机容量的选择 现代一般民用建筑中 柴油发电机在火灾时为消防负荷 平时为重要负荷提供 备用电源 柴油发电机的容量应首先要满足稳定计算负荷需要 包括消防负荷和保 证负荷两部分 作为消防负荷 通常是作为消防用电设备的备用电源 一旦市电停电 即刻联 锁开启发电机组 遇到非消防紧急状态下的一般停电时 生活泵 客梯 酒店厨房 动力 星级客房照明等负荷 称为保证负荷 亦需后备电源的供应 如果设计发电 机组仅仅负担应急照明等消防负荷 对保证负荷无法顾及 则必将造成机组空置 27 资源浪费 为此 进行低压配电系统设计时 在满足消防负荷需要的前提下 可考虑停电 而非火灾时 发电机对保证负荷的供电 一种做法是将保证负荷集中接到发电机应 急母线段上 火灾时 由火灾确认信号将保证负荷 客梯除外 的总开关分励脱扣 总之 应分别计算消防负荷和保证负荷 在确定发电机组容量时 应首先满足消防 负荷的要求 再根据建设方的要求接入相应的保证负荷 柴油发电机组的容量大小 除要满足上述稳定计算负荷需要外 还必须进行电 动机启动时的电压降校验 即启动任一电动机时 其端子允许电压降应在规定范围 之内 消防负荷如何正确计算应引起重视 推荐的计算原则是 只考虑一个防火分区 发生火灾 正如水消防一样 即认为两个及以上的防火分区同时发生火灾的可能 性是非常低的 通常 消防泵作为固定负荷必须计入 而消防电梯 防排烟风机等 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 确定发电 机容量 应以最不利的一个防火分区发生火灾时 同时投入运行的消防负荷为准 3 1 柴油发电机负荷计算柴油发电机负荷计算 1 消防负荷 平时备用火灾时才启用的专用消防设备计算负荷 1ca P 如一般按最不利