民用建筑备用柴油发电机组容量的确定方法.doc

民用建筑备用柴油发电机组容量的确定方法！2009年04月29日 星期三 17:51摘 要 简介发电机容量选择的基本原理及相关要素；建立容量计算的数学模型；介绍计算容量所用的QBASIC源程序及其操作要点；最后给出了若干结论及计算实例。叙 词： 柴油发电机 消防负荷 保证负荷 容许电压降 启动 校验 QBASIC1 引言现代高层建筑中，选择柴油发电机组作为备用电源，已属司空见惯；关于其容量确定的理论文章，也屡见于报刊。但在实际工程应用中，许多设计人员仍有茫然无序、颇费周折之感。到底如何快而准地计算发电机容量，一直都是值得探讨的重要课题。本文将着重以一段QBASIC电脑编程，较简便地解决这一问题。2 基本原理21发电机容量首先要满足稳定计算负荷需要，这包括消防负荷和保证负荷两部分。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，称为保证负荷）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，发电机对保证负荷的供电。一种做法是，将保证负荷集中挂接在发电机应急母线段上，消防时，由火灾信号将保证负荷的总开关分励脱扣。总之，应分别计算消防负荷和保证负荷，以二者较大值作为确定发电机组容量的依据，从而同时满足消防部门及建设方的相应要求。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，包含了多个防火分区。确定发电机容量、进行消防负荷计算时，显然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，只考虑一个防火分区发生火灾（正如水消防一样），亦即，不认为两个及以上的防火分区同时发生火灾。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、应急照明等负荷计入多少，则要视其在某防火分区火灾时投入服务的负荷大小而定。显然，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。22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，其端子容许电压降应在规定范围之内。编程中，取值20%。进行电压降校验及发电机组容量选择时，以下要素不可忽视。a。发电机母线上的已接负荷的影响。也就是说，发电机母线上的启动负荷应该等于已接负荷与电动机启动容量之和，单单考虑电动机的启动容量是错误的。具体工程实践中，这一点最容易被一些设计人员所忽略，许多文献对于已接负荷的影响，常常也避而不谈或是涉及较浅。b。发电机不同的励磁及调压方式，对机组容量选择也将产生重大影响。c。发电机至电动机之间配电线路电压降的影响。亦即，发电机端子电压等于电动机端子电压与线路压降之和。d。许多文献认为，电动机应按容量大小而顺次启动，以此减小发电机容量。但在国家标准图集和工程图纸中，这种电动机顺次启动的二次电路图又极少见到。更何况，顺次启动也往往与一些消防控制要求相矛盾。因此建议，减小发电机容量，不宜依靠电动机顺次启动这种方法。f。电动机启动容量达最大值是瞬间的，因此，可以不考虑两台及以上电动机的同时启动，对发电机造成冲击的问题。3 数学模型 （建立以下数学模型，仅以消防负荷计算为例。为便于编程，多处进行了适当的简化和假设，不另说明。）3.1 发电机容量大小须满足稳定计算负荷需要Pjs=KcPe=PePrg=KPjs=1.2Pe式中：Prg-待求发电机持续功率（kW）。编程中考虑为单台机。 Pjs-消防设备稳定计算负荷（kW）。 Pe-建筑物内任一防火分区发生火灾时，最大可能开启消防设备之总安装功率（kW）。为已知量，运行程序时直接键入。编程中 Pe800kW。Kc-消防设备总需用系数，取Kc=1。 K-可靠系数，取K=1.2。3.2 发电机容量大小须满足电动机端子容许电压降3.2.1 简化计算电路见下图：3.2.2发电机母线上的启动负荷等于已接负荷与单台电动机启动容量之和，即 Sqg=Sfh+Sq 此时，考虑最极端的情况，即认为除待启电动机外，其它负荷已全部投入，则有 Pfh+Prm=Pe，从而Sfh=Pfh/COS=(Pe-Prm)/COS =(Pe-Prm)/0.8=1.25(Pe-Prm) 此外， Sq=1/1/(kpSqm)+XL/(Urg2) Sqm=CSrm= CPrm/0.8, XL=(0.07+6.3/S)L/10003.2.3 电动机端子电压Uwm与发电机母线电压（Uwg）存在关联，即 Uwg=kpSqmUwm/Sq3.2.4如前所述，对于不同励磁及调压方式的发电机，其允许启动负荷亦不同，进而对机组容量选择产生影响。若认为所选发电机带自动调整励磁装置，则对应于不同启动负荷相对值，发电机母线上稳态电压相对值满足表1：表1 Sqg/Srg 0.8 1.0 1.2 1.5 2.0Uwg 1.00 0.95 0.850.75 0.60以表1数据拟合方程，则当Uwg=0.750.95时，近似存在： Sqg/Srg=5Uwg2-11Uwg+6.9375或 Srg=Sqg/(5Uwg2-11Uwg+6.9375)而 Prg=SrgCOS=0.8Srg=0.8Sqg/(5Uwg2-11Uwg+6.9375)；又因上述推导均为临界值，故实际工程中取：Prg0.8Sqg/(5Uwg2-11Uwg+6.9375) 编程中以此作为发电机容量校验公式。3.2.5符号说明Sqg-发电机启动时发电机母线上的起动负荷（kVA）；Srg-发电机的额定容量（kVA），为待求量；Sq-电动机启动时，启动回路的额定输入容量（kVA）；Sfh-电动机启动时，发电机母线上已接负荷（kVA）;Urg-发电机的额定电压（kV），取Urg=0.4kV;Uwg-电动机启动时，发电机母线上的稳态电压相对值；Uwm-电动机启动时，其端子上所要求的稳态电压相对值, 程序中取Uwm=0.8;C-电动机全压启动之电流倍数。程序中取C=7;kp-电动机的启动系数，见表2：表2 启动方式全压启动Y-启动自耦变压器65%抽头启动 kp 1.0 0.3333 0.4225Sqm-电动机额定启动容量（kVA）；Srm-电动机额定容量（kVA）；Prm-电动机额定功率（kW）。编程中，取Prm=0.8Srm, 且0Prm150kW。XL-电动机至发电机配线线路（铜芯）之阻抗（千欧）；L-电动机至发电机配线线路（铜芯）之长度（千米）。编程中，0L0.1千米。S-电动机至发电机配线线路（铜芯）之导线截面(mm2)。编程中，S值按表3自动取值。表3 0Prm5.5 5.5Prm7.5 7.5Prm1515Prm18.5S2.5（取等号，下同） S=4 S=6 S=1018.5Prm22 22Prm30 30Prm37 37Prm45 S=16 S=25 S=35 S=50 45Prm55 55Prm90 90Prm110110800 THEN 20PRINTINPUT“2。请输入：启动方式最不利之单台电动机有功功率Prm= 千瓦”，PrmIF Prm150 OR Prm=0 OR Pe0.1 OR 0L THEN 20PRINTPRINT“4。（全压启动k=1;星三角k=2;自耦65%抽头k=3）”PRINT“ 请输入：启动方式最不利之单台电动机的启动方式k= ”，kIF k=1 OR k=2 OR k=3 THEN 30 ELSE 2030 PRINTIF k=1 THEN kp=1IF k=2 THEN kp=1/3IF k=3 THEN kp=0.4225IF Prm=5.5 THENS=2.5ELSEIF Prm=7.5 THEN S=4ELSEIF Prm=15 THEN S=6ELSEIF Prm=18.5 THEN S=10ELSEIF Prm=22 THEN S=16ELSEIF Prm=30 THEN S=25ELSEIF Prm=37 THEN S=35ELSEIF Prm=45 THEN S=50ELSEIF Prm=55 THEN S=70ELSEIF Prm=90 THEN S=95ELSEIF Prm=110 THEN S=120ELSEIF Prm=150 THEN S=185ENDIFGOTO 4020 PRINT“ 输入数据超出范围！请重新输入！”GOTO 1040 Sfh=1.25*(Pe-Prm)XL=（0.07+6.3/S）*L/1000XU=XL/(0.4*0.4)C=7Sqm=C*Prm/0.8Sq=1/(1/(kp*Sqm)+XU)Sqg=Sfh+SqUwm=0.8Uwg=Uwm*(kp*Sqm)/SqSrg=Sqg/(5*Uwg*Uwg-11*Uwg+6.9375)Prg=Srg*0.8IF PrgPe3.5Prm时，该单台电动机应采用降压启动（星三角或自耦65%抽头启动）。c。当3.5PrmPe2.5Prm时，该单台电动机只应采用星三角启动。62当2.5PrmPe时，必须用程序进行容许电压降的校验，且此时发电机组容量Prg1.2Pe。63当Prm=Pe时（且允许压降为0.2），很容易由前述简化数学公式得出表4：表4 不同启动方式下，发电机功率是被启电动机功率的最小倍数 启动方式全压启动Y-启动 自耦变压器65%抽头启动最小倍数 5.3 1.8 2.364若仅以启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，因为电动机启动容量不仅与其额定容量有联系，更与启动方式密切相关。换言之，对于校验发电机容量而言，直接启动较小容量的电动机，可能比降压启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。65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启动。7 计算实例某二类高层商住楼，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，平时作保证负荷备用电源。其中保证负荷计算值为250KW。而其最不利防火分区被认定为地下室。因为，若地下室火灾，则投入服务的消防设备总安装功率为最大，其值为285KW。其中消防水泵共2台（距发电机10米，不计备用泵），每台45KW；消防风机共4台，功率分别为15KW、15KW、30KW、30KW，其它为应急照明等负荷105KW。解题过程：因285KW250KW，故机组容量选择以消防负荷计算为准。另根据上述第6。1条结论，因285KW1115KW，故功率为15KW的消防风机可采用全压启动（降压启动当然亦可）。又因1145KW285KW3.545KW，所以功率为45KW的消防水泵应采用自耦65%抽头启动或星三角启动（而不能采用全压启动）。同理，功率为30KW的消防风机仍须采用降压启动。此时，选定的柴油发电机组容量为最小，且无须用前述电脑编程来校验，其值为1.2285