柴油发电机组容量选择1

1、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。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

2、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

3、。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。2 2 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

4、，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

5、动这种方法。e。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=Kc·Pe=PePrg=K·Pjs=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，

6、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简化计算电路从略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/(kp ·Sqm)+XL/(Urg2)Sqm=C·Srm= C·Prm/0.8, XL=(0.07+6.3/S)·L/1000电动机端子电压Uwm与

7、发电机母线电压（Uwg）存在关联，即Uwg=kp·Sqm·Uwm/Sq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=Srg·COS=0.8Srg=0.8Sqg/(5Uwg2 -11Uwg+6.9375) ；又因上述推导均为临界

8、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

9、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kp1.00.33330.4225Sqm- 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 0<Prm150kW。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，0<L0.1千米。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 30<Prm5.55.5<Prm7.57.5<Prm1515&l

10、t;Prm18.5S2.5 （取等号，下同）S=4S=6S=1018.5<Prm2222<Prm3030<Prm3737<Prm45S=16S=25S=35S=5045<Prm5555<Prm9090<Prm110110<Prm150S=70S=95S=120S=1855 简化的数学公式在忽略电动机线路电压降影响之后（即XL=0），更简化的数学公式推导如下：Sq=kp(C·Srm)=kp·C·Prm/0.8=8.75kp ·Prm而 Sfh=1.25(Pe-Prm)，所以，Sqg=Sfh+Sq=1.25(P

11、e- Prm)+ 8.75kp ·Prm =1.25Pe+(8.75kp -1.25)Prm又因 XL=0，故 Uwg=Uwm=0.8所以， Srg=Sqg/(5Uwg2-11Uwg+6.9375)=Sqg/(5 ×0.82 - 11×0.8+6.9375)=Sqg/1.3375故有， Prg=0.8Srg=0.8Sqg/1.3375=0.81.25Pe+(8.75kp-1.25)Prm/1.3375全压启动时， kp=1， Prg=0.748Pe+4.486Prm ；星三角启动时， kp=1/3 ， Prg=0.748Pe+0.996Prm ；自耦 65%抽头启

12、动时， kp=0.4225 ，Prg=0.748Pe+1.464Prm ；稳定负荷计算中， Prg=1.2Pe ，将此式与上述、式分别比较，并结合关系式PePrm，可得出下面第6.16.3 条重要结论。6 几点结论61 同时满足以下三种启动条件的任意工程（假设电动机启动方式仅限于全压、星三角、自耦三种），其发电机组容量为最小，且其值仅取决于稳定计算负荷的大小（即 Prg=1.2Pe ），无须再考虑启动负荷的影响，即无须用程序进行容许电压降的校验。a。当最不利防火分区消防设备总安装功率Pe，不小于某单台电动机功率Prm 的 11 倍时，即 Pe11Prm 时，该单台电动机的启动方式不受限制，采用

13、全压或降压启动均可。b。当 11Prm>Pe3.5Prm 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 3.5Prm>Pe2.5Prm 时，该单台电动机只应采用星三角启动。62 当 2.5Prm>Pe 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Prg>1.2Pe 。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5.31.82.364 若仅以启动容量最大的单台电动机来校验发电机容量

14、，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。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285

15、KW。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 285KW>250KW，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 285KW>11×15KW，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11×45KW>285KW>3×.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 1.2 ×285KW=342KW。仍就上例而言。假设 45KW的消