民用建筑备用柴油发电机组容量之确定-大鼻山

1、民用建筑备用柴油发电机组容量之确定 2000年原创摘 要 简介发电机容量选择的根本原理及相关要素；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；最后给出了假设干结论及计算实例。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 根本原理21发电机容量首先

2、要满足稳定计算负荷需要，这包括消防负荷和保证负荷两局部。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局部负荷，假设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，那么必将造成机组空置、资源浪费。为此，进展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

3、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立方的相应要求。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、进展消防负荷计算时，显然不能盲目地将所有消防用电设备同时计入。推荐的计算原那么是，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，那么要视其在某防火分区火灾时投入效劳的负荷大小而定。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，

4、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，还必须进展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%。进展电压降校验及发电机组容量选择时，以下要素不可无视。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

5、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，多处进展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=Pe式中：Prg-待求发电

6、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 简化计算电路见下列图：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，那么有 Pfh+Prm=Pe，从而Sfh=Pfh/COS=(Pe-Prm)/COS =

7、(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。假设认为所选发电机带自动调整励磁装置，那么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1Sqg/SrgUwg以表1数据拟合方程，那么当Uwg=0.750.95时，近似存在：或 Srg=Sq

8、g/(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。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

9、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 kpSqm-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 7.5Prm15S2.5取等号，下同 S=4 S=6 S=1

10、0 18.5Prm22 22Prm30 30Prm37 37Prm45 S=16 S=25 S=35 S=50 45Prm55 55Prm90 90Prm110 110800 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=3PRINT“ 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

11、k=1 THEN kp=1IF k=2 THEN kp=1/3IF Prm=5.5 THENELSEIF 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

12、=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=7Sq=1/(1/(kp*Sqm)+XU)Sqg=Sfh+SqUwg=Uwm*(kp*Sqm)/SqSrg=Sqg/(5*Uwg*Uwg-11*Uwg+6.9375)IF 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，必须用程序进展容许电压降的校验，且此时发电

13、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64假设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，应分别输入假设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

14、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，假设地下室火灾，那么投入效劳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1.2285KW=342KW。仍就上例而言。假设45KW的消防水泵采用自耦65%抽头降压启动，而30KW的消防风