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民用建筑柴油发电机组容量选择

2020-10-19
来源: 礼德动力

 

1 柴油发电机组功率种类

柴油发电机组功率类型多种多样,在进行发电机组容量选择时,首先要了解所选择或所需要的是哪一种功率参数。通常柴油发电机组功率会在机组牌上面有明显标识,常见的有备用功率、常用功率和连续功率等,但这些功率参数没有统一的标准定义,而且各厂家所标注的功率及对其的定义也不尽相同。

在相关国家规范及标准定义中,柴油发电机组功率种类主要有四种:持续功率、基本功率、限时运行功率以及应急备用功率。持续功率和基本功率的每年运行时间均不受限制,前者通常用于负荷较稳定且需持续供电的场所,后者一般用于负荷多变且需要连续供电的场所。限时运行功率和应急备用功率的每年运行时间均受限,前者不超过500 h,后者不超过200 h。限时运行功率通常用于负荷较稳定但无需长期持续供电的场所,应急备用功率则一般用于市电供电较可靠的场合,提供短时供电和消防负荷供电。

2 柴油发电机组容量选择的原则

民用建筑电气设计中,柴油发电机组一般作为备用电源,为消防时的消防负荷和非消防市电停电时的重要负荷提供临时供电,平时一般不启动,机组容量选择太大会造成一次投资成本的浪费,而选择太小则无法满足实际使用功能的需求,且后者尤为重要。发电机组能否正常供电、消防设备能否正常运行关系着居民的人身和财产安全,因此,在设计中需要准确地选择机组的容量。

柴油发电机组容量选择的原则主要有以下几点:①柴油发电机组的容量和台数应根据负荷大小、投入顺序以及单台电动机最大起动容量等因素综合确定。如果负荷较大,可以采用多机并列运行或分区供电。②柴油发电机组容量要满足电动机自启动时母线最低电压,不得低于额定电压的75%,当有电梯负荷时,不得低于额定电压的80%,当电压不能满足要求时,可在运行情况允许的条件下将负荷分批启动。③在满足上述原则的前提下尽可能保证经济合理。

3 柴油发电机组容量的计算

在方案设计阶段和初步设计阶段,一般按以下两种方法进行估算,并取其中较大者:①按总建筑面积估算,总建筑面积在10 000 m2以上按15~20 W/m2估算,总建筑面积在10 000 m2以下按10~15 W/m2估算;②按变压器总安装容量估算,机组容量可按配电变压器总容量的10%~20%进行估算,建筑物规模大时取下限,规模小时取上限。

在施工图设计阶段,应根据消防负荷及一、二级重要负荷的容量,按机组供电范围内的总设备容量(稳定负荷)计算发电机容量,同时根据最大一台或一组电动机启动的需要、启动电动机时母线允许电压降、柴油发电机房内储油量,对发电机容量进行计算校验。

3.1 按稳定负荷计算发电机容量

发电机容量的计算,首先要满足稳定负荷的需要。根据柴油发电机组的供电范围,在进行稳定负荷计算时,需同时考虑消防时设备运行的情况和非消防市电停电时设备运行的情况,分别计算并取其中较大者。

消防救助时,仅消防设备投入运行,此时消防负荷包括消防水泵、防排烟风机、防火卷帘、消防电梯、应急照明等,需要注意的是消防时并非所有消防设备都同时运行,消防负荷计算时不能同时计入。火灾急救时,消防泵必须运行,但其他消防负荷是否投入运行则根据发生火灾的区域来确定,应以最不利区域发生火灾时同时投入运行的消防设备来进行消防负荷计算。例如,某工程中,多个塔楼共用一个大地下室,最不利区域为某塔楼核心筒地下室,在进行消防负荷计算时,除消防泵、消防控制室等固定负荷外,只需考虑计入最不利区域所在地下室防火分区及相邻防火分区,以及最不利区域所在塔楼的消防负荷即可。

非消防救助时停电,应保证正常运行的负荷,除应急照明、消防电梯、风机等平时与消防兼用的负荷外,还应考虑客梯、生活给水泵及电子信息系统设备等一、二级重要负荷。

根据以上消防救助时设备运行的情况和非消防救助市电停电时设备运行的情况,可以分别按以下公式计算发电机容量:

width=132.2,height=38.7 (1)

式(1)中:PG为发电机组的功率,kW;KC为可靠系数,一般取1.1~1.2;Pj为按消防时和非消防市电停电时计算的负荷容量,kW;η为不均匀系数(机组并联运行),通常为0.9,单台机组时取1;Kxi为单个或单组负荷的需要系数;Pi为单个或单组负荷功率,kW。

3.2 根据最大一台或一组电动机启动的需要,计算校验发电机容量

按上述稳定负荷计算发电机容量后,还需要根据最大一台或一组电动机启动的需要,对发电机的容量进行第一次校验,校验公式为:

PGKm×Pm+P0 (2)

式(2)中:Km为最大一台或一组电动机的最小启动倍数,如表1所示;Pm为最大一台或一组电动机的额定功率,kW;P0为在最大一台或一组电动机启动前,发电机已带负荷容量,kW。

表1 发电机组供电负荷中最大单台电动机的最小启动倍数(Km

根据式(2),得出不同母线允许电压降下启动最大单台电动机所需要的发电机组最小容量,为了便于参考,以民用建筑常见的几种大功率的电动机为例,按母线允许瞬时压降为15%和20%。

计算结果如表2和表3所示。

表2 母线允许瞬时压降为15%时启动最大单台电动机所需发电机组最小容量

表3 母线允许瞬时压降为20%时启动最大单台电动机所需发电机组最小容量

3.3 按启动电动机时母线允许电压降计算校验发电机容量

通过上述计算和第一次校验后,还需要按启动电动机时母线允许电压降,对发电机的容量进行第二次校验,校验公式为:

width=184.85,height=30.65 (3)

式(3)中:Pn为电动机总负荷,kW;K为电动机启动倍数;C为系数;width=16.65,height=16.65为电动机暂态电抗,通常为0.25;△E为应急负荷中心母线允许的瞬时电压降,通常为0.25~0.3,有电梯时取0.2;cosφ为发电机的额定功率因数,通常为0.8。全压启动时C=1;Y-△启动时C=0.67;自耦变压器启动,50%抽头时C=0.25;65%抽头时C=0.42;80%抽头时C=0.64。

套入数值,式(3)可简化为:

PGPn×K×C×0.8 (4)

式(3)、式(4)适用于柴油发电机与应急负荷距离很近的情况,当两者距离较长时,还需要考虑两者之间配电线路压降的影响。

3.4 按柴油发电机房内储油量,校验发电机容量

除了上述计算及校验外,柴油发电机房内储油量也会对机组的容量造成影响。按《建筑设计防火规范》要求,柴油发电机房内储油量不应大于1 m3;按《消防给水及消火栓系统技术规范》要求,民用建筑火灾延续时间为2 h或3 h。因此,1 m3的储油量应能满足发电机持续供电2 h或3 h的需求,否则需要额外设置室外油库及供油管道,增加系统复杂性及降低可靠性。为了便于参考,根据多家厂家机组设备参数,取其中最大值并取整,统计了常见机组功率对应的耗油量,如表4所示。

由表4可知,发电机房内1 m3的储油量如果需满足持续供电3 h的需求,则机房内设单台发电机组容量不宜大于1 280 kW。

表4 常见发电机组耗油量

4 柴油发电机组容量的校正

柴油发电机组的额定功率一般指标准环境(大气压力为100 kPa、大气温度为25 ℃、空气相对湿度为30%)下的功率,当外界环境条件不同时,则需要按修正系数C进行校正,即实际功率=额定功率× C。修正系数C可详见相关标准图集或具体发电机组样本说明等,此处不再赘述。