龍 君

[同濟大學建筑設計研究院(集團)有限公司, 上海 200092]

柴油發(fā)電機組的容量計算

龍 君

[同濟大學建筑設計研究院(集團)有限公司, 上海 200092]

介紹了柴油發(fā)電機組的功能使用要求,結合設計實例分析了施工圖中柴油發(fā)電機組的容量計算。在工程設計中除按穩(wěn)定負荷計算發(fā)電機容量外,還應復核發(fā)電機母線允許壓降和尖峰負荷對電源質量的影響,以保障柴油發(fā)電機組的供電可靠性。

柴油發(fā)電機組; 容量計算; 穩(wěn)定負荷; 尖峰負荷

0 引 言

隨著經濟的發(fā)展,高層、超高層建筑以及大型公共建筑越來越多,柴油發(fā)電機的使用也越來越普及。柴油發(fā)電機組具有起動迅速、結構緊湊、占地面積小、工程量小、維護操作簡單等特點,在工程建筑中作為備用電源或應急電源的首選設備。柴油發(fā)電機的設計涉及建筑功能要求、建筑消防和人員疏散要求、建筑設備用電需求等多方面的要求。

本文結合民用建筑中的設計實例,介紹了柴油發(fā)電機組的容量計算。

1 柴油發(fā)電機組的功能使用要求

通常,設置自備柴油發(fā)電機組的情況有兩種:

(1) 為保證一級負荷中特別重要的負荷用電。

(2) 用電負荷為一級,但從市電獲取第二電源有困難或技術經濟不合理。

在選擇柴油發(fā)電機組時,需根據柴油發(fā)電機組負載情況及其用途來確定柴油發(fā)電機組的等級。

柴油發(fā)電機組性能等級如表1所示。

表1 柴油發(fā)電機組性能等級

對于一般民用建筑設計,使用較多的是G2、G4級柴油發(fā)電機組;其中G2級柴油發(fā)電機組多適用于高層、超高層建筑以及大型公共建筑;G4級柴油發(fā)電機組適用于數據中心類建筑。

根據JGJ 16—2008《民用建筑電氣設計規(guī)范》第6.1.2條,柴油發(fā)電機組的選擇應符合以下規(guī)定:

(1) 機組容量與臺數應根據應急負荷大小、投入順序以及單臺電動機最大起動容量等因素綜合確定。當應急負荷較大時,可采用多機并列運行,機組臺數宜為2～4臺。

(2) 在方案及初步設計階段,柴油發(fā)電機容量可按配電變壓器總容量的10%～20%進行估算。在施工圖設計階段,可根據一級負荷、消防負荷以及某些重要二級負荷的容量,按下列方法計算的發(fā)電機最大容量確定:① 按穩(wěn)定負荷計算發(fā)電機容量;② 按最大的單臺電動機或成組電動機起動的需要,計算發(fā)電機容量;③ 按起動電動機時,發(fā)電機母線允許電壓降計算發(fā)電機容量。

(3) 當有電梯負荷時,在全電壓起動最大容量籠型電動機情況下,發(fā)電機母線電壓不應低于額定電壓的80%;當無電梯負荷時,其母線電壓不應低于額定電壓的75%。當條件允許時,電動機可用降壓起動方式。

2 施工圖中柴油發(fā)電機組的容量計算

在施工圖階段,可根據已有的配電干線負荷、單臺最大電動機容量等來計算所需的柴油發(fā)電機組的容量。

一般應急電源只設一臺機組,其容量大小按應急負荷大小和電動機容量等因素綜合考慮確定。

在施工圖階段可根據一級負荷、消防負荷以及某些重要的二級負荷容量,按下述方法計算并選擇其中容量最大值。

(1) 按穩(wěn)定負荷計算發(fā)電機容量:

SG1=PΣ/ηΣcosφ

(1)

式中:PΣ——發(fā)電機總負荷計算功率;

ηΣ——所帶負荷的綜合效率,一般取0.82～0.88;

cosφ——發(fā)電機額定功率因數,一般取0.8。

(2) 按尖峰負荷計算發(fā)電機容量:

SG2=KjSm/KG

(2)

式中:Kj——尖峰負荷造成的電動機功率下降的系數,一般取0.90～0.95;

KG——發(fā)電機允許短時過載系數,一般取1.4～1.6;

Sm——最大的單臺電動機或成組電動機的起動容量。

(3) 按發(fā)電機母線允許壓降計算發(fā)電機容量:

SG3=(1-ΔU)Xd′SSTΔ/ΔU

(3)

式中: ΔU——發(fā)電機母線允許壓降,一般取0.2;

Xd′——發(fā)電機瞬態(tài)電抗,一般取0.2;

SSTΔ——導致發(fā)電機最大電壓降的電動機的最大起動容量。

柴油發(fā)電機的額定功率是在外界大氣壓力為101.325 kPa、溫度為20℃、相對濕度為50%的情況下,保證能連續(xù)運行12 h的功率(包括超負荷110%運行1 h)。如連續(xù)運行時間超過12 h,則應按90%額定功率使用。如氣壓、氣溫、濕度與上述規(guī)定不同,應對柴油發(fā)電機的額定功率進行修正。

3 設計實例一

某住宅小區(qū)地上有兩棟一類高層住宅建筑,地下室為汽車車庫。根據當地供電部門要求,由市政提供兩路10 kV電源供電,并設置柴油發(fā)電機作為備用電源。當一路電源發(fā)生故障時,另一路電源不應同時受到損壞。10 kV電源發(fā)生故障時,15 s內自起動應急柴油發(fā)電機組,以保證一、二級負荷的供電要求。

3.1 按穩(wěn)定負荷計算發(fā)電機容量

施工圖負荷計算書中消防負荷為430.9 kW,非常消防負荷為273.7 kW。因此,按穩(wěn)定負荷中消防負荷的功率來選擇一臺512 kW柴油發(fā)電機組,cosφ=0.8,由式(1)得發(fā)電機容量為

SG1=576kVA

3.2 按尖峰負荷計算發(fā)電機容量

該項目最大電動機容量為90 kW,其起動容量Sm=KstPm/cosφ,其中Kst=6.5,cosφ=0.7,計算得Sm=6.5×90/0.7=835 kVA。另Kj=0.95,KG=1.4,由式(2)得,發(fā)電機容量為

SG2=0.95×835/1.4=567kVA

根據計算結果,SG1>SG2,柴油發(fā)電機組容量SG1=576 kVA滿足尖峰負荷對柴油發(fā)電機的要求。

3.3 按發(fā)電機母線允許壓降計算發(fā)電機容量

該項目最大電動機容量為90 kW,Kst=6.5,cosφ=0.7,計算出起動容量Sm=6.5×90/0.7=835 kVA。另ΔU=0.2,Xd=0.2,則由式(3)得,發(fā)電機容量為

SG3=(1-0.2)×0.2×835/0.2=668kVA

柴油發(fā)電機組容量SG3=668 kVA時,滿足發(fā)電機母線允許壓降的要求。

該項目所在地區(qū)為非高海拔地區(qū),同時柴油發(fā)電機未要求連續(xù)運行12 h,故無需按90%的長期運行功率來修正柴油發(fā)電機組的額定功率。

根據上述計算結果可知,SG3>SG1且SG3>SG2,故選用668 kVA柴油發(fā)電機組。

4 設計實例二

某商業(yè)綜合體總建筑面積約為30萬m2,建筑防火分類為Ⅰ類高層建筑,采用多路10 kV進線設計,其中當一組電源發(fā)生故障時,另一組電源應不應同時受到損壞。為保證一級負荷中特別重要負荷的供電可靠性,設置應急柴油發(fā)電機組作為備用電源。

4.1 按穩(wěn)定負荷計算發(fā)電機容量

施工圖負荷計算書中,消防負荷為950 kW,非消防負荷為1 750 kW。因此,按穩(wěn)定負荷中非消防負荷的功率來選擇一臺2 000 kW柴油發(fā)電機組,cosφ=0.8,由式(1)得,發(fā)電機容量為

SG1=2 250kVA

4.2 按尖峰負荷計算發(fā)電機容量

該項目最大電動機容量為110 kW,Kst=6.5,cosφ=0.7,計算出起動容量Sm=6.5×110/0.7=1 021 kVA。由式(2)得,發(fā)電機容量為

SG2=0.95×1 021/1.4=692kVA

柴油發(fā)電機組容量SG2=692 kVA時,滿足尖峰負荷對柴油發(fā)電機容量的要求。

4.3 按發(fā)電機母線允許壓降計算發(fā)電機容量

該項目最大電動機容量為110 kW,Kst=6.5,cosφ=0.7,計算出起動容量Sm=6.5×110/0.7=1 021 kVA。由式(3)得發(fā)電機容量為

SG3=(1-0.2)×0.2×1 021/0.2=816kVA

柴油發(fā)電機組容量SG3=816 kVA時,滿足發(fā)電機母線允許壓降的要求。

該項目所在地區(qū)為非高海拔地區(qū),同時柴油發(fā)電機未要求連續(xù)運行12 h,故無需按90%的長期運行功率來修正柴油發(fā)電機組的額定功率。

根據上述計算結果可知,SG1>SG2且SG1>SG3,故選用2 250 kVA柴油發(fā)電機組。

5 柴油發(fā)電機組選擇的經濟性

對于設計實例二,是選擇一臺2 000 kW的柴油發(fā)電機組,還是選擇兩臺1 000 kW的柴油發(fā)電機組,需要對其經濟性進行考慮。

5.1 機組價格

單臺2 000 kW柴油發(fā)電機組價格約為250萬元;單臺1 000 kW柴油發(fā)電機價格約為100萬元。因此,選擇單臺柴油發(fā)電機組比選擇兩臺柴油發(fā)電機組高出50萬元。

5.2 機房面積

單臺2 000 kW柴油發(fā)電機組機房面積約為40 m2;兩臺1 000 kW柴油發(fā)電機組機房面積約為75 m2。兩臺1 000 kW柴油發(fā)電機組的機房面積幾乎為單臺2 000 kW柴發(fā)機組的機房面積的2倍。

綜上所述,兩種柴發(fā)機組設計方案均有利有弊,一種前期投入高,但減少了機房的面積;另一種前期投入相對少,但增加了機房的面積,可能對商業(yè)的出租面積以及車位數量有影響。柴油發(fā)電機組設計方案的選擇,應根據項目的整體運營及業(yè)主的實際使用需求來決定。

6 結 語

隨著大型公共建筑的發(fā)展,作為應急電源的柴油發(fā)電機組,更應保證其設計的可靠性和穩(wěn)定性。在工程設計中,除按穩(wěn)定負荷計算出發(fā)電機容量外,還應復核發(fā)電機母線允許壓降和尖峰負荷對電源質量的影響,以保障作為應急電源的柴發(fā)機組的供電可靠性。

[1] 中國航空工業(yè)規(guī)劃設計研究院.工業(yè)與民用配電設計手冊[M].3版.北京:中國電力出版社,2005.

[2] JGJ 16—2008 民用建筑電氣設計規(guī)范[S].

[3] GB/T 2820.1—2009 往復式內燃機驅動的交流發(fā)電機組 用途、定額和性能[S].

Capacity Calculation of Diesel Power Generating Set

LONGJun

[Architectural Design & Research Institute(Group) Co., Ltd.,Tongji University, Shanghai 200092, China]

This paper introduced the functional requirements of diesel power generating set.Combined with design examples,the capacity calculations of diesel power generating set were analyzed in the construction drawing.According to the stable load,the capacity of generator set is calculated in engineering design.The allowed pressure drop of generator bus bar and the influence of peak load on power supply quality are reexamined to ensure the power supply reliability of the diesel generator set.

diesel power generating set; capacity calculation; steady load; peak load

龍 君(1982—),男,工程師,從事建筑電氣供配電方面的研究。

TU 852

B

1674-8417(2015)07-0030-04

2015-03-28