林文超

民用建筑柴油發(fā)電機(jī)組容量選擇

林文超

（深圳機(jī)械院建筑設(shè)計(jì)有限公司，廣東 深圳 518027）

重點(diǎn)探討如何合理、準(zhǔn)確地選擇發(fā)電機(jī)組的容量。在選擇機(jī)組容量時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際工程情況確定合適的功率參數(shù)種類，根據(jù)公式準(zhǔn)確計(jì)算并校驗(yàn)得出機(jī)組功率，最后按環(huán)境條件對(duì)功率進(jìn)行修正。

民用建筑；柴油發(fā)電機(jī)組；容量；功率

民用建筑內(nèi)用電設(shè)備能否正常工作，關(guān)系著建筑物的整體服務(wù)水平，而其中的消防用電設(shè)備能否正常工作，關(guān)系著居民的人身和財(cái)產(chǎn)安全。因此，為確保相關(guān)設(shè)備的供電可靠性，從市電取得第二電源有困難或技術(shù)經(jīng)濟(jì)不合理時(shí)，設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組作為備用電源非常必要。

1 柴油發(fā)電機(jī)組功率種類

柴油發(fā)電機(jī)組功率類型多種多樣，在進(jìn)行發(fā)電機(jī)組容量選擇時(shí)，首先要了解所選擇或所需要的是哪一種功率參數(shù)。通常柴油發(fā)電機(jī)組功率會(huì)在機(jī)組牌上面有明顯標(biāo)識(shí)，常見的有備用功率、常用功率和連續(xù)功率等，但這些功率參數(shù)沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)定義，而且各廠家所標(biāo)注的功率及對(duì)其的定義也不盡相同。

在相關(guān)國(guó)家規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)定義中，柴油發(fā)電機(jī)組功率種類主要有四種：持續(xù)功率、基本功率、限時(shí)運(yùn)行功率以及應(yīng)急備用功率。持續(xù)功率和基本功率的每年運(yùn)行時(shí)間均不受限制，前者通常用于負(fù)荷較穩(wěn)定且需持續(xù)供電的場(chǎng)所，后者一般用于負(fù)荷多變且需要連續(xù)供電的場(chǎng)所。限時(shí)運(yùn)行功率和應(yīng)急備用功率的每年運(yùn)行時(shí)間均受限，前者不超過(guò)500 h，后者不超過(guò)200 h。限時(shí)運(yùn)行功率通常用于負(fù)荷較穩(wěn)定但無(wú)需長(zhǎng)期持續(xù)供電的場(chǎng)所，應(yīng)急備用功率則一般用于市電供電較可靠的場(chǎng)合，提供短時(shí)供電和消防負(fù)荷供電。

2 柴油發(fā)電機(jī)組容量選擇的原則

民用建筑電氣設(shè)計(jì)中，柴油發(fā)電機(jī)組一般作為備用電源，為消防時(shí)的消防負(fù)荷和非消防市電停電時(shí)的重要負(fù)荷提供臨時(shí)供電，平時(shí)一般不啟動(dòng)，機(jī)組容量選擇太大會(huì)造成一次投資成本的浪費(fèi)，而選擇太小則無(wú)法滿足實(shí)際使用功能的需求，且后者尤為重要。發(fā)電機(jī)組能否正常供電、消防設(shè)備能否正常運(yùn)行關(guān)系著居民的人身和財(cái)產(chǎn)安全，因此，在設(shè)計(jì)中需要準(zhǔn)確地選擇機(jī)組的容量。

柴油發(fā)電機(jī)組容量選擇的原則主要有以下幾點(diǎn)：①柴油發(fā)電機(jī)組的容量和臺(tái)數(shù)應(yīng)根據(jù)負(fù)荷大小、投入順序以及單臺(tái)電動(dòng)機(jī)最大起動(dòng)容量等因素綜合確定。如果負(fù)荷較大，可以采用多機(jī)并列運(yùn)行或分區(qū)供電。②柴油發(fā)電機(jī)組容量要滿足電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)母線最低電壓，不得低于額定電壓的75%，當(dāng)有電梯負(fù)荷時(shí)，不得低于額定電壓的80%，當(dāng)電壓不能滿足要求時(shí)，可在運(yùn)行情況允許的條件下將負(fù)荷分批啟動(dòng)。③在滿足上述原則的前提下盡可能保證經(jīng)濟(jì)合理。

3 柴油發(fā)電機(jī)組容量的計(jì)算

在方案設(shè)計(jì)階段和初步設(shè)計(jì)階段，一般按以下兩種方法進(jìn)行估算，并取其中較大者：①按總建筑面積估算，總建筑面積在10 000 m2以上按15～20 W/m2估算，總建筑面積在10 000 m2以下按10～15 W/m2估算；②按變壓器總安裝容量估算，機(jī)組容量可按配電變壓器總?cè)萘康?0%～20%進(jìn)行估算，建筑物規(guī)模大時(shí)取下限，規(guī)模小時(shí)取上限。

在施工圖設(shè)計(jì)階段，應(yīng)根據(jù)消防負(fù)荷及一、二級(jí)重要負(fù)荷的容量，按機(jī)組供電范圍內(nèi)的總設(shè)備容量（穩(wěn)定負(fù)荷）計(jì)算發(fā)電機(jī)容量，同時(shí)根據(jù)最大一臺(tái)或一組電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的需要、啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)母線允許電壓降、柴油發(fā)電機(jī)房?jī)?nèi)儲(chǔ)油量，對(duì)發(fā)電機(jī)容量進(jìn)行計(jì)算校驗(yàn)。

3.1 按穩(wěn)定負(fù)荷計(jì)算發(fā)電機(jī)容量

發(fā)電機(jī)容量的計(jì)算，首先要滿足穩(wěn)定負(fù)荷的需要。根據(jù)柴油發(fā)電機(jī)組的供電范圍，在進(jìn)行穩(wěn)定負(fù)荷計(jì)算時(shí)，需同時(shí)考慮消防時(shí)設(shè)備運(yùn)行的情況和非消防市電停電時(shí)設(shè)備運(yùn)行的情況，分別計(jì)算并取其中較大者。

消防救助時(shí)，僅消防設(shè)備投入運(yùn)行，此時(shí)消防負(fù)荷包括消防水泵、防排煙風(fēng)機(jī)、防火卷簾、消防電梯、應(yīng)急照明等，需要注意的是消防時(shí)并非所有消防設(shè)備都同時(shí)運(yùn)行，消防負(fù)荷計(jì)算時(shí)不能同時(shí)計(jì)入。火災(zāi)急救時(shí)，消防泵必須運(yùn)行，但其他消防負(fù)荷是否投入運(yùn)行則根據(jù)發(fā)生火災(zāi)的區(qū)域來(lái)確定，應(yīng)以最不利區(qū)域發(fā)生火災(zāi)時(shí)同時(shí)投入運(yùn)行的消防設(shè)備來(lái)進(jìn)行消防負(fù)荷計(jì)算。例如，某工程中，多個(gè)塔樓共用一個(gè)大地下室，最不利區(qū)域?yàn)槟乘呛诵耐驳叵率遥谶M(jìn)行消防負(fù)荷計(jì)算時(shí)，除消防泵、消防控制室等固定負(fù)荷外，只需考慮計(jì)入最不利區(qū)域所在地下室防火分區(qū)及相鄰防火分區(qū)，以及最不利區(qū)域所在塔樓的消防負(fù)荷即可。

非消防救助時(shí)停電，應(yīng)保證正常運(yùn)行的負(fù)荷，除應(yīng)急照明、消防電梯、風(fēng)機(jī)等平時(shí)與消防兼用的負(fù)荷外，還應(yīng)考慮客梯、生活給水泵及電子信息系統(tǒng)設(shè)備等一、二級(jí)重要負(fù)荷。

根據(jù)以上消防救助時(shí)設(shè)備運(yùn)行的情況和非消防救助市電停電時(shí)設(shè)備運(yùn)行的情況，可以分別按以下公式計(jì)算發(fā)電機(jī)容量：

式（1）中：G為發(fā)電機(jī)組的功率，kW；C為可靠系數(shù)，一般取1.1～1.2；j為按消防時(shí)和非消防市電停電時(shí)計(jì)算的負(fù)荷容量，kW；為不均勻系數(shù)（機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行），通常為0.9，單臺(tái)機(jī)組時(shí)取1；i為單個(gè)或單組負(fù)荷的需要系數(shù)；i為單個(gè)或單組負(fù)荷功率，kW。

3.2 根據(jù)最大一臺(tái)或一組電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的需要，計(jì)算校驗(yàn)發(fā)電機(jī)容量

按上述穩(wěn)定負(fù)荷計(jì)算發(fā)電機(jī)容量后，還需要根據(jù)最大一臺(tái)或一組電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的需要，對(duì)發(fā)電機(jī)的容量進(jìn)行第一次校驗(yàn)，校驗(yàn)公式為：

G≥m×m+0（2）

式（2）中：m為最大一臺(tái)或一組電動(dòng)機(jī)的最小啟動(dòng)倍數(shù)，如表1所示；m為最大一臺(tái)或一組電動(dòng)機(jī)的額定功率，kW；0為在最大一臺(tái)或一組電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)前，發(fā)電機(jī)已帶負(fù)荷容量，kW。

表1 發(fā)電機(jī)組供電負(fù)荷中最大單臺(tái)電動(dòng)機(jī)的最小啟動(dòng)倍數(shù)（）

電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式全壓?jiǎn)?dòng)Y-△啟動(dòng)自耦變壓器啟動(dòng) 0.65Uc0.8Uc 母線允許電壓降20%5.51.92.43.6 15%72.334.5 10%7.82.63.35

根據(jù)式（2），得出不同母線允許電壓降下啟動(dòng)最大單臺(tái)電動(dòng)機(jī)所需要的發(fā)電機(jī)組最小容量，為了便于參考，以民用建筑常見的幾種大功率的電動(dòng)機(jī)為例，按母線允許瞬時(shí)壓降為15%和20%。

計(jì)算結(jié)果如表2和表3所示。

表2 母線允許瞬時(shí)壓降為15%時(shí)啟動(dòng)最大單臺(tái)電動(dòng)機(jī)所需發(fā)電機(jī)組最小容量

發(fā)電機(jī)組最小容量/kW 最大的單臺(tái)電動(dòng)機(jī)額定功率/kW啟動(dòng)方式預(yù)接負(fù)荷占發(fā)電機(jī)容量比例 0%30%50%70% 22全壓?jiǎn)?dòng)154220308513 Y-△啟動(dòng)5172101169 自耦變壓器啟動(dòng)0.65Uc6694132220 0.8Uc99141198330 30全壓?jiǎn)?dòng)210300420700 Y-△啟動(dòng)6999138230 自耦變壓器啟動(dòng)0.65Uc90129180300 0.8Uc135193270450 55全壓?jiǎn)?dòng)3855507701 283 Y-△啟動(dòng)127181253422 自耦變壓器啟動(dòng)0.65Uc165236330550 0.8Uc248354495825 75全壓?jiǎn)?dòng)5257501 0501 750 Y-△啟動(dòng)173246345575 自耦變壓器啟動(dòng)0.65Uc225321450750 0.8Uc3384826751 125 110全壓?jiǎn)?dòng)7701 1001 5402 567 Y-△啟動(dòng)253361506843 自耦變壓器啟動(dòng)0.65Uc3304716601 100 0.8Uc4957079901 650 160全壓?jiǎn)?dòng)1 1201 6002 2403 733 Y-△啟動(dòng)3685267361 227 自耦變壓器啟動(dòng)0.65Uc4806869601 600 0.8Uc7201 0291 4402 400

表3 母線允許瞬時(shí)壓降為20%時(shí)啟動(dòng)最大單臺(tái)電動(dòng)機(jī)所需發(fā)電機(jī)組最小容量

發(fā)電機(jī)組最小容量/kW 最大的單臺(tái)電動(dòng)機(jī)額定功率/kW啟動(dòng)方式預(yù)接負(fù)荷占發(fā)電機(jī)容量比例 0%30%50%70% 22全壓?jiǎn)?dòng)121173242403 Y-△啟動(dòng)426084139 自耦變壓器啟動(dòng)0.65Uc5375106176 0.8Uc79113158264 30全壓?jiǎn)?dòng)165236330550 Y-△啟動(dòng)5781114190 自耦變壓器啟動(dòng)0.65Uc72103144240 0.8Uc108154216360 55全壓?jiǎn)?dòng)3034326051 008 Y-△啟動(dòng)105149209348 自耦變壓器啟動(dòng)0.65Uc132189264440 0.8Uc198283396660 75全壓?jiǎn)?dòng)4135898251 375 Y-△啟動(dòng)143204285475 自耦變壓器啟動(dòng)0.65Uc180257360600 0.8Uc270386540900 110全壓?jiǎn)?dòng)6058641 2102 017 Y-△啟動(dòng)209299418697 自耦變壓器啟動(dòng)0.65Uc264377528880 0.8Uc3965667921 320 160全壓?jiǎn)?dòng)8801 2571 7602 933 Y-△啟動(dòng)3044346081 013 自耦變壓器啟動(dòng)0.65Uc3845497681 280 0.8Uc5768231 1521 920

3.3 按啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)母線允許電壓降計(jì)算校驗(yàn)發(fā)電機(jī)容量

通過(guò)上述計(jì)算和第一次校驗(yàn)后，還需要按啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)母線允許電壓降，對(duì)發(fā)電機(jī)的容量進(jìn)行第二次校驗(yàn)，校驗(yàn)公式為：

套入數(shù)值，式（3）可簡(jiǎn)化為：

G≥n×××0.8 （4）

式（3）、式（4）適用于柴油發(fā)電機(jī)與應(yīng)急負(fù)荷距離很近的情況，當(dāng)兩者距離較長(zhǎng)時(shí)，還需要考慮兩者之間配電線路壓降的影響。

3.4 按柴油發(fā)電機(jī)房?jī)?nèi)儲(chǔ)油量，校驗(yàn)發(fā)電機(jī)容量

除了上述計(jì)算及校驗(yàn)外，柴油發(fā)電機(jī)房?jī)?nèi)儲(chǔ)油量也會(huì)對(duì)機(jī)組的容量造成影響。按《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》要求，柴油發(fā)電機(jī)房?jī)?nèi)儲(chǔ)油量不應(yīng)大于1 m3；按《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》要求，民用建筑火災(zāi)延續(xù)時(shí)間為2 h或3 h。因此，1 m3的儲(chǔ)油量應(yīng)能滿足發(fā)電機(jī)持續(xù)供電2 h或3 h的需求，否則需要額外設(shè)置室外油庫(kù)及供油管道，增加系統(tǒng)復(fù)雜性及降低可靠性。為了便于參考，根據(jù)多家廠家機(jī)組設(shè)備參數(shù)，取其中最大值并取整，統(tǒng)計(jì)了常見機(jī)組功率對(duì)應(yīng)的耗油量，如表4所示。

由表4可知，發(fā)電機(jī)房?jī)?nèi)1 m3的儲(chǔ)油量如果需滿足持續(xù)供電3 h的需求，則機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)單臺(tái)發(fā)電機(jī)組容量不宜大于1 280 kW。

表4 常見發(fā)電機(jī)組耗油量

發(fā)電機(jī)組容量/kW4005206408801 0001 2801 600 耗油量/（L/h）110135180250290330430

4 柴油發(fā)電機(jī)組容量的校正

柴油發(fā)電機(jī)組的額定功率一般指標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境（大氣壓力為100 kPa、大氣溫度為25 ℃、空氣相對(duì)濕度為30%）下的功率，當(dāng)外界環(huán)境條件不同時(shí)，則需要按修正系數(shù)進(jìn)行校正，即實(shí)際功率=額定功率×。修正系數(shù)可詳見相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)圖集或具體發(fā)電機(jī)組樣本說(shuō)明等，此處不再贅述。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上可知，在選擇機(jī)組容量時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)實(shí)際工程情況確定合適的功率參數(shù)種類，再根據(jù)公式準(zhǔn)確計(jì)算并校驗(yàn)得出機(jī)組功率，最后按環(huán)境條件對(duì)功率進(jìn)行修正，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組容量的正確選擇。

［1］楊俊智，張洪戰(zhàn)，王忠華，等.GB/T 2820.1—2009 往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的交流發(fā)電機(jī)組第1部分：用途、定額和性能［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

［2］倪照鵬，劉激揚(yáng)，王宗存，等.GB 50016—2014（2018版）建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范［S］.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2019.

［3］黃曉家，馬恒，曾杰，等.GB 50974—2014 消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2014.

［4］王金元，洪元頤，溫伯銀，等.JGJ 16—2008 民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

［5］中國(guó)航空規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院有限公司.工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.4版.北京：中國(guó)電力出版社，2005.

TM314

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.15.002

2095－6835（2019）15－0003－03

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕