彭 軍 董菁雯

柴油發(fā)電機(jī)選型與機(jī)房設(shè)計(jì)

彭 軍 董菁雯

從工程設(shè)計(jì)中所遇到的具體問題出發(fā),著重論述了在柴油發(fā)電機(jī)選型過程中需要考慮的用電負(fù)荷、投入時(shí)間和配置,在機(jī)房設(shè)計(jì)過程中需要考慮的選址、布置和消防,為相關(guān)人員從事柴油發(fā)電機(jī)選型和機(jī)房設(shè)計(jì)工作提供了借鑒。

柴油發(fā)電機(jī)組選型,機(jī)房設(shè)計(jì),自啟動(dòng)電源,應(yīng)急電源

柴油發(fā)電機(jī)具有單機(jī)容量等級(jí)多、配置方便,單位功率重量輕、安裝靈活,熱效率高、燃油消耗低,啟動(dòng)迅速,并能很快達(dá)到全功率,操作簡(jiǎn)單、維護(hù)便利等優(yōu)點(diǎn)。這使得柴油機(jī)發(fā)電作為自啟動(dòng)電源在工業(yè)和民用領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。相關(guān)工程有電廠的保安電源、高層民用建筑的緊急電源或消防電源(通常緊急電源兼作消防電源)和電子信息系統(tǒng)機(jī)房的不間斷電源等。與其他發(fā)電項(xiàng)目相比柴油發(fā)電項(xiàng)目的系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單,但是從既要滿足相關(guān)的規(guī)范和用電要求,又要合理配置機(jī)型和優(yōu)化機(jī)房設(shè)計(jì)的要求出發(fā),設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中仍應(yīng)著重考慮以下幾個(gè)方面。

1 選型

1.1 用電負(fù)荷

負(fù)荷一般分為電阻性、電感性等線性負(fù)荷與內(nèi)含整流電路的非線性負(fù)荷。對(duì)于電阻性負(fù)荷,發(fā)電機(jī)組的容量只要略大于負(fù)荷功率即可。對(duì)于電感性負(fù)荷,其啟動(dòng)電流為正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的 5倍 ～7倍,通常采用減壓?jiǎn)?dòng)的方法(星形—三角形換接啟動(dòng),自耦減壓?jiǎn)?dòng),電抗減壓?jiǎn)?dòng),延邊三角形啟動(dòng))。對(duì)于像計(jì)算機(jī)和通信設(shè)備這種整流濾波型負(fù)荷或UPS等非線性負(fù)荷,出于安全考慮應(yīng)把機(jī)組容量選大一些[1]。

對(duì)于火電廠的保安電源,應(yīng)根據(jù)相關(guān)規(guī)定[2,3]確定用電負(fù)荷。保安負(fù)荷僅限于機(jī)組的交流廠用電源突然全部消失后,保證機(jī)組安全停機(jī),不致?lián)p壞設(shè)備,并能很快啟動(dòng)、恢復(fù)供電,而必須繼續(xù)運(yùn)行的負(fù)荷。

對(duì)于民用建筑,也應(yīng)根據(jù)規(guī)定[4-6]合理統(tǒng)計(jì)用電負(fù)荷。柴油發(fā)電機(jī)作為應(yīng)急電源,其使用特性是使用時(shí)間短、長(zhǎng)期處于閑置狀態(tài),同時(shí)該設(shè)備的費(fèi)用占據(jù)了該工程投資的主要部分。如果用電負(fù)荷統(tǒng)計(jì)過多會(huì)導(dǎo)致機(jī)組選型偏大,投資額急劇上升。建筑物的用電負(fù)荷可分為保安型負(fù)荷、保障型負(fù)荷和一般負(fù)荷。計(jì)算應(yīng)急發(fā)電機(jī)組的容量時(shí),保安負(fù)荷必須考慮在內(nèi),保障負(fù)荷則根據(jù)大樓功能及電網(wǎng)情況來定,若大樓功能要求較高或城市電網(wǎng)供電不穩(wěn)定,則應(yīng)將第二類負(fù)荷考慮在內(nèi)。

對(duì)于像銀行和各類調(diào)度中心的電子信息系統(tǒng)機(jī)房的用電負(fù)荷,除應(yīng)參照以上民用建筑的相關(guān)規(guī)范外還應(yīng)結(jié)合行業(yè)規(guī)定[7]予以考慮。需要強(qiáng)調(diào)的是,依據(jù)規(guī)范,用電負(fù)荷包括 UPS的基本容量、空調(diào)和制冷設(shè)備的基本容量、應(yīng)急照明及關(guān)系到生命安全等需要的負(fù)荷容量。

1.2 投入時(shí)間

通常要求柴油發(fā)電機(jī)在非常短的時(shí)間內(nèi)將所發(fā)的電投入到用電線路中。保安電源要求 5 s內(nèi)完成線路切換,20 s內(nèi)恢復(fù)母線段的供電。民用建筑要求在 30 s內(nèi)實(shí)現(xiàn)供電。由于電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)有 UPS,通常柴油發(fā)電機(jī)要在 UPS失電之前開始供電。標(biāo)準(zhǔn)型 UPS備用時(shí)間為 5min～15min,長(zhǎng)效型為 1 h～8 h,應(yīng)根據(jù) UPS的選型來確定不間斷電源的投入時(shí)間。

1.3 容量

通常柴油發(fā)電機(jī)標(biāo)有常用功率(額定功率)和備用功率(最大功率)。常用功率是指在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下,連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn) 12h的輸出功率;備用功率指每連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn) 12 h可允許在 1 h內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)的最大功率。另外,在容量估算時(shí)需考慮多方面的因素,包括使用環(huán)境、負(fù)載類型和預(yù)留余量等方面[8]。

柴油發(fā)電機(jī)按照轉(zhuǎn)速、功率、用途等有多種分類方式,通常采用的是按照柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速分類。柴油機(jī)按照轉(zhuǎn)速可以分為低速、中速和高速機(jī),參數(shù)和用途見表 1。低速機(jī)單機(jī)容量可以做到 10MW,但是由于該類機(jī)需要長(zhǎng)期處于熱備用狀態(tài)使得維護(hù)較為繁瑣,且加載時(shí)間較長(zhǎng)(有的品牌機(jī)要延遲十多分鐘),故不建議考慮低速機(jī)。

表1 柴油發(fā)電機(jī)分類

當(dāng)負(fù)荷較大時(shí)可采用多臺(tái)中高速機(jī)并車運(yùn)行方式來滿足負(fù)荷要求。此時(shí)使用 n+1運(yùn)行模式(n指滿足負(fù)荷要求的并車柴油發(fā)電機(jī)組的臺(tái)數(shù)),即電源故障停電經(jīng)過延時(shí)確認(rèn)以后,發(fā)出自啟動(dòng)指令,如果某一臺(tái)機(jī)組連續(xù) 3次自啟動(dòng)失敗,應(yīng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)并自啟動(dòng)那多出的 1臺(tái)機(jī)組。柴油發(fā)電機(jī)組應(yīng)盡量選用同型號(hào)、同容量的機(jī)組,以便備用相同的零部件,方便維修與管理。負(fù)荷變化大的工程,也可以選用同系列不同容量的機(jī)組。機(jī)組輸出標(biāo)定電壓一般為 400 V,個(gè)別用電量大,輸電距離遠(yuǎn)的工程可以選用高壓發(fā)電機(jī)組[9]。

2 設(shè)計(jì)

2.1 選址

柴油發(fā)電機(jī)房的生產(chǎn)過程中火災(zāi)危險(xiǎn)性等級(jí)為丙級(jí),最低耐火等級(jí)為二級(jí)。應(yīng)滿足相應(yīng)的防火規(guī)程和規(guī)范的要求,根據(jù)主導(dǎo)風(fēng)向?qū)C(jī)房布置于清潔、涼爽、干燥的環(huán)境中,以使機(jī)房保持良好的通風(fēng)、降低機(jī)房溫度,并提供給發(fā)電機(jī)組足夠的新風(fēng),盡量避免其運(yùn)行噪聲、振動(dòng)和排氣對(duì)周圍環(huán)境的影響[10]。

對(duì)于電廠、電子信息系統(tǒng)機(jī)房這一類建筑,柴油發(fā)電機(jī)設(shè)置在一層。條件允許下,應(yīng)使柴油發(fā)電機(jī)房的兩面墻直接靠室外,這樣發(fā)電機(jī)房的進(jìn)排風(fēng)條件較好,可以一面墻專作進(jìn)風(fēng)使用,另一面墻專作排風(fēng)使用。

對(duì)于高層民用建筑,如果有地下層,柴油發(fā)電機(jī)一般設(shè)置在地下一層。若設(shè)置在地下一層,首先需考慮到發(fā)電機(jī)的搬運(yùn)問題,以使其規(guī)劃的搬運(yùn)通道及樓面荷載能滿足發(fā)電機(jī)的運(yùn)輸要求。其次得考慮發(fā)電機(jī)的進(jìn)風(fēng)、排風(fēng)、排煙通道,由于設(shè)置在地下一層,發(fā)電機(jī)機(jī)房一般不直接靠室外,所以在設(shè)計(jì)初期應(yīng)預(yù)留足夠面積的進(jìn)風(fēng)、排風(fēng)和排煙井道。

2.2 布置

柴油發(fā)電機(jī)房分五大功能區(qū),分別為機(jī)房區(qū)、控制室、進(jìn)風(fēng)間、排風(fēng)消聲間、油箱間[11]。

應(yīng)急機(jī)組一般只設(shè)一臺(tái)機(jī)組,可以把柴油發(fā)電機(jī)組和發(fā)電機(jī)控制屏設(shè)在同一間機(jī)房?jī)?nèi)。小容量機(jī)組一般把控制屏設(shè)置在機(jī)組上,也可以設(shè)置在同一間機(jī)房?jī)?nèi),典型布置見圖 1。對(duì)于裝機(jī)容量較大、臺(tái)數(shù)較多的機(jī)組,可把機(jī)組分為裝設(shè)機(jī)組的機(jī)房和裝設(shè)控制屏和配電屏的控制室,并設(shè)置必要的輔助房間。

機(jī)房的通風(fēng)散熱應(yīng)按排除機(jī)房的余熱和有害氣體,并能滿足柴油機(jī)所需的燃燒理論空氣量設(shè)計(jì)。一般盡量采用自然通風(fēng)或在機(jī)房墻上裝設(shè)排氣扇以滿足通風(fēng)散熱的要求。如果機(jī)房設(shè)在地下室或?qū)⑵浣翟胍筝^高,需單獨(dú)設(shè)置進(jìn)、排風(fēng)系統(tǒng)及機(jī)房散熱設(shè)備。設(shè)計(jì)排煙系統(tǒng)時(shí),應(yīng)注意排氣系統(tǒng)急劇的溫度變化,減小高溫、振動(dòng)和強(qiáng)烈的排氣噪聲問題,同時(shí)還應(yīng)注意阻力不得超過允許范圍[12]。

每臺(tái)發(fā)電機(jī)對(duì)應(yīng)設(shè)置一個(gè)獨(dú)立封閉的油箱間,面積為4m2及以上,油箱間的門為甲級(jí)防火門,且向發(fā)電機(jī)間開啟。在油箱間底部,為了隔離油污,一般設(shè)置 300mm～500 mm的沙石層,油箱間設(shè)置門檻,以防止漏油流向機(jī)房區(qū)。依據(jù)相關(guān)規(guī)定,需要借助輸油管把柴油從儲(chǔ)油區(qū)輸送到日用油箱,或是就近設(shè)置埋地油罐來解決長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)供油的問題。要根據(jù)相關(guān)輸油和防火規(guī)范來布置輸油管和油罐[13,14]。

2.3 消防

柴油發(fā)電機(jī)房的主要火災(zāi)危險(xiǎn)是燃油起火和電氣線路起火,按照消防規(guī)范要求,機(jī)房?jī)?nèi)應(yīng)設(shè)置必要的火警報(bào)警系統(tǒng)和滅火系統(tǒng)。對(duì)于一般的中小型電站,在電站的適當(dāng)部位,按照附近設(shè)備的性質(zhì),設(shè)置一定數(shù)量的熄滅電起火和油起火的滅火器即可。在大型柴油電站和條件較好的中小型柴油電站目前主要使用鹵代烷型或二氧化碳型無管網(wǎng)滅火系統(tǒng)以及 FM 200氣體滅火系統(tǒng)。

3 結(jié)語

通過分析柴油發(fā)電機(jī)選型和機(jī)房設(shè)計(jì)工作,相關(guān)人員在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意以下事項(xiàng)：

1)應(yīng)根據(jù)負(fù)荷特性和相關(guān)規(guī)范合理圈定供電范圍;2)應(yīng)根據(jù)工程特點(diǎn)和相關(guān)規(guī)范明確供電投入時(shí)間;3)建議采用 n+1的模式配置中高速柴油機(jī);4)機(jī)房選址應(yīng)遵循相關(guān)防火規(guī)范,同時(shí)保證通風(fēng)順暢;5)在允許的條件下通過合并功能區(qū)來實(shí)現(xiàn)節(jié)約布置,但是要確保一機(jī)對(duì)應(yīng)一油箱間;6)按照相關(guān)防火規(guī)范的要求裝設(shè)防火報(bào)警和滅火裝置。

[1]許本軍.柴油發(fā)電機(jī)組的選擇與機(jī)房設(shè)計(jì)[J].山西建筑,2001,27(3)：110-111.

[2]DL-T 5153-2002,火力發(fā)電廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定[S].

[3]DL/T 5000-2000,火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程[S].

[4]JGJ/T 16-92,民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5]GB 50045-2005,高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].

[6]GB 50016-2006,建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].

[7]GB 50174-2008,電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[8]楊貴恒,賀明智,袁 春,等.柴油發(fā)電機(jī)組技術(shù)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2009：3-23.

[9]袁 春,張壽珍.柴油發(fā)電機(jī)組[M].北京：人民郵電出版社,2003：17-20.

[10]陳德賀.柴油發(fā)電機(jī)房的設(shè)計(jì)及安裝應(yīng)注意的幾點(diǎn)問題[J].福建建筑,2004,89(4)：50-52.

[11]羅 暢.柴油發(fā)電機(jī)房的設(shè)計(jì)[J].建材與裝飾,2008(5)：14-15.

[12]李 曉,雷 英.柴油發(fā)電機(jī)房設(shè)計(jì)小議[J].工程設(shè)計(jì)與研究,2003,113(6)：35-37.

[13]GB 50156-92,小型石油庫及汽車加油站設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[14]DL/T 5204-2005,火力發(fā)電廠油氣管道設(shè)計(jì)規(guī)程[S].

Diesel generator selection and power room design

PENG Jun DONG Jing-w en

From the engineering design of the specific problems,this paper focuses on electricity load,time to start power supply and con figuration in the selection of dieselgenerators,and site selection,arrange and fire control.This paper provides a reference for related personnel engaged in the selection of diesel generators and the design of power rooms.

selection of diesel generators,power room design,self-starting power source,emergency power source

TU271

B

1009-6825(2011)03-0017-03

2010-10-18

彭 軍(1982-),男,碩士,助理工程師,上海電力設(shè)計(jì)院有限公司,上海 200025

董菁雯(1969-),女,高級(jí)工程師,上海電力設(shè)計(jì)院有限公司,上海 200025

結(jié)構(gòu)抗震