龍 君

[同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院(集團(tuán))有限公司, 上海 200092]

柴油發(fā)電機(jī)組的容量計(jì)算

龍 君

[同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院(集團(tuán))有限公司, 上海 200092]

介紹了柴油發(fā)電機(jī)組的功能使用要求,結(jié)合設(shè)計(jì)實(shí)例分析了施工圖中柴油發(fā)電機(jī)組的容量計(jì)算。在工程設(shè)計(jì)中除按穩(wěn)定負(fù)荷計(jì)算發(fā)電機(jī)容量外,還應(yīng)復(fù)核發(fā)電機(jī)母線允許壓降和尖峰負(fù)荷對電源質(zhì)量的影響,以保障柴油發(fā)電機(jī)組的供電可靠性。

柴油發(fā)電機(jī)組; 容量計(jì)算; 穩(wěn)定負(fù)荷; 尖峰負(fù)荷

0 引 言

隨著經(jīng)濟(jì)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(jī)的使用也越來越普及。柴油發(fā)電機(jī)組具有起動(dòng)迅速、結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、工程量小、維護(hù)操作簡單等特點(diǎn),在工程建筑中作為備用電源或應(yīng)急電源的首選設(shè)備。柴油發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)涉及建筑功能要求、建筑消防和人員疏散要求、建筑設(shè)備用電需求等多方面的要求。

本文結(jié)合民用建筑中的設(shè)計(jì)實(shí)例,介紹了柴油發(fā)電機(jī)組的容量計(jì)算。

1 柴油發(fā)電機(jī)組的功能使用要求

通常,設(shè)置自備柴油發(fā)電機(jī)組的情況有兩種:

(1) 為保證一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷用電。

(2) 用電負(fù)荷為一級(jí),但從市電獲取第二電源有困難或技術(shù)經(jīng)濟(jì)不合理。

在選擇柴油發(fā)電機(jī)組時(shí),需根據(jù)柴油發(fā)電機(jī)組負(fù)載情況及其用途來確定柴油發(fā)電機(jī)組的等級(jí)。

柴油發(fā)電機(jī)組性能等級(jí)如表1所示。

表1 柴油發(fā)電機(jī)組性能等級(jí)

對于一般民用建筑設(shè)計(jì),使用較多的是G2、G4級(jí)柴油發(fā)電機(jī)組;其中G2級(jí)柴油發(fā)電機(jī)組多適用于高層、超高層建筑以及大型公共建筑;G4級(jí)柴油發(fā)電機(jī)組適用于數(shù)據(jù)中心類建筑。

根據(jù)JGJ 16—2008《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.1.2條,柴油發(fā)電機(jī)組的選擇應(yīng)符合以下規(guī)定:

(1) 機(jī)組容量與臺(tái)數(shù)應(yīng)根據(jù)應(yīng)急負(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。當(dāng)應(yīng)急負(fù)荷較大時(shí),可采用多機(jī)并列運(yùn)行,機(jī)組臺(tái)數(shù)宜為2～4臺(tái)。

(2) 在方案及初步設(shè)計(jì)階段,柴油發(fā)電機(jī)容量可按配電變壓器總?cè)萘康?0%～20%進(jìn)行估算。在施工圖設(shè)計(jì)階段,可根據(jù)一級(jí)負(fù)荷、消防負(fù)荷以及某些重要二級(jí)負(fù)荷的容量,按下列方法計(jì)算的發(fā)電機(jī)最大容量確定:① 按穩(wěn)定負(fù)荷計(jì)算發(fā)電機(jī)容量;② 按最大的單臺(tái)電動(dòng)機(jī)或成組電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的需要,計(jì)算發(fā)電機(jī)容量;③ 按起動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí),發(fā)電機(jī)母線允許電壓降計(jì)算發(fā)電機(jī)容量。

(3) 當(dāng)有電梯負(fù)荷時(shí),在全電壓起動(dòng)最大容量籠型電動(dòng)機(jī)情況下,發(fā)電機(jī)母線電壓不應(yīng)低于額定電壓的80%;當(dāng)無電梯負(fù)荷時(shí),其母線電壓不應(yīng)低于額定電壓的75%。當(dāng)條件允許時(shí),電動(dòng)機(jī)可用降壓起動(dòng)方式。

2 施工圖中柴油發(fā)電機(jī)組的容量計(jì)算

在施工圖階段,可根據(jù)已有的配電干線負(fù)荷、單臺(tái)最大電動(dòng)機(jī)容量等來計(jì)算所需的柴油發(fā)電機(jī)組的容量。

一般應(yīng)急電源只設(shè)一臺(tái)機(jī)組,其容量大小按應(yīng)急負(fù)荷大小和電動(dòng)機(jī)容量等因素綜合考慮確定。

在施工圖階段可根據(jù)一級(jí)負(fù)荷、消防負(fù)荷以及某些重要的二級(jí)負(fù)荷容量,按下述方法計(jì)算并選擇其中容量最大值。

(1) 按穩(wěn)定負(fù)荷計(jì)算發(fā)電機(jī)容量:

SG1=PΣ/ηΣcosφ

(1)

式中:PΣ——發(fā)電機(jī)總負(fù)荷計(jì)算功率;

ηΣ——所帶負(fù)荷的綜合效率,一般取0.82～0.88;

cosφ——發(fā)電機(jī)額定功率因數(shù),一般取0.8。

(2) 按尖峰負(fù)荷計(jì)算發(fā)電機(jī)容量:

SG2=KjSm/KG

(2)

式中:Kj——尖峰負(fù)荷造成的電動(dòng)機(jī)功率下降的系數(shù),一般取0.90～0.95;

KG——發(fā)電機(jī)允許短時(shí)過載系數(shù),一般取1.4～1.6;

Sm——最大的單臺(tái)電動(dòng)機(jī)或成組電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)容量。

(3) 按發(fā)電機(jī)母線允許壓降計(jì)算發(fā)電機(jī)容量:

SG3=(1-ΔU)Xd′SSTΔ/ΔU

(3)

式中: ΔU——發(fā)電機(jī)母線允許壓降,一般取0.2;

Xd′——發(fā)電機(jī)瞬態(tài)電抗,一般取0.2;

SSTΔ——導(dǎo)致發(fā)電機(jī)最大電壓降的電動(dòng)機(jī)的最大起動(dòng)容量。

柴油發(fā)電機(jī)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(yùn)行12 h的功率(包括超負(fù)荷110%運(yùn)行1 h)。如連續(xù)運(yùn)行時(shí)間超過12 h,則應(yīng)按90%額定功率使用。如氣壓、氣溫、濕度與上述規(guī)定不同,應(yīng)對柴油發(fā)電機(jī)的額定功率進(jìn)行修正。

3 設(shè)計(jì)實(shí)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(jù)當(dāng)?shù)毓╇姴块T要求,由市政提供兩路10 kV電源供電,并設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)作為備用電源。當(dāng)一路電源發(fā)生故障時(shí),另一路電源不應(yīng)同時(shí)受到損壞。10 kV電源發(fā)生故障時(shí),15 s內(nèi)自起動(dòng)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組,以保證一、二級(jí)負(fù)荷的供電要求。

3.1 按穩(wěn)定負(fù)荷計(jì)算發(fā)電機(jī)容量

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

SG1=576kVA

3.2 按尖峰負(fù)荷計(jì)算發(fā)電機(jī)容量

該項(xiàng)目最大電動(dòng)機(jī)容量為90 kW,其起動(dòng)容量Sm=KstPm/cosφ,其中Kst=6.5,cosφ=0.7,計(jì)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(jī)容量為

SG2=0.95×835/1.4=567kVA

根據(jù)計(jì)算結(jié)果,SG1>SG2,柴油發(fā)電機(jī)組容量SG1=576 kVA滿足尖峰負(fù)荷對柴油發(fā)電機(jī)的要求。

3.3 按發(fā)電機(jī)母線允許壓降計(jì)算發(fā)電機(jī)容量

該項(xiàng)目最大電動(dòng)機(jī)容量為90 kW,Kst=6.5,cosφ=0.7,計(jì)算出起動(dòng)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(jī)容量為

SG3=(1-0.2)×0.2×835/0.2=668kVA

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

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

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果可知,SG3>SG1且SG3>SG2,故選用668 kVA柴油發(fā)電機(jī)組。

4 設(shè)計(jì)實(shí)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(jìn)線設(shè)計(jì),其中當(dāng)一組電源發(fā)生故障時(shí),另一組電源應(yīng)不應(yīng)同時(shí)受到損壞。為保證一級(jí)負(fù)荷中特別重要負(fù)荷的供電可靠性,設(shè)置應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組作為備用電源。

4.1 按穩(wěn)定負(fù)荷計(jì)算發(fā)電機(jī)容量

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

SG1=2 250kVA

4.2 按尖峰負(fù)荷計(jì)算發(fā)電機(jī)容量

該項(xiàng)目最大電動(dòng)機(jī)容量為110 kW,Kst=6.5,cosφ=0.7,計(jì)算出起動(dòng)容量Sm=6.5×110/0.7=1 021 kVA。由式(2)得,發(fā)電機(jī)容量為

SG2=0.95×1 021/1.4=692kVA

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

4.3 按發(fā)電機(jī)母線允許壓降計(jì)算發(fā)電機(jī)容量

該項(xiàng)目最大電動(dòng)機(jī)容量為110 kW,Kst=6.5,cosφ=0.7,計(jì)算出起動(dòng)容量Sm=6.5×110/0.7=1 021 kVA。由式(3)得發(fā)電機(jī)容量為

SG3=(1-0.2)×0.2×1 021/0.2=816kVA

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

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

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果可知,SG1>SG2且SG1>SG3,故選用2 250 kVA柴油發(fā)電機(jī)組。

5 柴油發(fā)電機(jī)組選擇的經(jīng)濟(jì)性

對于設(shè)計(jì)實(shí)例二,是選擇一臺(tái)2 000 kW的柴油發(fā)電機(jī)組,還是選擇兩臺(tái)1 000 kW的柴油發(fā)電機(jī)組,需要對其經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行考慮。

5.1 機(jī)組價(jià)格

單臺(tái)2 000 kW柴油發(fā)電機(jī)組價(jià)格約為250萬元;單臺(tái)1 000 kW柴油發(fā)電機(jī)價(jià)格約為100萬元。因此,選擇單臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組比選擇兩臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組高出50萬元。

5.2 機(jī)房面積

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

綜上所述,兩種柴發(fā)機(jī)組設(shè)計(jì)方案均有利有弊,一種前期投入高,但減少了機(jī)房的面積;另一種前期投入相對少,但增加了機(jī)房的面積,可能對商業(yè)的出租面積以及車位數(shù)量有影響。柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)方案的選擇,應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目的整體運(yùn)營及業(yè)主的實(shí)際使用需求來決定。

6 結(jié) 語

隨著大型公共建筑的發(fā)展,作為應(yīng)急電源的柴油發(fā)電機(jī)組,更應(yīng)保證其設(shè)計(jì)的可靠性和穩(wěn)定性。在工程設(shè)計(jì)中,除按穩(wěn)定負(fù)荷計(jì)算出發(fā)電機(jī)容量外,還應(yīng)復(fù)核發(fā)電機(jī)母線允許壓降和尖峰負(fù)荷對電源質(zhì)量的影響,以保障作為應(yīng)急電源的柴發(fā)機(jī)組的供電可靠性。

[1] 中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] 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 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