王黛嵐,　胡登峰,　尤紅杉

(中國建筑科學研究院, 北京　100013)

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柴油發(fā)電機組計算功率的確定

王黛嵐,胡登峰,尤紅杉

(中國建筑科學研究院, 北京100013)

按照國家規(guī)范JGJ 16—2008《民用建筑電氣設計規(guī)范》的要求,針對柴油發(fā)電機組運行可能出現的情況,提出了確定柴油發(fā)電機組計算功率的思路,尤其是消防狀態(tài)下機組計算功率的思路,并結合實際工程案例,分析了柴油發(fā)電機組功率的計算過程,結果表明柴油發(fā)電機組容量占變壓器容量的19.5%,驗證了柴油發(fā)電機組計算功率思路的合理性。

柴油發(fā)電機組; 計算功率; 消防負荷; 機組容量

0　引　言

在民用建筑電氣設計過程中,設計師經常會面臨設置柴油發(fā)電機組的情況。由于負荷等級高,外電源不能滿足一、二級負荷的供電要求,或獲取第二路電源不夠經濟,或業(yè)主為了提高項目品質,而要求設置柴油發(fā)電機組。然而柴油發(fā)電機組容量的計算、選型比較復雜,尤其是計算功率的確定,更是沒有統(tǒng)一的計算方法。

本文提出了確定柴油發(fā)電機組計算功率的思路,并結合實際工程,梳理柴油發(fā)電機組容量的計算過程,驗證了計算功率思路的合理性。

1　相關國家規(guī)范

JGJ 16—2008《民用建筑電氣設計規(guī)范》[1]第6.1.2條規(guī)定,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;當受并列條件限制,可實施分區(qū)供電;當用電負荷諧波較大時,應考慮其對發(fā)電機的影響。

(2) 估算柴油發(fā)電機容量,可按配電變壓器總容量的10%～20%進行選擇。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,電動機可采用降壓起動方式。

2　機組容量計算

依據文獻[2],機組容量相關計算公式如下。

(1) 按穩(wěn)定負荷計算發(fā)電機容量:

(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)電機的額定功率因數,一般取0.8。

(2) 按尖峰負荷計算發(fā)電機容量:

(2)

式中:Kj——因尖峰負荷造成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;

Sc——除最大起動電動機外的其他用電設備的視在計算容量之和。

(3) 按發(fā)電機母線允許壓降計算發(fā)電機容量:

(3)

式中: ΔU——發(fā)電機母線允許壓降,一般取0.2;

Xd——發(fā)電機的瞬態(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。

綜上所述,柴油發(fā)電機組容量計算的關鍵是其帶載設備計算功率的確定。本文基于需要系數法,提出一種確定計算功率的分析思路。

3　柴發(fā)機組計算功率的確定

柴油發(fā)電機組的運行通?？梢苑譃槠綍r斷電及消防斷電兩種情況。本文分別計算這兩種斷電情況下柴油發(fā)電機組的計算負荷,以便合理選擇機組容量[3]。

3.1平時斷電情況分析

柴油發(fā)電機組帶載的負荷情況比較簡單,只需將柴油發(fā)電機組帶載的平時保障負荷乘以相對應的需要系數即可。平時負荷一般包括主要機房用電(消防控制室用電、安防控制室用電、柴油發(fā)電機房、配電室、弱電機房等)、生活水泵用電、污水泵用電、客梯用電、廚房事故風機等。

3.2消防斷電情況分析

消防斷電的情況比較復雜。火災時運行的負荷包括防排煙風機、消防水泵等消防設備以及各主要機房用電、電梯、應急照明等。若進行累加計算,所得的機組容量偏大,造成浪費?？紤]以上所列負荷并非同時運行,設計人員往往依靠經驗估算計算負荷,使機組的選擇不夠嚴謹。

本文提出一種確定消防狀態(tài)下柴發(fā)機組計算功率的思路,即在計算過程中剔除不可能運行的負荷,將不同時運行的負荷分時段累加,同時也有限度地考慮余量,既不使機組容量過大,又能應對比較極端的情況出現,兼顧經濟性、可靠性。

(1) 必定會運行的負荷,直接累計在負荷計算中。

① 消防應急照明全部啟動。為保障疏散及消防設備的運行,需滿足疏散照明、安全照明及備用照明。在消防火災情況下,若市電供電,建議保留部分普通照明的供電,著火分區(qū)噴淋動作前再斷掉普通照明,有利于人員疏散;若火災時市電斷電,由柴油發(fā)電機組供電,則切除普通照明,僅保證應急照明,以減輕機組的負荷。

② 所有消防電梯待運。不同的火災情況下消防人員可能選擇不同的營救線路,因此應保證整個項目的消防電梯能正常供電。

③ 所有消防水泵均可靠起動運行。無論哪個分區(qū)著火,消防水泵必須起動工作。

④ 消防保障負荷。火災時,且在市電斷電的情況下,消防控制室、安防控制室、柴油發(fā)電機房內的設備均可靠供電。

(2) 可能運行的負荷,應考慮最不利防火分區(qū)的火災情況,將最大可能出現的負荷累加在負荷計算中。這類負荷主要是防排煙風機、防火卷簾、電控防火門、電動排煙窗等。

① 考慮某防火分區(qū)發(fā)生火災,服務本分區(qū)及其水平相鄰分區(qū)的上述設備。

② 著火分區(qū)內通過樓梯間豎向連通的所有分區(qū)的防排煙風機。

③ 考慮以上分區(qū)邊界上的防火卷簾、電控防火門同時動作。

(3) 能夠錯峰運行的負荷,將較大負荷計入計算負荷。通過程序控制,在保障疏散安全的前提下,能夠使部分負荷依次運行,避免同時運行的負荷過大(如客梯)。

火災時普通客梯應歸首層并斷電,故客梯的運行應在火災的初期?？紤]火災從著火分區(qū)向非著火分區(qū)蔓延需要時間,因此可以通過消防程序的控制,使客梯負載與火災相鄰分區(qū)防排煙設備不同時運行。

若客梯電量不計入機組的計算負荷,則需進行核算,滿足一定的條件才可行。本文考慮當火災未蔓延至相鄰分區(qū)時,客梯全部聯動迫降、斷電完畢。因此,當客梯的相關參數滿足以下2個條件時,客梯容量可以不計算在計算負荷內:

(4)

St≤Sx

(5)

式中:K——裕量系數,保守計算時建議取2,精確計算時可以對電梯加速、減速、勻速的運行時間求和,得出電梯迫降所需時間;

n——客梯總臺數;

Hi——第i臺客梯所服務的最不利高度,可使用建筑物高度計算;

Vi——第i臺客梯的梯速;

T——根據項目情況,最不利的建筑構件耐火極限;

St——同時迫降的電梯總容量,一般按照一臺電梯計算,可以滿足式(4),當不滿足式(4)時,適當增加同時迫降的電梯臺數而重新計算;

Sx——服務著火分區(qū)相鄰分區(qū)的防排煙風機總容量。

一般,多數項目均能同時滿足以上條件,但當滿足式(4),而不能滿足式(5)時,應將著火分區(qū)防排煙風機容量與St相加,計入柴油發(fā)電機組的計算容量。

4　實際工程計算

本文結合實際工程,按照描述的計算思路及計算公式,計算并校核柴油發(fā)電機組的容量。

某辦公樓項目總建筑面積約為4萬m2,地上3棟5層單體建筑,地下部分為2層,包含物業(yè)用房、餐廳廚房、庫房、車庫等業(yè)態(tài)。該項目設置柴油發(fā)電機,帶載所有消防負荷、電梯、重要機房,如配電室、電信機房、消防控制室、柴發(fā)機房以及生活水泵、污水泵。

非火災狀態(tài)下,柴油發(fā)電機組應急母線段上所負載的平時保障性負荷容量為483 kW,而計算功率為435 kW。

火災狀態(tài)下柴油發(fā)電機負荷分析如表1所示。

表1　火災狀態(tài)下柴油發(fā)電機負荷分析　kW

根據式(1)～式(3),按穩(wěn)定負荷計算的發(fā)電機容量為797 kVA,按尖峰負荷計算的發(fā)電機容量為587 kVA,按發(fā)電機母線允許壓降計算的發(fā)電機容量為450 kVA。

經校核,該項目客梯能夠實現錯峰運行,故客梯容量不計入柴油發(fā)電機組的計算容量。

綜上所述,消防斷電時機組帶載設備的計算功率較大,故作為機組的計算功率。按尖峰負荷計算發(fā)電機容量時,最大單臺電動機的起動功率為75 kW(降壓起動),功率因數為0.8,穩(wěn)定負荷容量最大,故作為柴油發(fā)電機組的計算容量。

根據柴油發(fā)電機組的計算容量,該項目選擇容量800 kVA的機組。變壓器裝機容量為4 100 kVA,按照提出的柴油發(fā)電機組負荷計算思路,機組容量占變壓器容量的19.5%。

5　結　語

JGJ 16—2008規(guī)定在方案及初步設計階段,柴油發(fā)電機組容量可按配電變壓器容量的10%～20%進行估算,當建筑規(guī)模較大時取下限,建筑規(guī)模小時取上限。本文提出的計算思路與此相一致,滿足設計階段的要求,但結果仍需相關實際運行數據的支持。

柴油發(fā)電機組的設置是應急狀況下的供電保障,機組容量的選擇關系到重要電氣設備的運行及初期的設備投資,故電氣設計人員要引起足夠重視。

[1]民用建筑電氣設計規(guī)范:JGJ 16—2008[S].

[2]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.

[3]龍君.柴油發(fā)電機組的容量計算[J].現代建筑電氣,2015,6(7):30-33.

Determination of Calculated Power for Diesel Generating Sets

WANG Dailan,HU Dengfeng,YOU Hongshan

(China Academy of Building Research, Beijing 100013, China)

According to the requirements of national standard JGJ 16—2008,aiming at the conditions of diesel generating sets operation,this paper proposed an idea of determining the calculated power of diesel generating sets,especially the determination of calculated power at fire condition.Combining by a project,the calculation process was analyzed.The results show that the capacity of diesel generating sets is 19.5% of transformer capacity,which verified the rationality of calculation idea.

diesel generating sets; calculated power; fire load; capacity of generator sets

王黛嵐(1963—),女,高級工程師,從事建筑電氣設計工作。

TU 852

B

1674-8417(2016)07-0010-04

10.16618/j.cnki.1674-8417.2016.07.003

2016-03-04

胡登峰(1979—),男,高級工程師,從事建筑電氣設計工作。

尤紅杉(1986—),男,工程師,從事建筑電氣設計工作。