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柴油发电机组计算功率的确定

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柴油发电机组计算功率的确定

责任编辑:礼德动力    发布时间:2020-09-09     【

摘 要:按照国家规范JGJ 16—2008《民用建筑电气设计规范》的要求,针对柴油发电机组运行可能出现的情况,提出了确定柴油发电机组计算功率的思路,尤其是消防状态下机组计算功率的思路,并结合实际工程案例,分析了柴油发电机组功率的计算过程,结果表明柴油发电机组容量占变压器容量的19.5%,验证了柴油发电机组计算功率思路的合理性。

关键词:柴油发电机组; 计算功率; 消防负荷; 机组容量

0 引 言

在民用建筑电气设计过程中,设计师经常会面临设置柴油发电机组的情况。由于负荷等级高,外电源不能满足一、二级负荷的供电要求,或获取第二路电源不够经济,或业主为了提高项目品质,而要求设置柴油发电机组。然而柴油发电机组容量的计算、选型比较复杂,尤其是计算功率的确定,更是没有统一的计算方法。

本文提出了确定柴油发电机组计算功率的思路,并结合实际工程,梳理柴油发电机组容量的计算过程,验证了计算功率思路的合理性。

1 相关国家规范

JGJ 16—2008《民用建筑电气设计规范》[1]第6.1.2条规定,柴油发电机组的选择应符合以下规定:

(1) 机组容量与台数应根据应急负荷大小、投入顺序以及单台电动机最大起动容量等因素综合确定。当应急负荷较大时,可采用多机并列运行,机组台数宜为2~4台;当受并列条件限制,可实施分区供电;当用电负荷谐波较大时,应考虑其对发电机的影响。

(2) 估算柴油发电机容量,可按配电变压器总容量的10%~20%进行选择。在施工图设计阶段,可根据一级负荷、消防负荷以及某些重要二级负荷的容量,按下列方法计算的发电机最大容量确定:① 按稳定负荷计算发电机容量;② 按最大的单台电动机或成组电动机起动的需要,计算发电机容量;③ 按起动电动机时,发电机母线允许电压降计算发电机容量。

(3) 当有电梯负荷时,在全压起动最大容量笼型电动机情况下,发电机母线电压不应低于额定电压的80%;当无电梯负荷时,其母线电压不应低于额定电压的75%。当条件允许时,电动机可采用降压起动方式。

2 机组容量计算

依据文献[2],机组容量相关计算公式如下。

(1) 按稳定负荷计算发电机容量:

(1)

式中: PΣ——发电机总负荷计算功率;

ηΣ——所带负荷的综合效率,一般取0.82~0.88;

cosφ——发电机的额定功率因数,一般取0.8。

(2) 按尖峰负荷计算发电机容量:

(2)

式中: Kj——因尖峰负荷造成电动机功率下降的系数,一般取0.90~0.95;

KG——发电机允许短时过载系数,一般取1.4~1.6;

Sm——最大的单台电动机或成组电动机的起动容量;

Sc——除最大起动电动机外的其他用电设备的视在计算容量之和。

(3) 按发电机母线允许压降计算发电机容量:

(3)

式中: ΔU——发电机母线允许压降,一般取0.2;

Xd——发电机的瞬态电抗,一般取0.2;

SstΔ——导致发电机最大电压降的电动机的最大起动容量。

综上所述,柴油发电机组容量计算的关键是其带载设备计算功率的确定。本文基于需要系数法,提出一种确定计算功率的分析思路。

3 柴发机组计算功率的确定

柴油发电机组的运行通常可以分为平时断电及消防断电两种情况。本文分别计算这两种断电情况下柴油发电机组的计算负荷,以便合理选择机组容量[3]

3.1 平时断电情况分析

柴油发电机组带载的负荷情况比较简单,只需将柴油发电机组带载的平时保障负荷乘以相对应的需要系数即可。平时负荷一般包括主要机房用电(消防控制室用电、安防控制室用电、柴油发电机房、配电室、弱电机房等)、生活水泵用电、污水泵用电、客梯用电、厨房事故风机等。

3.2 消防断电情况分析

消防断电的情况比较复杂。火灾时运行的负荷包括防排烟风机、消防水泵等消防设备以及各主要机房用电、电梯、应急照明等。若进行累加计算,所得的机组容量偏大,造成浪费。考虑以上所列负荷并非同时运行,设计人员往往依靠经验估算计算负荷,使机组的选择不够严谨。

本文提出一种确定消防状态下柴发机组计算功率的思路,即在计算过程中剔除不可能运行的负荷,将不同时运行的负荷分时段累加,同时也有限度地考虑余量,既不使机组容量过大,又能应对比较极端的情况出现,兼顾经济性、可靠性。

(1) 必定会运行的负荷,直接累计在负荷计算中。

① 消防应急照明全部启动。为保障疏散及消防设备的运行,需满足疏散照明、安全照明及备用照明。在消防火灾情况下,若市电供电,建议保留部分普通照明的供电,着火分区喷淋动作前再断掉普通照明,有利于人员疏散;若火灾时市电断电,由柴油发电机组供电,则切除普通照明,仅保证应急照明,以减轻机组的负荷。

② 所有消防电梯待运。不同的火灾情况下消防人员可能选择不同的营救线路,因此应保证整个项目的消防电梯能正常供电。

③ 所有消防水泵均可靠起动运行。无论哪个分区着火,消防水泵必须起动工作。

④ 消防保障负荷。火灾时,且在市电断电的情况下,消防控制室、安防控制室、柴油发电机房内的设备均可靠供电。

(2) 可能运行的负荷,应考虑最不利防火分区的火灾情况,将最大可能出现的负荷累加在负荷计算中。这类负荷主要是防排烟风机、防火卷帘、电控防火门、电动排烟窗等。

① 考虑某防火分区发生火灾,服务本分区及其水平相邻分区的上述设备。

② 着火分区内通过楼梯间竖向连通的所有分区的防排烟风机。

③ 考虑以上分区边界上的防火卷帘、电控防火门同时动作。

(3) 能够错峰运行的负荷,将较大负荷计入计算负荷。通过程序控制,在保障疏散安全的前提下,能够使部分负荷依次运行,避免同时运行的负荷过大(如客梯)。

火灾时普通客梯应归首层并断电,故客梯的运行应在火灾的初期。考虑火灾从着火分区向非着火分区蔓延需要时间,因此可以通过消防程序的控制,使客梯负载与火灾相邻分区防排烟设备不同时运行。

若客梯电量不计入机组的计算负荷,则需进行核算,满足一定的条件才可行。本文考虑当火灾未蔓延至相邻分区时,客梯全部联动迫降、断电完毕。因此,当客梯的相关参数满足以下2个条件时,客梯容量可以不计算在计算负荷内:

(4)

St≤Sx

(5)

式中: K——裕量系数,保守计算时建议取2,精确计算时可以对电梯加速、减速、匀速的运行时间求和,得出电梯迫降所需时间;

n——客梯总台数;

Hi——第i台客梯所服务的最不利高度,可使用建筑物高度计算;

Vi——第i台客梯的梯速;

T——根据项目情况,最不利的建筑构件耐火极限;

St——同时迫降的电梯总容量,一般按照一台电梯计算,可以满足式(4),当不满足式(4)时,适当增加同时迫降的电梯台数而重新计算;

Sx——服务着火分区相邻分区的防排烟风机总容量。

一般,多数项目均能同时满足以上条件,但当满足式(4),而不能满足式(5)时,应将着火分区防排烟风机容量与St相加,计入柴油发电机组的计算容量。

4 实际工程计算

本文结合实际工程,按照描述的计算思路及计算公式,计算并校核柴油发电机组的容量。

某办公楼项目总建筑面积约为4万m2,地上3栋5层单体建筑,地下部分为2层,包含物业用房、餐厅厨房、库房、车库等业态。该项目设置柴油发电机,带载所有消防负荷、电梯、重要机房,如配电室、电信机房、消防控制室、柴发机房以及生活水泵、污水泵。

非火灾状态下,柴油发电机组应急母线段上所负载的平时保障性负荷容量为483 kW,而计算功率为435 kW。

火灾状态下柴油发电机负荷分析如表1所示。

表1 火灾状态下柴油发电机负荷分析 kW

根据式(1)~式(3),按稳定负荷计算的发电机容量为797 kVA,按尖峰负荷计算的发电机容量为587 kVA,按发电机母线允许压降计算的发电机容量为450 kVA。

经校核,该项目客梯能够实现错峰运行,故客梯容量不计入柴油发电机组的计算容量。

综上所述,消防断电时机组带载设备的计算功率较大,故作为机组的计算功率。按尖峰负荷计算发电机容量时,最大单台电动机的起动功率为75 kW(降压起动),功率因数为0.8,稳定负荷容量最大,故作为柴油发电机组的计算容量。

根据柴油发电机组的计算容量,该项目选择容量800 kVA的机组。变压器装机容量为4 100 kVA,按照提出的柴油发电机组负荷计算思路,机组容量占变压器容量的19.5%。

5 结 语

JGJ 16—2008规定在方案及初步设计阶段,柴油发电机组容量可按配电变压器容量的10%~20%进行估算,当建筑规模较大时取下限,建筑规模小时取上限。本文提出的计算思路与此相一致,满足设计阶段的要求,但结果仍需相关实际运行数据的支持。

柴油发电机组的设置是应急状况下的供电保障,机组容量的选择关系到重要电气设备的运行及初期的设备投资,故电气设计人员要引起足够重视。