柴油發(fā)電機(jī)組計(jì)算功率的確定

王黛嵐,　胡登峰,　尤紅杉

(中國建筑科學(xué)研究院, 北京　100013)

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柴油發(fā)電機(jī)組計(jì)算功率的確定

王黛嵐,胡登峰,尤紅杉

(中國建筑科學(xué)研究院, 北京100013)

按照國家規(guī)范JGJ 16—2008《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求,針對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行可能出現(xiàn)的情況,提出了確定柴油發(fā)電機(jī)組計(jì)算功率的思路,尤其是消防狀態(tài)下機(jī)組計(jì)算功率的思路,并結(jié)合實(shí)際工程案例,分析了柴油發(fā)電機(jī)組功率的計(jì)算過程,結(jié)果表明柴油發(fā)電機(jī)組容量占變壓器容量的19.5%,驗(yàn)證了柴油發(fā)電機(jī)組計(jì)算功率思路的合理性。

柴油發(fā)電機(jī)組; 計(jì)算功率; 消防負(fù)荷; 機(jī)組容量

0　引　言

在民用建筑電氣設(shè)計(jì)過程中,設(shè)計(jì)師經(jīng)常會(huì)面臨設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組的情況。由于負(fù)荷等級(jí)高,外電源不能滿足一、二級(jí)負(fù)荷的供電要求,或獲取第二路電源不夠經(jīng)濟(jì),或業(yè)主為了提高項(xiàng)目品質(zhì),而要求設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組。然而柴油發(fā)電機(jī)組容量的計(jì)算、選型比較復(fù)雜,尤其是計(jì)算功率的確定,更是沒有統(tǒng)一的計(jì)算方法。

本文提出了確定柴油發(fā)電機(jī)組計(jì)算功率的思路,并結(jié)合實(shí)際工程,梳理柴油發(fā)電機(jī)組容量的計(jì)算過程,驗(yàn)證了計(jì)算功率思路的合理性。

1　相關(guān)國家規(guī)范

JGJ 16—2008《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]第6.1.2條規(guī)定,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);當(dāng)受并列條件限制,可實(shí)施分區(qū)供電;當(dāng)用電負(fù)荷諧波較大時(shí),應(yīng)考慮其對(duì)發(fā)電機(jī)的影響。

(2) 估算柴油發(fā)電機(jī)容量,可按配電變壓器總?cè)萘康?0%～20%進(jìn)行選擇。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)可采用降壓起動(dòng)方式。

2　機(jī)組容量計(jì)算

依據(jù)文獻(xiàn)[2],機(jī)組容量相關(guān)計(jì)算公式如下。

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

(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)的額定功率因數(shù),一般取0.8。

(2) 按尖峰負(fù)荷計(jì)算發(fā)電機(jī)容量:

(2)

式中:Kj——因尖峰負(fù)荷造成電動(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;

Sc——除最大起動(dòng)電動(dòng)機(jī)外的其他用電設(shè)備的視在計(jì)算容量之和。

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

(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)的瞬態(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。

綜上所述,柴油發(fā)電機(jī)組容量計(jì)算的關(guān)鍵是其帶載設(shè)備計(jì)算功率的確定。本文基于需要系數(shù)法,提出一種確定計(jì)算功率的分析思路。

3　柴發(fā)機(jī)組計(jì)算功率的確定

柴油發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行通常可以分為平時(shí)斷電及消防斷電兩種情況。本文分別計(jì)算這兩種斷電情況下柴油發(fā)電機(jī)組的計(jì)算負(fù)荷,以便合理選擇機(jī)組容量[3]。

3.1平時(shí)斷電情況分析

柴油發(fā)電機(jī)組帶載的負(fù)荷情況比較簡單,只需將柴油發(fā)電機(jī)組帶載的平時(shí)保障負(fù)荷乘以相對(duì)應(yīng)的需要系數(shù)即可。平時(shí)負(fù)荷一般包括主要機(jī)房用電(消防控制室用電、安防控制室用電、柴油發(fā)電機(jī)房、配電室、弱電機(jī)房等)、生活水泵用電、污水泵用電、客梯用電、廚房事故風(fēng)機(jī)等。

3.2消防斷電情況分析

消防斷電的情況比較復(fù)雜?；馂?zāi)時(shí)運(yùn)行的負(fù)荷包括防排煙風(fēng)機(jī)、消防水泵等消防設(shè)備以及各主要機(jī)房用電、電梯、應(yīng)急照明等。若進(jìn)行累加計(jì)算,所得的機(jī)組容量偏大,造成浪費(fèi)?？紤]以上所列負(fù)荷并非同時(shí)運(yùn)行,設(shè)計(jì)人員往往依靠經(jīng)驗(yàn)估算計(jì)算負(fù)荷,使機(jī)組的選擇不夠嚴(yán)謹(jǐn)。

本文提出一種確定消防狀態(tài)下柴發(fā)機(jī)組計(jì)算功率的思路,即在計(jì)算過程中剔除不可能運(yùn)行的負(fù)荷,將不同時(shí)運(yùn)行的負(fù)荷分時(shí)段累加,同時(shí)也有限度地考慮余量,既不使機(jī)組容量過大,又能應(yīng)對(duì)比較極端的情況出現(xiàn),兼顧經(jīng)濟(jì)性、可靠性。

(1) 必定會(huì)運(yùn)行的負(fù)荷,直接累計(jì)在負(fù)荷計(jì)算中。

① 消防應(yīng)急照明全部啟動(dòng)。為保障疏散及消防設(shè)備的運(yùn)行,需滿足疏散照明、安全照明及備用照明。在消防火災(zāi)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(dòng)作前再斷掉普通照明,有利于人員疏散;若火災(zāi)時(shí)市電斷電,由柴油發(fā)電機(jī)組供電,則切除普通照明,僅保證應(yīng)急照明,以減輕機(jī)組的負(fù)荷。

② 所有消防電梯待運(yùn)。不同的火災(zāi)情況下消防人員可能選擇不同的營救線路,因此應(yīng)保證整個(gè)項(xiàng)目的消防電梯能正常供電。

③ 所有消防水泵均可靠起動(dòng)運(yùn)行。無論哪個(gè)分區(qū)著火,消防水泵必須起動(dòng)工作。

④ 消防保障負(fù)荷?；馂?zāi)時(shí),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(jī)房內(nèi)的設(shè)備均可靠供電。

(2) 可能運(yùn)行的負(fù)荷,應(yīng)考慮最不利防火分區(qū)的火災(zāi)情況,將最大可能出現(xiàn)的負(fù)荷累加在負(fù)荷計(jì)算中。這類負(fù)荷主要是防排煙風(fēng)機(jī)、防火卷簾、電控防火門、電動(dòng)排煙窗等。

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

② 著火分區(qū)內(nèi)通過樓梯間豎向連通的所有分區(qū)的防排煙風(fēng)機(jī)。

③ 考慮以上分區(qū)邊界上的防火卷簾、電控防火門同時(shí)動(dòng)作。

(3) 能夠錯(cuò)峰運(yùn)行的負(fù)荷,將較大負(fù)荷計(jì)入計(jì)算負(fù)荷。通過程序控制,在保障疏散安全的前提下,能夠使部分負(fù)荷依次運(yùn)行,避免同時(shí)運(yùn)行的負(fù)荷過大(如客梯)。

火災(zāi)時(shí)普通客梯應(yīng)歸首層并斷電,故客梯的運(yùn)行應(yīng)在火災(zāi)的初期?？紤]火災(zāi)從著火分區(qū)向非著火分區(qū)蔓延需要時(shí)間,因此可以通過消防程序的控制,使客梯負(fù)載與火災(zāi)相鄰分區(qū)防排煙設(shè)備不同時(shí)運(yùn)行。

若客梯電量不計(jì)入機(jī)組的計(jì)算負(fù)荷,則需進(jìn)行核算,滿足一定的條件才可行。本文考慮當(dāng)火災(zāi)未蔓延至相鄰分區(qū)時(shí),客梯全部聯(lián)動(dòng)迫降、斷電完畢。因此,當(dāng)客梯的相關(guān)參數(shù)滿足以下2個(gè)條件時(shí),客梯容量可以不計(jì)算在計(jì)算負(fù)荷內(nèi):

(4)

St≤Sx

(5)

式中:K——裕量系數(shù),保守計(jì)算時(shí)建議取2,精確計(jì)算時(shí)可以對(duì)電梯加速、減速、勻速的運(yùn)行時(shí)間求和,得出電梯迫降所需時(shí)間;

n——客梯總臺(tái)數(shù);

Hi——第i臺(tái)客梯所服務(wù)的最不利高度,可使用建筑物高度計(jì)算;

Vi——第i臺(tái)客梯的梯速;

T——根據(jù)項(xiàng)目情況,最不利的建筑構(gòu)件耐火極限;

St——同時(shí)迫降的電梯總?cè)萘?一般按照一臺(tái)電梯計(jì)算,可以滿足式(4),當(dāng)不滿足式(4)時(shí),適當(dāng)增加同時(shí)迫降的電梯臺(tái)數(shù)而重新計(jì)算;

Sx——服務(wù)著火分區(qū)相鄰分區(qū)的防排煙風(fēng)機(jī)總?cè)萘俊?/p>

一般,多數(shù)項(xiàng)目均能同時(shí)滿足以上條件,但當(dāng)滿足式(4),而不能滿足式(5)時(shí),應(yīng)將著火分區(qū)防排煙風(fēng)機(jī)容量與St相加,計(jì)入柴油發(fā)電機(jī)組的計(jì)算容量。

4　實(shí)際工程計(jì)算

本文結(jié)合實(shí)際工程,按照描述的計(jì)算思路及計(jì)算公式,計(jì)算并校核柴油發(fā)電機(jī)組的容量。

某辦公樓項(xiàng)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(xiàng)目設(shè)置柴油發(fā)電機(jī),帶載所有消防負(fù)荷、電梯、重要機(jī)房,如配電室、電信機(jī)房、消防控制室、柴發(fā)機(jī)房以及生活水泵、污水泵。

非火災(zāi)狀態(tài)下,柴油發(fā)電機(jī)組應(yīng)急母線段上所負(fù)載的平時(shí)保障性負(fù)荷容量為483 kW,而計(jì)算功率為435 kW。

火災(zāi)狀態(tài)下柴油發(fā)電機(jī)負(fù)荷分析如表1所示。

表1　火災(zāi)狀態(tài)下柴油發(fā)電機(jī)負(fù)荷分析　kW

根據(jù)式(1)～式(3),按穩(wěn)定負(fù)荷計(jì)算的發(fā)電機(jī)容量為797 kVA,按尖峰負(fù)荷計(jì)算的發(fā)電機(jī)容量為587 kVA,按發(fā)電機(jī)母線允許壓降計(jì)算的發(fā)電機(jī)容量為450 kVA。

經(jīng)校核,該項(xiàng)目客梯能夠?qū)崿F(xiàn)錯(cuò)峰運(yùn)行,故客梯容量不計(jì)入柴油發(fā)電機(jī)組的計(jì)算容量。

綜上所述,消防斷電時(shí)機(jī)組帶載設(shè)備的計(jì)算功率較大,故作為機(jī)組的計(jì)算功率。按尖峰負(fù)荷計(jì)算發(fā)電機(jī)容量時(shí),最大單臺(tái)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)功率為75 kW(降壓起動(dòng)),功率因數(shù)為0.8,穩(wěn)定負(fù)荷容量最大,故作為柴油發(fā)電機(jī)組的計(jì)算容量。

根據(jù)柴油發(fā)電機(jī)組的計(jì)算容量,該項(xiàng)目選擇容量800 kVA的機(jī)組。變壓器裝機(jī)容量為4 100 kVA,按照提出的柴油發(fā)電機(jī)組負(fù)荷計(jì)算思路,機(jī)組容量占變壓器容量的19.5%。

5　結(jié)　語

JGJ 16—2008規(guī)定在方案及初步設(shè)計(jì)階段,柴油發(fā)電機(jī)組容量可按配電變壓器容量的10%～20%進(jìn)行估算,當(dāng)建筑規(guī)模較大時(shí)取下限,建筑規(guī)模小時(shí)取上限。本文提出的計(jì)算思路與此相一致,滿足設(shè)計(jì)階段的要求,但結(jié)果仍需相關(guān)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)的支持。

柴油發(fā)電機(jī)組的設(shè)置是應(yīng)急狀況下的供電保障,機(jī)組容量的選擇關(guān)系到重要電氣設(shè)備的運(yùn)行及初期的設(shè)備投資,故電氣設(shè)計(jì)人員要引起足夠重視。

[1]民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范:JGJ 16—2008[S].

[2]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(cè)[M].3版.北京:中國電力出版社,2005.

[3]龍君.柴油發(fā)電機(jī)組的容量計(jì)算[J].現(xiàn)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(jí)工程師,從事建筑電氣設(shè)計(jì)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(jí)工程師,從事建筑電氣設(shè)計(jì)工作。

尤紅杉(1986—),男,工程師,從事建筑電氣設(shè)計(jì)工作。