探討應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組容量的計(jì)算

童玉國(guó)

摘 要：本文結(jié)合工程實(shí)例，淺談民用建筑中發(fā)電機(jī)組容量的計(jì)算及選型原則。

關(guān)鍵詞：應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)；穩(wěn)定負(fù)荷；尖鋒負(fù)荷；母線允許電壓降

現(xiàn)代高層建筑中，選擇柴油發(fā)電機(jī)組作為備用電源，已屬司空見慣；關(guān)于其容量確定的理論文章，也屢見于報(bào)刊。但在實(shí)際工程應(yīng)用中，許多設(shè)計(jì)人員仍有茫然無(wú)序、頗費(fèi)周折之感。到底如何快而準(zhǔn)地計(jì)算發(fā)電機(jī)容量，一直都是值得探討的重要課題。

1應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的供電范圍

按照IEC和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定，發(fā)電機(jī)組主要是為一級(jí)負(fù)荷中特別重要負(fù)荷及消防負(fù)荷供電。除此之外，為充分發(fā)揮柴油發(fā)電機(jī)組的作用，還可以向一些比較重要的商用負(fù)荷供電。

2應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組計(jì)算中的幾個(gè)原則問題

2.1按火災(zāi)和非火災(zāi)兩種情況分別計(jì)算

2.1.1應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組火災(zāi)情況下的負(fù)荷計(jì)算

在進(jìn)行火災(zāi)情況下應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組負(fù)荷計(jì)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》的規(guī)定，對(duì)建筑群和住宅小區(qū)按一個(gè)建筑發(fā)生火災(zāi)計(jì)算，對(duì)一個(gè)建筑按一個(gè)防火分區(qū)發(fā)生火災(zāi)計(jì)算。此時(shí)消防負(fù)荷包括：全部消防電梯、全部應(yīng)急照明、加上發(fā)生火災(zāi)時(shí)，根據(jù)防火分區(qū)所使用的消防負(fù)荷包括：如消火栓泵、噴淋泵、防排煙風(fēng)機(jī)等。大多數(shù)工程是與地下室、塔樓相對(duì)應(yīng)的首層防火分區(qū)發(fā)生火災(zāi)時(shí)消防負(fù)荷最大。此時(shí)投放使用的防排煙風(fēng)機(jī)有地下室、首層、二層對(duì)應(yīng)防火分區(qū)的防排煙風(fēng)機(jī)。對(duì)于復(fù)雜工程，發(fā)生火災(zāi)時(shí)投入使用的消火栓泵、噴淋泵、防排煙風(fēng)機(jī)的數(shù)量應(yīng)由相關(guān)專業(yè)提出。

2.1.2應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組非火災(zāi)情況下的負(fù)荷計(jì)算

應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組非火災(zāi)情況下的負(fù)荷計(jì)算時(shí)，除考慮由發(fā)電機(jī)供電的一級(jí)負(fù)荷中特別重要負(fù)荷外，還應(yīng)考慮消防電梯，平時(shí)與火災(zāi)兼用的應(yīng)急照明、通風(fēng)機(jī)、新風(fēng)機(jī)組等消防負(fù)荷。此外還需要根據(jù)工程實(shí)際情況考慮一些并非特別重要工程外，多數(shù)是根據(jù)發(fā)電機(jī)容量確定對(duì)這部份負(fù)荷的供電范圍，以免供電范圍過大超過了發(fā)電機(jī)的負(fù)荷能力。

2.2應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組負(fù)荷計(jì)算的需要系數(shù)

消防負(fù)荷中的電動(dòng)機(jī)類負(fù)荷，除消防電梯外，同一用電設(shè)備組的設(shè)備在火災(zāi)時(shí)投入運(yùn)行的臺(tái)數(shù)，一般情況下不會(huì)超過3臺(tái)，可認(rèn)為需要系數(shù)為1。對(duì)于超高層建筑在高區(qū)消火栓系統(tǒng)、噴灑系統(tǒng)采用接力方式供水時(shí)，水泵用電設(shè)備組投入運(yùn)行的臺(tái)數(shù)可能超過3臺(tái)，消防電梯同時(shí)使用的臺(tái)數(shù)也可能超過3臺(tái)，此時(shí)的需要系數(shù)也要比同類用電設(shè)備在正常負(fù)荷計(jì)算時(shí)所取的需要系數(shù)酌情加以放大。

3應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組容量的估算（方案及初部階段）

3.1按配電變壓器容量估算：可按配電變壓器容量的10～20%估算柴油發(fā)電機(jī)組的容量。

3.2按建筑面積估算：對(duì)于10000㎡以上的大型建筑，按15～20W/㎡估算；對(duì)于小于10000㎡的中小型建筑可按10～15W/㎡估算。

3.3按起動(dòng)單臺(tái)或成組電動(dòng)機(jī)容量：PN.G≧K * Pm 式中：PN.G---應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的額定有功功率，kW；K ---最大一臺(tái)（組）電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流倍數(shù)；K值見表1。Pm ---最大一臺(tái)（組）電動(dòng)機(jī)的額定功率，kW。

4施工圖階段發(fā)電機(jī)容量的計(jì)算

4.1應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組容量可按下式計(jì)算

P1=k * Pe

P2=（k1 * P1 ）/k2

式中：Pe ---按火災(zāi)與非火災(zāi)情況計(jì)算發(fā)電機(jī)在最不利防火分區(qū)的設(shè)備總負(fù)荷，kW；P1---設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷，kW；k ---根據(jù)實(shí)際情況選擇需要系數(shù)，一般取0.85～0.95；k1 ---可靠系數(shù)，一般取1.1；k2---發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行不均勻系數(shù)一般取0.9，單臺(tái)取1。

4.2按最大單臺(tái)或成組電動(dòng)機(jī)尖鋒負(fù)荷計(jì)算

Po=（P1 – Pm）/η

Pmax=Po+ Pm * K * C * cosφ

式中：Po ---電動(dòng)機(jī)（組）起動(dòng)前發(fā)電機(jī)正常的計(jì)算負(fù)荷，kW；η---總負(fù)荷的綜合效率，一般取0.85；K---電動(dòng)機(jī)的全壓起動(dòng)倍數(shù)；C---全壓起動(dòng)C=1.0，Y-△起動(dòng)C=0.67，自耦變壓器起動(dòng)50%抽頭C=0.25，65%抽頭C=0.42，80%抽頭C=0.64。

4.3按起動(dòng)單臺(tái)或成組電動(dòng)機(jī)時(shí)母線允許電壓下降計(jì)算

P3=Pm * K * C * Xd *（1/△E-1）

式中：Xd—發(fā)電機(jī)的暫態(tài)電抗，一般取0.25；△E—母線允許的瞬時(shí)電壓降，有電梯時(shí)取0.20，無(wú)電梯時(shí)取0.25。

4.4設(shè)備啟動(dòng)方式的選擇限制

假設(shè)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式僅限于全壓、星三角、自耦三種），其發(fā)電機(jī)組容量為最小。

（1）當(dāng)最不利防火分區(qū)消防設(shè)備總安裝功率Pe，不小于某單臺(tái)電動(dòng)機(jī)額定功率Prm的11倍時(shí)，即Pe≥11Prm時(shí)，該單臺(tái)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方式不受限制，采用全壓或降壓?jiǎn)?dòng)均可。（2）當(dāng)11Prm>Pe≥3.5Prm時(shí)，該單臺(tái)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用采星三角或自耦80%抽頭啟動(dòng)。（3）當(dāng)3.5Prm>Pe≥2.5Prm時(shí)，該單臺(tái)電動(dòng)機(jī)只應(yīng)采用星三角啟動(dòng)。

4.5工程實(shí)例：

該工程為建筑面積130000㎡，6～12層的多層及二類高層住宅及車庫(kù)，按消防設(shè)備負(fù)荷計(jì)算發(fā)電機(jī)容量，其總負(fù)荷為239kW，最大一臺(tái)電動(dòng)機(jī)為噴淋泵55kW，因11x55kW>239kw>3.5x55kW，故采用自耦降壓80%抽頭降壓起動(dòng)。

按穩(wěn)定負(fù)荷計(jì)算：

P1=k * Pe =0.85 * 239=203.2kW

P2=（k1 * P1 ）/k2=1.1 * 203.2/1=223.5kW

最大的單臺(tái)電動(dòng)機(jī)尖鋒負(fù)荷計(jì)算：

Po=（P1 – Pm）/η =（203.2-55）/0.85=174.3kW

Pmax=Po+ Pm *K * C * cosφ=174.3+55 * （7 * 0.64 * 0.4）=272.9kW

按起動(dòng)單臺(tái)或成組電動(dòng)機(jī)時(shí)母線允許電壓下降計(jì)算：

P3=Pm * K * C * Xd *（1/△E-1）=55 * 7 * 0.64 * 0.25（1/0.2-1）=246.4kW

5結(jié)論

根據(jù)以上計(jì)算，應(yīng)選擇》272.9kW的發(fā)電機(jī)組一臺(tái)，因此可選280kW的機(jī)組。