新聞主題	柴油發(fā)電機(jī)的機(jī)房設(shè)計(jì)

 

摘要：企業(yè)安全運(yùn)行與電源系統(tǒng)有很大的關(guān)系，為了保證電源系統(tǒng)的安全、可靠、穩(wěn)定，需要按照現(xiàn)行規(guī)范對(duì)供配電系統(tǒng)做認(rèn)真規(guī)劃和設(shè)計(jì)，其中主要難題是后備柴油發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。高層建筑造價(jià)昂貴，特別是首層通常用于對(duì)外營(yíng)業(yè)，屬黃金地帶，因此，機(jī)房一般都設(shè)在地下室。由于地下室出入不宜、自然通風(fēng)條件不良，給機(jī)房設(shè)計(jì)帶來(lái)一系列不利因素，本文就高層建筑中在地下室安裝柴油發(fā)電機(jī)組的設(shè)置原則、機(jī)組選擇、機(jī)房設(shè)計(jì)等問(wèn)題提出一些粗淺的認(rèn)識(shí)。

 

一、設(shè)置原則

 

      在高層建筑供電設(shè)計(jì)中，首先必須明確什么情況下應(yīng)設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組，我們先從高層建筑的負(fù)荷等級(jí)談起。

1、高層建筑中的消防水泵、防排煙設(shè)施、消防電梯、應(yīng)急照明等消防用電，按照《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB5004595）9.1.1條規(guī)定，一類高層建筑應(yīng)按一級(jí)負(fù)荷要求供電，二類高層建筑應(yīng)按二級(jí)負(fù)荷要求供電。

2、按《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》（JBJ/T1692）3.1條規(guī)定，高層建筑中許多部位的負(fù)荷為一級(jí)負(fù)荷，如，一、二級(jí)旅館的宴會(huì)廳、娛樂(lè)廳、高級(jí)客房、廚房，重要辦公建筑的客梯電力、主要辦公室、會(huì)議室照明，大型百貨商店的營(yíng)業(yè)廳照明；一級(jí)負(fù)荷中還含有特別重要負(fù)荷，如，重要的交通樞紐、通訊樞紐以及經(jīng)常用于重要國(guó)際活動(dòng)的大量人員集中的公共場(chǎng)所等為一級(jí)負(fù)荷。還有一些部位的負(fù)荷為二級(jí)負(fù)荷，如，百貨商店的自動(dòng)扶梯、客梯電力，部、省級(jí)辦公建筑的主要辦公室、會(huì)議室照明等。一級(jí)負(fù)荷應(yīng)由兩個(gè)電源供電；二級(jí)負(fù)荷當(dāng)條件允許時(shí)也宜由兩個(gè)回路供電，特別是屬于消防用電的二級(jí)負(fù)荷，應(yīng)按二級(jí)負(fù)荷的兩個(gè)回路要求供電。由此可見(jiàn)，高層建筑對(duì)供電的可靠性要求較高，考慮設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組的原則如下。

3、對(duì)電網(wǎng)能夠提供二個(gè)獨(dú)立電源的高層建筑，按規(guī)范已經(jīng)滿足了一、二級(jí)負(fù)荷的要求，原則上可不設(shè)柴油發(fā)電機(jī)組。但是，對(duì)于特別重要的高層建筑（如，超高層建筑），其內(nèi)部含有特別重要負(fù)荷，應(yīng)考慮其一電源系統(tǒng)檢修或故障時(shí)，另一電源系統(tǒng)又發(fā)生故障的嚴(yán)重情況，此時(shí)，一般應(yīng)設(shè)柴油發(fā)電機(jī)組作為應(yīng)急電源。

4、對(duì)于當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)只能提供一路電源；或取得第二電源有困難或不經(jīng)濟(jì)合理的高層建筑，應(yīng)設(shè)柴油發(fā)電機(jī)組提供第二電源。此時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)組是作為備用電源使用，不僅僅是應(yīng)急用。

5、按照我國(guó)旅游飯店星級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，四星級(jí)及五星級(jí)賓館應(yīng)設(shè)自備發(fā)電系統(tǒng)。以上是設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組的基本原則。值得一提的是，在國(guó)內(nèi)外一些高層建筑中，即使市網(wǎng)供電相當(dāng)可靠，可以滿足規(guī)范要求，但也都設(shè)置了自備應(yīng)急發(fā)電機(jī)組，以便當(dāng)市網(wǎng)萬(wàn)一中斷供電，一方面能保證停電期間消防用電的需要，同時(shí)也能使大廈的基本秩序得以維持。

 

二、柴發(fā)型式選擇

 

      柴油發(fā)電機(jī)組由柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)、啟動(dòng)電機(jī)彈性聯(lián)軸節(jié)及支撐底座組成。套發(fā)電機(jī)組放置在重型鋼架機(jī)座上， 全焊接結(jié)構(gòu)， 可精確地校正和支撐引擎/交流發(fā)電機(jī)， 底座架上有吊機(jī)孔作運(yùn)輸及安裝之用。在發(fā)電機(jī)組與公共底盤(pán)之間，根據(jù)發(fā)電機(jī)組的動(dòng)、靜載荷選配適合的減震器， 大大減少機(jī)組工作的振動(dòng)對(duì)周圍的傳遞。該減震器高頻波動(dòng)率較小， 對(duì)瞬態(tài)沖擊響應(yīng)及瞬時(shí)過(guò)載工況等引起的自振能迅速消失； 該減震器采用碗形上蓋， 三相剛度相等， 有防剪切性能。具有調(diào)壓精度高、動(dòng)態(tài)性能好電壓波形畸變小、效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、維修方便、工作可靠、使用壽命長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)性能好等特點(diǎn)。

1、啟動(dòng)方式

      柴油發(fā)電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)，必須依靠外力驅(qū)動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)，當(dāng)達(dá)到一定轉(zhuǎn)速時(shí)，氣缸內(nèi)的空氣被壓縮到一定的壓力和溫度時(shí)，噴進(jìn)氣缸的燃油開(kāi)始燃燒，柴油發(fā)電機(jī)才開(kāi)始正常地運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)。

      當(dāng)采用自動(dòng)信號(hào)控制啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)或控制壓縮空氣閥，并對(duì)潤(rùn)滑系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)采取措施后，便可實(shí)現(xiàn)機(jī)組自啟動(dòng)。在高層建筑中宜采用電啟動(dòng)方式，避免采用壓縮空氣啟動(dòng)方式。一類高層建筑中一定要選擇帶自啟動(dòng)裝置的柴油發(fā)電機(jī)組，一旦市網(wǎng)供電中斷，必須在15S內(nèi)供電（《高建規(guī)范》要求30ｓ）。二類高層建筑中有條件時(shí)，也宜采用帶自啟動(dòng)裝置的機(jī)組，有困難時(shí)也可采用手動(dòng)啟動(dòng)裝置。

2、轉(zhuǎn)速

      柴油發(fā)電機(jī)組按轉(zhuǎn)速分高、中、低三類。高速轉(zhuǎn)速≥1000轉(zhuǎn)/分鐘；中速轉(zhuǎn)速在300～1000轉(zhuǎn)/分鐘；低速轉(zhuǎn)速≤300轉(zhuǎn)/分鐘。在高層建筑中應(yīng)選用轉(zhuǎn)速1000～1500轉(zhuǎn)/分鐘的高速機(jī)組。此種機(jī)組具有體積小、重量輕、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)。

3、冷卻方式

      柴油發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中由于柴油的燃燒產(chǎn)生高溫，為保證柴油發(fā)電機(jī)受熱機(jī)件及增壓器外殼等部分不受高溫的影響，并保證各工作面的潤(rùn)滑，要在受熱部分進(jìn)行冷卻。柴油發(fā)電機(jī)冷卻不良、機(jī)件溫度過(guò)高時(shí)，將會(huì)引起一些故障。柴油發(fā)電機(jī)機(jī)件也不能過(guò)度冷卻，機(jī)件溫度太低也會(huì)造成不良后果。
      由此可見(jiàn)，冷卻系統(tǒng)的功用是從各受熱機(jī)件傳走部分熱量，使機(jī)件保持正常的工作溫度。柴油發(fā)電機(jī)的冷卻方式有水冷和風(fēng)冷兩種。水冷方式即用水冷卻氣缸，風(fēng)冷方式即用風(fēng)冷卻氣缸。水冷機(jī)組中一種為封閉式自循環(huán)水冷卻機(jī)組，它是由散熱水箱、水泵、柴油發(fā)電機(jī)機(jī)體的水冷腔，再返回到散熱水箱，而散熱水箱是利用機(jī)組上的風(fēng)扇進(jìn)行冷卻的，另一種為開(kāi)式循環(huán)冷卻機(jī)組。在高層建筑中，一般情況下應(yīng)選擇閉式水循環(huán)冷卻的整體機(jī)組，此種機(jī)組所占面積和空間較小。

4、勵(lì)磁系統(tǒng)

      勵(lì)磁系統(tǒng)是發(fā)電機(jī)的主要組成部分。勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)的主要任務(wù)是維持電壓處于一定水平、增加輸送功率和輸送距離、提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性等。勵(lì)磁裝置有很多種，高層建筑中一般選擇無(wú)刷自動(dòng)勵(lì)磁裝置。采用此種勵(lì)磁方式的發(fā)電機(jī)組特點(diǎn)是：當(dāng)與自動(dòng)電壓調(diào)整裝置配套使用時(shí)，其穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率可保證在±2.5％以內(nèi)，這種類型機(jī)組能適應(yīng)各種運(yùn)行方式，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)組自動(dòng)化或?qū)Πl(fā)電機(jī)組的遙控。

5、容量

      首先要滿足穩(wěn)定計(jì)算負(fù)荷需要，這包括消防負(fù)荷和保證負(fù)荷兩部分。在民用建筑中，設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組，通常首先是作為消防用電設(shè)備的備用電源。市電停電，即聯(lián)鎖開(kāi)啟發(fā)電機(jī)組。但市電停電概率遠(yuǎn)大于火災(zāi)概率，開(kāi)啟機(jī)組并不就意味著火災(zāi)發(fā)生。非消防時(shí)，開(kāi)啟的發(fā)電機(jī)組僅僅負(fù)擔(dān)應(yīng)急照明等小部分負(fù)荷，若對(duì)其他非消防的重要負(fù)荷（屬三類負(fù)荷時(shí)的生活泵、客梯、裙房照明等，稱為保證負(fù)荷）無(wú)法顧及，則必將造成機(jī)組空置、資源浪費(fèi)。為此，進(jìn)行低壓配電系統(tǒng)圖設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足火災(zāi)時(shí)消防負(fù)荷需要的前提下，還必須考慮停電而非火災(zāi)時(shí)，發(fā)電機(jī)對(duì)保證負(fù)荷的供電。一種做法是，將保證負(fù)荷集中掛接在發(fā)電機(jī)應(yīng)急母線段上，消防時(shí)，由火災(zāi)信號(hào)將保證負(fù)荷的總開(kāi)關(guān)分勵(lì)脫扣。總之，應(yīng)分別計(jì)算消防負(fù)荷和保證負(fù)荷，以二者較大值作為確定發(fā)電機(jī)組容量的依據(jù)，從而，同時(shí)滿足消防部門(mén)及建設(shè)方的相應(yīng)要求。

6、臺(tái)數(shù)

      由于柴油發(fā)電機(jī)組是第二電源或第三電源，就不必為它再設(shè)“備用”，也就是說(shuō)一個(gè)工程可以只設(shè)一臺(tái)。如果容量過(guò)大，可以設(shè)兩臺(tái)，這兩臺(tái)可并聯(lián)運(yùn)行，并考慮可互為備用。柴油發(fā)電機(jī)組的單臺(tái)容量不宜大于1000KW。

 

三、機(jī)房設(shè)計(jì)

 

      現(xiàn)代單機(jī)型柴發(fā)大部分采用隔音降噪機(jī)房，其柴油發(fā)電機(jī)房的平面和立面設(shè)計(jì)如圖1、圖2所示。

1、柴油發(fā)電機(jī)房的選址

      考慮到柴油發(fā)電機(jī)組的進(jìn)風(fēng)、排風(fēng)、排煙等情況，如果有條件時(shí)機(jī)房最好設(shè)在首層。但是，高層建筑造價(jià)昂貴，特別是首層通常用于對(duì)外營(yíng)業(yè)，屬黃金地帶，因此，機(jī)房一般都設(shè)在地下室。由于地下室出入不宜、自然通風(fēng)條件不良，給機(jī)房設(shè)計(jì)帶來(lái)一系列不利因素，設(shè)計(jì)中要注意處理好。機(jī)房選址時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

① 不應(yīng)設(shè)在四周無(wú)外墻的房間，為熱風(fēng)管道和排煙管道導(dǎo)出室外創(chuàng)造條件；

② 盡量避開(kāi)建筑物的主入口、正立面等部位，以免排煙、排風(fēng)對(duì)其造成影響；

③ 注意噪音對(duì)環(huán)境的影響；

④ 宜靠近建筑物的變電所，這樣便于接線，減少電能損耗，也便于運(yùn)行管理。

2、通風(fēng)

      柴油發(fā)電機(jī)房的通風(fēng)問(wèn)題是機(jī)房設(shè)計(jì)中要特別注意解決的問(wèn)題，特別是機(jī)房位于地下室時(shí)更要處理好，否則會(huì)直接影響柴油發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行。機(jī)組的排風(fēng)一般應(yīng)設(shè)熱風(fēng)管道，不宜讓柴油發(fā)電機(jī)散熱器把熱量散在機(jī)房?jī)?nèi)，再由排風(fēng)機(jī)抽出。機(jī)房?jī)?nèi)要有足夠的新風(fēng)補(bǔ)充。柴油發(fā)電機(jī)在運(yùn)行時(shí)，機(jī)房的換氣量應(yīng)等于或大于柴油發(fā)電機(jī)燃燒所需新風(fēng)量與維持機(jī)房室溫所需新風(fēng)量之和。維持室溫所需新風(fēng)量由下式計(jì)算：

C=0.078PT

式中，C———需要的新風(fēng)量（m³/S）；

P———柴油發(fā)電機(jī)額定功率（KW）；

T———機(jī)房溫升（℃）。

      維持柴油發(fā)電機(jī)燃燒所需新風(fēng)量可向機(jī)組廠家索取，若無(wú)資料時(shí)，可按每千瓦功率需要0.1m³/分鐘計(jì)算（柴油發(fā)電機(jī)功率按發(fā)電機(jī)主發(fā)電功率千瓦數(shù)的1.1倍配備）。柴油發(fā)電機(jī)房的通風(fēng)一般采取排風(fēng)設(shè)置熱風(fēng)管道，進(jìn)風(fēng)為自然進(jìn)風(fēng)的方式。熱風(fēng)管道與柴油發(fā)電機(jī)散熱器連在一起，其連接處用軟接頭，熱風(fēng)管道應(yīng)平直，如果要轉(zhuǎn)彎，轉(zhuǎn)彎半徑盡量大而且內(nèi)部要平滑，出風(fēng)口盡量靠近且正對(duì)散熱器。進(jìn)風(fēng)口與出風(fēng)口宜分別布置在機(jī)組的兩端，以免形成氣流短路，影響散熱效果。機(jī)房的出風(fēng)口、進(jìn)風(fēng)口的面積應(yīng)滿足下式要求：

S1≥1.5ｓ

S2≥1.8ｓ

式中，S———柴油發(fā)電機(jī)散熱面積；

S1———出風(fēng)口面積；

S2———進(jìn)風(fēng)口面積。

      在寒冷地區(qū)應(yīng)注意進(jìn)風(fēng)口、排風(fēng)口平時(shí)對(duì)機(jī)房溫度的影響，以免機(jī)房溫度過(guò)低影響機(jī)組的啟動(dòng)。風(fēng)口與室外的連接處可設(shè)風(fēng)門(mén)，平時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)，機(jī)組運(yùn)行時(shí)能自動(dòng)開(kāi)啟。

3、排煙排煙系統(tǒng)的作用

      主要為了將氣缸里的廢氣排放到室外。排煙系統(tǒng)應(yīng)盡量減少背壓，因?yàn)?，廢氣阻力的增加將會(huì)導(dǎo)致柴油發(fā)電機(jī)出力的下降及溫升的增加。排煙管敷設(shè)方式常用的有二種：

① 水平架空敷設(shè)

      優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)彎少、阻力小，缺點(diǎn)是增加室內(nèi)散熱量，使機(jī)房溫度升高；

② 地溝內(nèi)敷設(shè)

      優(yōu)點(diǎn)是室內(nèi)散熱量小，缺點(diǎn)是排煙管轉(zhuǎn)彎多，阻力相對(duì)較大。

      在地下室常用的是水平架空敷設(shè)。排煙管應(yīng)單獨(dú)引出，盡量減少?gòu)濐^。排煙溫度在350～550℃，為防止?fàn)C傷和減少輻射熱，排煙管道宜進(jìn)行保溫處理。排煙噪聲在機(jī)組總噪聲中屬最強(qiáng)烈的一種，應(yīng)設(shè)消音器以減少噪音。

4、基礎(chǔ)

      基礎(chǔ)主要用于支撐柴油發(fā)電機(jī)組及底座的全部重量，底座位于基礎(chǔ)上，機(jī)組安裝在底座上，底座上一般都采取減震措施。在高層建筑中一般采用高速柴油發(fā)電機(jī)組，當(dāng)機(jī)組安裝在樓板上即不在最底層時(shí)，都不采用重混凝土基礎(chǔ)，以免基礎(chǔ)過(guò)重而增加樓板荷重。當(dāng)機(jī)組位于建筑物底層時(shí)，應(yīng)按機(jī)組要求設(shè)置混凝土基礎(chǔ)。底角螺絲可預(yù)埋，也可以等機(jī)組到達(dá)后再用電鉆打孔安裝。

5、機(jī)房接地

      柴油發(fā)電機(jī)房一般應(yīng)用三種接地：

① 工作接地：發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地；

② 保護(hù)接地：電氣設(shè)備正常不帶電的金屬外殼接地；

③ 防靜電接地：燃油系統(tǒng)的設(shè)備及管道接地。各種接地可與高層建筑的其它接地共用接地裝置，即采用聯(lián)合接地方式。

6、供油系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）為滿足柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的用油要求， 根據(jù)GB 50174 - 2014、GB 50016 - 2014等規(guī)范要求， 本示例工程在柴油發(fā)電機(jī)房?jī)?nèi)每臺(tái)機(jī)組均單獨(dú)設(shè)有日用油箱間， 日用油箱間內(nèi)儲(chǔ)存有1m2的日用燃油。結(jié)合日用油箱間， 還在地下一層設(shè)置油泵供油系統(tǒng)， 在室外設(shè)置儲(chǔ)油罐， 通過(guò)油泵系統(tǒng)自動(dòng)供油， 滿足柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)間不小于72 h 的用油要求。

 

（2）各個(gè)日用油箱上均設(shè)有液位控制儀， 當(dāng)日用油箱內(nèi)的油處于低液位時(shí)， 油泵啟動(dòng)， 將埋在室外儲(chǔ)油罐內(nèi)的柴油輸入日用油箱內(nèi)； 反之，當(dāng)日用油箱內(nèi)的油處于高液位的時(shí)候， 供油泵自動(dòng)關(guān)閉。當(dāng)油位超過(guò)設(shè)置液位范圍時(shí)，報(bào)警器自動(dòng)報(bào)警。當(dāng)油位超過(guò)超高液位、柴油發(fā)電機(jī)發(fā)生故障或火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警時(shí)，排油電磁閥啟動(dòng)，將油排至室外儲(chǔ)油罐。日用油箱的油直接供柴油發(fā)電機(jī)使用，柴油發(fā)電機(jī)的回油，回到日用油箱繼續(xù)使用，日用油箱底部的排油管和溢油管接入溢油桶，溢油桶安裝液位顯示，當(dāng)液位處于高位時(shí)，經(jīng)手搖泵輸入日用油箱繼續(xù)使用。

（3）燃油的儲(chǔ)量

      機(jī)房?jī)?nèi)需設(shè)置3～8h的日用油箱，其容積可按下式計(jì)算：

V=G•γ•A•T

式中，V—日用油箱容積（m³）；

G—柴油發(fā)電機(jī)燃油消耗量（kg／h）由樣本查出；

γ—燃油重度（kg／m³），輕柴油為810～860kg／m³；

A—油箱充滿系數(shù)，一般取0.90；

T—供油時(shí)間，一般取3～8h。

      當(dāng)機(jī)房設(shè)在高層建筑內(nèi)時(shí)，日用油箱應(yīng)設(shè)專用房間，用防火墻與柴油發(fā)電機(jī)隔開(kāi)。

 

圖1  發(fā)電機(jī)房平面設(shè)計(jì)圖

圖2  發(fā)電機(jī)房立面布置圖

 

總結(jié)：

      上述內(nèi)容主要適用0.4KV低壓柴油發(fā)電機(jī)組，但是與高壓發(fā)電機(jī)組安裝設(shè)計(jì)是完全不匹配的。因?yàn)楦邏翰裼桶l(fā)電機(jī)組除了機(jī)房環(huán)境要求和空間面積更加嚴(yán)格外，其配電系統(tǒng)也是完全不同的，主要是由高壓進(jìn)線柜、出線柜、PT柜和接地電阻柜等組成，用電負(fù)荷等級(jí)均相對(duì)較高。因此，對(duì)其主、備用電源的供電可靠性要求相當(dāng)嚴(yán)格，與之配套的柴油發(fā)電機(jī)房設(shè)計(jì)請(qǐng)與供應(yīng)商咨詢。

 

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