新聞主題	柴油發(fā)電機(jī)組容量大小的選擇原則和功率計(jì)算

 

摘要：柴油發(fā)電機(jī)組是企業(yè)生產(chǎn)中主要的備用電力來源 ，在企業(yè)用電中有著舉足輕重的作用 ，柴油發(fā)電機(jī)組的選型將直接影響整個企業(yè)供電系統(tǒng)的可靠性。康明斯公司在本文重點(diǎn)探討如何合理、準(zhǔn)確地選擇發(fā)電機(jī)組的容量。在選擇柴油發(fā)電機(jī)組容量時，應(yīng)根據(jù)實(shí)際工程情況確定合適的功率參數(shù)種類，根據(jù)公式準(zhǔn)確計(jì)算并校驗(yàn)得出機(jī)組功率，最后按環(huán)境條件對功率進(jìn)行修正。

 

一、柴發(fā)機(jī)組功率類型和選擇

 

      柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)是民用建筑廣泛采用的應(yīng)急電源之一。在市政斷電的突發(fā)事件時，民用建筑的UPS或高壓直流后備蓄電池進(jìn)入放電模式，保持設(shè)備供電的連續(xù)性。與此同時，民用建筑配置的柴油發(fā)電機(jī)組迅速啟動、完成并機(jī)，向整棟民用建筑提供電力保障。合理配置柴發(fā)系統(tǒng)決定了設(shè)備不間斷供電的安全、可靠、長久。民用建筑前期設(shè)計(jì)規(guī)劃過程中，應(yīng)根據(jù)民用建筑外市電引入容量，配置柴油發(fā)電機(jī)組作為災(zāi)備應(yīng)急供電保障。 

1、柴發(fā)機(jī)組功率種類

     柴油發(fā)電機(jī)組功率類型多種多樣，在進(jìn)行發(fā)電機(jī)組功率選擇時，首先要了解所選擇或所需要的是哪一種功率參數(shù)。通常柴油發(fā)電機(jī)組功率會在發(fā)電機(jī)組牌上面有明顯標(biāo)識，常見的有備用功率、常用功率和連續(xù)功率等，但這些功率參數(shù)沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)定義，而且各廠家所標(biāo)注的功率及對其的定義也不盡相同。

     在相關(guān)國家規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)定義中，柴油發(fā)電機(jī)組功率種類主要有四種：持續(xù)功率、基本功率、限時運(yùn)行功率以及應(yīng)急備用功率。持續(xù)功率和基本功率的每年運(yùn)行時間均不受限制，前者通常用于負(fù)荷較穩(wěn)定且需持續(xù)供電的場所，后者一般用于負(fù)荷多變且需要連續(xù)供電的場所。限時運(yùn)行功率和應(yīng)急備用功率的每年運(yùn)行時間均受限，前者不超過500 h，后者不超過200 h。限時運(yùn)行功率通常用于負(fù)荷較穩(wěn)定但無需長期持續(xù)供電的場所，應(yīng)急備用功率則一般用于市電供電較可靠的場合，提供短時供電和消防負(fù)荷供電。

2、柴發(fā)機(jī)組功率選擇的原則

      民用建筑電氣設(shè)計(jì)中，柴油發(fā)電機(jī)組一般作為備用電源，為消防時的消防負(fù)荷和非消防市電停電時的重要負(fù)荷提供臨時供電，平時一般不啟動，發(fā)電機(jī)組功率選擇太大會造成一次投資成本的浪費(fèi)，而選擇太小則無法滿足實(shí)際使用功能的需求，且后者尤為重要。發(fā)電機(jī)組能否正常供電、消防設(shè)備能否正常運(yùn)行關(guān)系著居民的人身和財(cái)產(chǎn)安全，因此，在設(shè)計(jì)中需要準(zhǔn)確地選擇發(fā)電機(jī)組的功率。柴油發(fā)電機(jī)組功率選擇的原則主要有以下幾點(diǎn)：

① 柴油發(fā)電機(jī)組的功率和臺數(shù)應(yīng)根據(jù)負(fù)荷大小、投入順序以及單臺電動機(jī)最大起動功率等因素綜合確定。如果負(fù)荷較大，可以采用多機(jī)并列運(yùn)行或分區(qū)供電。

② 柴油發(fā)電機(jī)組容量要滿足電動機(jī)自啟動時母線最低電壓，不得低于額定電壓的75%，當(dāng)有電梯負(fù)荷時，不得低于額定電壓的80%，當(dāng)電壓不能滿足要求時，可在運(yùn)行情況允許的條件下將負(fù)荷分批啟動。

③ 在滿足上述原則的前提下盡可能保證經(jīng)濟(jì)合理。

3、柴發(fā)機(jī)組的結(jié)構(gòu)類型

（1）開架式柴發(fā)機(jī)組

      該型柴油發(fā)電機(jī)組的采用開放式結(jié)構(gòu)，也就是無外罩狀態(tài)，外觀結(jié)構(gòu)如圖1所示。整個機(jī)組可以拆分成發(fā)電機(jī)與柴油機(jī)兩部分進(jìn)行安裝，能夠輕松地組裝和調(diào)整，適用于發(fā)電機(jī)房內(nèi)使用的安裝場所。

① 維修簡單

      開架式柴油發(fā)電機(jī)組內(nèi)部布置十分簡潔明了，便于故障排除及維修。和封閉式機(jī)房相比，開架式機(jī)組可以快速拆卸，維修和更換零部件也比較方便，大大減少了維護(hù)時間和費(fèi)用。

② 運(yùn)行穩(wěn)定

      開架式柴油發(fā)電機(jī)組的各個部件分開安裝，減少了熱量和噪音的相互影響，使發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行更加平穩(wěn)、穩(wěn)定。同時，開架式柴油發(fā)電機(jī)組的發(fā)動機(jī)散熱效果更加出色，能夠有效降低設(shè)備間的溫度，提高設(shè)備的使用壽命。

③ 靈活性強(qiáng)

      開架式柴油發(fā)電機(jī)組在通用性和靈活性方面要優(yōu)于封閉式柴油發(fā)電機(jī)組。機(jī)組的柴油機(jī)和發(fā)電機(jī)能夠單獨(dú)更換，而且可以隨意更換型號和配置，以滿足用戶的不同需求。同時，開架式柴油發(fā)電機(jī)組的日常維護(hù)保養(yǎng)也更加靈活、方便。

（2）靜音箱式發(fā)電機(jī)組

      靜音箱式發(fā)電機(jī)組屬環(huán)保型產(chǎn)品，外觀結(jié)構(gòu)如圖2所示。一般發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行時，噪聲可達(dá)103dB（A）以上，對環(huán)境造成嚴(yán)重污染，通常情況下是對機(jī)房進(jìn)行隔聲處理，使機(jī)房外面噪聲達(dá)到環(huán)保要求，但是對于一些無條件建立機(jī)房的場合，帶靜音箱外罩的發(fā)電機(jī)組便應(yīng)運(yùn)而生。靜音箱式發(fā)電機(jī)組噪聲等級分80dB(A)和75dB(A)兩種，用戶可根據(jù)實(shí)際使用要求選取。簡單來說，靜音箱式發(fā)電機(jī)組是在普通型柴油發(fā)電機(jī)組的基礎(chǔ)上，增加多層屏障阻抗錯配式隔聲罩，高效阻抗復(fù)合式消音器，來實(shí)現(xiàn)柴油發(fā)電機(jī)組的降噪隔聲。

 

圖1  開架式柴油發(fā)電機(jī)組示意圖

圖2  集裝箱柴油發(fā)電機(jī)組電站

 

二、柴發(fā)機(jī)組容量的計(jì)算

 

1、估算方法

      在方案設(shè)計(jì)階段和初步設(shè)計(jì)階段，一般按以下兩種方法進(jìn)行估算，并取其中較大者：

① 按總建筑面積估算，總建筑面積在10000㎡以上按15～20 W/㎡估算，總建筑面積在10 000㎡以下按10～15 W/㎡估算；

② 按變壓器總安裝容量估算，發(fā)電機(jī)組容量可按配電變壓器總?cè)萘康?0%～20%進(jìn)行估算，建筑物規(guī)模大時取下限，規(guī)模小時取上限。

       在施工圖設(shè)計(jì)階段，應(yīng)根據(jù)消防負(fù)荷及一、二級重要負(fù)荷的容量，按發(fā)電機(jī)組供電范圍內(nèi)的總設(shè)備容量（穩(wěn)定負(fù)荷）計(jì)算發(fā)電機(jī)容量，同時根據(jù)最大一臺或一組電動機(jī)啟動的需要、啟動電動機(jī)時母線允許電壓降、柴油發(fā)電機(jī)房內(nèi)儲油量，對發(fā)電機(jī)容量進(jìn)行計(jì)算校驗(yàn)。

2、計(jì)算方法 

      柴油發(fā)電機(jī)組容量的選擇除了要考慮柴油發(fā)電機(jī)組所帶負(fù)荷的大小外 ，還應(yīng)考慮到大功率電動機(jī)或電動發(fā)電機(jī)組啟動對發(fā)電機(jī)電網(wǎng)所造成的沖擊等因素。

（1）根據(jù)所帶負(fù)荷的大小確定發(fā)電機(jī)組容量的計(jì)算公式 ，即按穩(wěn)態(tài)供電負(fù)荷計(jì)算 ，公式為 :

S = α ×PΣ(ηΣ ×COSΦ) (KVA) ......................................(1)

式中 ：PΣ ———供電總負(fù)荷；

ηΣ ———計(jì)算效率；

α ———負(fù)荷率 0. 8～1. 0；

COSΦ———發(fā)電機(jī)功率因數(shù)。

      采用上述公式計(jì)算是確定發(fā)電機(jī)組容量的基本方法 ，如所帶負(fù)荷中無大功率電機(jī) ，無啟動沖擊電流 ，采用該方法即可確定發(fā)電機(jī)組容量 ，如電網(wǎng)中還有較大功率電機(jī) ，有啟動沖擊電流 ，則還需要校驗(yàn)?zāi)妇€允許電壓降及發(fā)電機(jī)端瞬時電壓降及電機(jī)啟動本身需要。

（2）按母線允許的瞬時電壓降計(jì)算 ，公式如下 ：

S = Pn ×K×C ×Xd[ (1ΔE) - 1] ......................................(2)

式中 ：Pn ———大功率電發(fā)電機(jī)組容量；

K ———電動機(jī)啟動電流倍數(shù)；

C ———按啟動方式確定的系數(shù)，全壓啟動；

C = 1，Y ———Δ 啟動0. 67 ，自藕降壓0. 25～0. 64；

Xd ———發(fā)電機(jī)暫態(tài)電抗 0. 25 ；

ΔE ———母線允許瞬時壓降 ， 有電梯0. 2 ，無電梯 0.25～0. 3。發(fā)電機(jī)端電壓瞬時壓降一般不大于 20 % ，啟動瞬時發(fā)電機(jī)端電壓 := 1.05UH 以標(biāo)幺值表示為1.05。

 Xq ———發(fā)電機(jī)端子外電路計(jì)算電抗 ,以標(biāo)幺值計(jì)。

（3）另外還需校驗(yàn)電動機(jī)啟動時 ，本身能順利啟動所需條件 ，公式為 :

S = [ ( PΣ - PM) ηΣ + PM ×K ×C ×COSΦ ] COSΦ ......................................(3)

式中 ：P ———電動機(jī)容量；

COSΦ ———電動機(jī)啟動功率因數(shù)，取0.4；

K ———電動機(jī)啟動電流倍數(shù)；

C ———按啟動方式確定系數(shù) ，全壓啟動C = 1 ， Y - Δ 啟動 0. 67 ，自藕降壓 0. 25～0. 64。

      通過以上公式 ，取最大者來確定發(fā)電機(jī)組容量。

（4）另外在海拔較高地區(qū)還要對發(fā)電機(jī)容量進(jìn)行修正 ，每臺發(fā)電機(jī)組輸出功率按下式計(jì)算 :

P = { Ne[ C - (1 - C ) ] - Np} ×η ......................................(4)

式中 ：P ———發(fā)電機(jī)組的實(shí)際輸出功率；

Ne ———發(fā)電機(jī)組的標(biāo)定功率 ；

Np ———發(fā)電機(jī)組風(fēng)扇消耗的功率 ；

η ———發(fā)電機(jī)的效率 ；

CFM———MM 大氣狀況率修正系數(shù) 1 ，根據(jù)大氣狀況按《內(nèi)燃機(jī)臺架性能試驗(yàn)方法》的可調(diào)油量法功率的修正公式計(jì)算；

C1 ———進(jìn)排風(fēng)阻力影響修正系數(shù) ，地面取 1. 0。

 

三、柴發(fā)機(jī)組的布置要求 

 

      柴油發(fā)電機(jī)房的布置要求著重考慮安全性、噪音控制、通風(fēng)、溫濕度、照明和排水等方面，這些要求的落實(shí)將有助于確保發(fā)電機(jī)的可靠運(yùn)行和延長設(shè)備的使用壽命。本文布置要求是根據(jù)康明斯發(fā)電機(jī)組參數(shù)來設(shè)定的，外形實(shí)物如圖3所示。

1、機(jī)房位置的選擇及大小要求

（1）柴油發(fā)電機(jī)組作為備用電源 ，盡量靠近工廠的總配電柜 ，以便接線方便 ；

（2）為防噪音、震動污染應(yīng)盡量遠(yuǎn)離工作區(qū)和生活區(qū) ，避開主要出口通道 ；

（3）應(yīng)考慮運(yùn)輸、安裝、檢修方便 ；

（4）應(yīng)考慮儲油、運(yùn)油方便 ；

（5）應(yīng)考慮水、煙污染問題等。

      一般發(fā)電機(jī)組機(jī)房都建在地下室或者地面一層，如機(jī)房單建則機(jī)房應(yīng)有兩堵外墻 ，機(jī)房大小應(yīng)根據(jù)發(fā)電機(jī)組數(shù)量及大小來確定 ，發(fā)電機(jī)組之間間距及距墻壁的距離應(yīng)滿足以下表中要求。

表1 　 發(fā)電機(jī)組外廓與墻壁的凈距（m）

 

2、通風(fēng)冷卻系統(tǒng)

      發(fā)電機(jī)房的進(jìn)排風(fēng)系統(tǒng)典型設(shè)計(jì)如圖4所示。一般排風(fēng)的作法是設(shè)置熱風(fēng)通道 ，熱風(fēng)通道與散熱器連在一起 ，連接處用軟接頭 ，熱空氣在發(fā)動機(jī)的一端排出 ，應(yīng)將排風(fēng)槽伸出建筑物外 ，以防任何熱空氣回流 ，因?yàn)槿绻@些熱空氣由冷卻系統(tǒng)引入機(jī)房 ，將會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)過熱 ，如被引入作為燃燒用 ，還將損耗功率。

      一般出風(fēng)口的面積最小應(yīng)為散熱器面積的 1.5 倍。如機(jī)房設(shè)在首層 ，發(fā)動機(jī)進(jìn)風(fēng)口位置盡可能緊靠新鮮空氣的進(jìn)口端 ，這樣就可不必設(shè)進(jìn)風(fēng)槽 ，只需裝設(shè)進(jìn)風(fēng)百葉窗或裝有百葉窗的機(jī)房門即可 ，但進(jìn)風(fēng)面積必須滿足發(fā)電機(jī)組要求 ，一般柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時 ，發(fā)電機(jī)組及排煙管道等部件都向機(jī)房內(nèi)散發(fā)熱量 ，使機(jī)房溫度升高 ，同時還會散發(fā)一些有毒氣體 ，發(fā)電機(jī)組運(yùn)行還需要足夠的新鮮空氣 ，故機(jī)房需進(jìn)行通風(fēng)降溫。

4、供油儲油系統(tǒng)

      柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行需供應(yīng)大量柴油 ，必須儲備一定的油量 ，對小型發(fā)電機(jī)組只需設(shè)油箱 ，對大一點(diǎn)的發(fā)電機(jī)組應(yīng)設(shè)置儲油間 ，如再大的發(fā)電機(jī)組還應(yīng)在室外專設(shè)儲油設(shè)施。柴油機(jī)儲油量按下式計(jì)算 ：

V = G ×t ×K 1000AR ......................................(5)

式中 ：G ———發(fā)電機(jī)組每小時耗油量 ， G =geNe1000 ，geNe 分別為機(jī)組耗油率及標(biāo)定功率 ;

t ———發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時間 ，(3～8 小時) ;

K———安全系數(shù) ，一般取 1. 1～1. 2 ;

A ———容積系數(shù) ，一般取 0. 9 ;

R ———燃油密度 ，輕柴油約為 0. 85。

      油箱安裝時應(yīng)注意以下幾點(diǎn) ，油箱 (罐) 最高油面不能比發(fā)電機(jī)組底座高出2. 5m ，否則應(yīng)在中間加日用油箱 ；出油位要比油箱底高 50mm ，以免將沉淀物吸入發(fā)電機(jī)組 ；油箱底應(yīng)加額外的盛油盤將溢 出的油收集 ；油箱頂必須帶檢視口 ，以便檢修 ；送油管應(yīng)為黑鐵管 ，不能用鍍鋅管 ，以免產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng) ，損害發(fā)電機(jī)組 ；回油管油路到油箱必須保持在 2. 5m 高度以下。

 

圖3  KTAA19-G6A康明柴油發(fā)電機(jī)組

圖4  柴油發(fā)電機(jī)組通風(fēng)系統(tǒng)安裝圖

 

5、排煙消音系統(tǒng)

（1）排煙系統(tǒng)應(yīng)盡可能布置的短平 ，但應(yīng)滿足當(dāng)?shù)匾?guī)劃、環(huán)保部門的規(guī)定 ，盡量少用彎頭及長徑型的彎頭。熱排煙因高速流動 ，使流線變得異常不穩(wěn)定 ，若其流向急轉(zhuǎn)變化 ，將使排煙系統(tǒng)的背壓加大 ，阻礙排煙效果 ，從而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組的功率損失 ，因此應(yīng)盡可能的降低背壓。當(dāng)條件要求增加排煙系統(tǒng)的長度大于 9m 時 ，則排煙管徑應(yīng)加大。從發(fā)動機(jī)排煙總管排出的第一段管道必須包含一段柔性軟管或波紋管 ，排煙管的第二段應(yīng)被支撐住 ，以容許柔性管走動時 ，不致于將承重施加于發(fā)電機(jī)的總管上。排煙管壁厚應(yīng)大于 3mm。

（2）當(dāng)排煙管需要穿過墻壁時 ，應(yīng)當(dāng)配置套管或壁外套板 ，否則墻壁將會因過度受熱而出現(xiàn)裂縫 ， 并有可能造成火災(zāi)。排煙口應(yīng)遠(yuǎn)離建筑物進(jìn)氣欄或門窗 ，設(shè)計(jì)成防雨型 ，在靠近發(fā)動機(jī)的長排煙管處配置疏水點(diǎn)或泄水收集盤。

（3）排煙管道上應(yīng)設(shè)置排煙消音器 ，根據(jù)場所的不同選用不同的消音器 ，對噪音控制要求不高場所 ；管道頂端用共震或吸收式消音器 ，對控制噪音要求較高場所用住宅消音器 ，有易爆氣體場所用火花制動器式消音器。其中，住宅型消聲器外形如圖5、圖6所示。

（4）對于小型發(fā)電機(jī)組 ，當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門允許時 ，煙氣可直接排入大氣 ，對較大發(fā)電機(jī)組 ，當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門一般不允許煙氣直接排入大氣 ，還應(yīng)設(shè)置消煙池。消煙池尺寸由發(fā)電機(jī)組大小決定 ，一般 3～20m³ 。

 

圖5  住宅型消音器外形圖

圖6  消音器外形結(jié)構(gòu)圖

 

總結(jié)：

      柴油發(fā)電機(jī)組選擇時應(yīng)考慮的因素主要包括機(jī)械與電氣性能、機(jī)組的用途、負(fù)荷的容量與變化范圍、機(jī)組的使用環(huán)境條件（包括海拔高度、氣候條件、噪聲）、自動化功能等。而對于安裝條件，柴油發(fā)電機(jī)房應(yīng)設(shè)置在通風(fēng)良好、水源供應(yīng)充足的地方，并應(yīng)遠(yuǎn)離易燃物品、易爆物品等危險(xiǎn)物質(zhì)。機(jī)房內(nèi)應(yīng)有明確的應(yīng)急出口，并設(shè)有適當(dāng)?shù)臏缁鹪O(shè)備，以確保發(fā)電機(jī)房的安全性?？偠灾裼桶l(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)是一個多專業(yè)、多部門密切配合才能完成的工作，電氣專業(yè)設(shè)計(jì)過程中，要了解發(fā)電機(jī)組本身特性，了解當(dāng)?shù)丨h(huán)保、供電等部門的一些規(guī)定，要考慮各專業(yè)之間的配合，便于施工、運(yùn)行管理及維護(hù)等。

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