機房設計與設備安裝

最新柴油發電機房設計規范與GB布置圖集

 

摘要：本文中的發電機房及設備設計規范適用于額定電壓為230／400V，單機容量定為2000kW及以下發電機組。主要依照國家標準《往復式內燃機驅動的交流發電機組》GB／T 2820、《自動化柴油發電機組分級要求》GB／T 4712以及《交流工頻移動電站額定功率、電壓及轉速(功率自0.75～2000kW)》GB 12699所規定的發電機組功率和電壓而定。

 

目前我國柴油發電機市場主要分兩大類：一是功率100～2000kW進口發電機組。二是國產發電機組，大多功率在400kW以下。目前國產柴油發電機組種類很多，按組裝形式可分拖車式、移動式(或稱滑動式)、固定式三種。冷卻方式有風冷式(又稱封閉自循環水冷卻方式)和水冷式。啟動方式有電啟動和壓縮空氣啟動，還有帶增壓器的增壓發電機組和不帶增壓器的發電機組等。本節中所有條文的規定是以國家標準《往復式內燃機驅動的交流發電機組》GB／T 2820中固定式、應急型柴油發電機組的有關技術數據為依據而制定。對于采用進口發電機組時，也應遵照執行。

 

 

 

一、一般規定

 

1、設置規定

① 發電機組靠近負荷中心，為節省有色金屬和電能消耗，確保電壓質量；

② 發電機組的設置應遵照有關規范對防火的要求，并防止噪聲、振動等對周圍環境的影響；

③ 從保證發電機組有良好工作環境(如排煙、通風等)考慮，最好將發電機組布置在建筑物首層，但大型民用建筑的首層，往往是黃金層，難以占用。根據調查，目前國內高層建筑的柴油發電機組已有不少設在地下層，運行效果良好。發電機組設在地下層最關鍵的一定要處理好通風、排煙、消聲和減振等問題。

2、確保的供電范圍

① 消防設施用電：消防水泵、消防電梯、防煙排煙設施、火災自動報警、自動滅火裝置、應急照明和電動的防火門、窗、卷簾門等；

② 保安設施、通信、航空障礙燈、電鐘等設備用電；

③ 航空港、星級飯店、商業、金融大廈中的中央控制室及計算機管理系統；

④ 大、中型電子計算機室等用電；

⑤ 醫院手術室、重癥監護室等用電；

⑥ 具有重要意義場所的部分電力和照明用電。

 

地下室機房降噪布置圖

 

二、發電機組的選擇

 

1、功率計算考慮因素

確定發電機組容量時，除考慮應急負荷總容量之外，應著重考慮啟動電動機容量。因單臺電動機最大啟動容量對確定發電機組容量有直接關系。決定發電機組能啟動電動機容量大小的因素又很多，它與發電機的技術性能、柴油機的調速性能、電動機的極對數和啟動時發電機所帶負荷大小和功率因數的高低、發電機的勵磁和調壓方式以及用電負荷對電壓指標的要求等因素有關。因此，設計確定發電機組容量，應具體分析區別對待。
為了便于設計參考，三相低壓柴油發電機組在空載時，能全電壓直接啟動的空載四極籠型三相異步電動機最大容量可參見表1。

表1 機組空載能直接啟動空載籠型電動機最大容量

序號	柴油發電機功率(kW)	異步電動機額定功率(kW)
1	40	0.7
2	50、64、75	30
3	90、120	55
4	150、200、250	75
5	400以上	125

但應注意，表1所列數值，沒有考慮電動機直接啟動對發電機組母線電壓降加以限制，是以全電壓直接啟動電動機時，電動開關和失壓保護不應跳閘為條件。

2、功率計算公式

根據國內外一些高層建筑用電指標統計，應急發電機容量約占供電變壓器總容量的10％～20％。國外建筑物配電變壓器容量一般選擇得較富裕，因此后一個指標偏差較大。

根據我國現實情況，建筑物規模大時取下限，規模小時取上限。

發電機組的容量可分別按下列公式計算：

① 按穩定負荷計算發電機容量；

 

式中P_∑——總負荷(kW)；

P_k——每個或每組負荷容量(kW)；

η_k—一每個或每組負荷的效率；

η_∑——總負荷的計算效率，一般取0.82～0.88；

α——負荷率；

cosφ——發電機額定功率因數，可取0.8。

② 按最大的單臺電動機或成組電動機啟動的需要，計算發電機容量：

 

式中P_m——啟動容量最大的電動機或成組電動機的容量(kW)

cosφ_m——電動機的啟動功率因數，一般取0.4；

K——電動機的啟動倍數；

C——按電動機啟動方式確定的系數；

全壓啟動：C＝1.0

Y-△啟動C＝0.67

自耦變壓器啟動：

50％抽頭C＝0.25

65％抽頭C＝0.42

80％抽頭C＝0.64

P_∑、η_∑、cosφ意義同公式(1)。

③ 按啟動電動機時母線容許電壓降計算發電機容量：

 

式中P_n——電動機總容量(kW)；

X"_d——發電機的暫態電抗，一般取0.25；

△E——應急負荷中心母線允許的瞬時電壓降。一般△E取0.25～0.3(有電梯時取0.2U_H)；

K、C——意義同公式(2)。

公式(3)適用于柴油發電機與應急負荷中心距離很近的情況。

如果外界氣壓、溫度、濕度等條件不同時，則應按照表2～表5中所列之校正系數進行校正。即，實際功率＝額定功率×C。

表2 相對濕度60%非增壓柴油機功率修正系數C 

海拔 (m)	大氣壓  (kPa)	大氣溫度(℃)
		0	5	10	15	20	25	30	35	40	45
0	101.3	1	1	1	1	1	1	0.98	0.96	0.93	0.90
200	98.9	1	1	1	1	1	0.98	0.95	0.93	0.90	0.87
400	96.7	1	1	1	0.99	0.97	0.95	0.93	0.90	0.88	0.85
600	94.4	1	1	0.98	0.96	0.94	0.92	0.90	0.88	0.85	0.82
800	92.1	0.99	0.97	0.95	0.93	0.91	0.89	0.87	0.85	0.82	0.80
1000	89.9	0.96	0,94	0.92	0.90	0.89	0.87	0.85	0.82	0.80	0.77
1500	84.5	0.89	0.87	0.86	0.84	0.82	0.80	0.78	0.76	0.74	0.71
2000	79.5	0.82	0.81	0.79	0.78	0.76	0.74	0.72	0.70	0.68	0.65
2500	74.6	0.76	0.75	0.73	0.72	0.70	0.68	0.66	0.64	0.62	0.60
3000	70.1	0.70	0.69	0.67	0.66	0.64	0.63	0.61	0.59	0.57	0.54
3500	65.8	0.65	0.63	0.62	0.61	0.59	0.58	0.56	0.54	0.52	0.49
4000	61.5	0.59	0.58	0.57	0.55	0.54	0.52	0.51	0.49	0.47	0.44

表3 相對濕度100%非增壓柴油機功率修正系數C

海拔 (m)	大氣壓  (kPa)	大氣溫度(℃)
		0	5	10	15	20	25	30	35	40	45
○	101.3	1	1	]	1	1	0.99	0.96	0.93	0.90	0.86
200	98.9		1	1	]	0.98	0.96	0.93	0.90	0.87	0.83
400	96.7	1	1	1	0.98	0.96	0.93	0.91	0.88	0.84	0.81
600	94.4	l	0.99	0.97	0.95	0.93	0.9]	0.88	0.85	0.82	0.78
800	92.1	0.98	0.96	0.94	0.92	0.90	0.88	0.85	0.82	0.79	0.75
1000	89.9	0.96	0.94	0.92	0.90	0.87	0.85	0.83	0.80	0.76	0.73
1500	84.5	0.89	0.87	0.85	0.83	0.81	0.79	0.76	0.73	0.70	0.66
2000	79.4	0.82	0.80	0.79	0.77	0.75	0.73	0.70	0.67	0.64	0.61
2500	74.6	0.76	0.74	0.72	0.71	0.69	0.67	0.64	0.62	0.59	0.55
3000	70.1	0.70	0.68	0.67	0.65	0.63	0.61	0.59	0.56	0.53	0.50
3500	65.8	0.64	0.63	0.61	0.60	0.58	0.56	0.54	0.51	0.48	0.45
4000	61.5	0.59	0.58	0.57	0.55	0.54	0.52	0.51	0.49	0.47	0.44

表4 相對濕度60%增壓柴油機功率修正系數C

海拔 (m)	大氣壓  (kPa)	大氣溫度(℃)
		0	5	10	15	20	25	30	35	40	45
0	101.3	1	1	1	1	1	1	0.96	0.92	0.87	0.83
200	98.9	1	1	1	]	1	0.98	0.94	0.90	0.86	0.81
400	96.7	1	1	1	1	I	0.96	0.92	0.88	0.84	0.80
600	94.4	1	1	1	1	0.99	0.95	0.90	0.86	0.82	0.78
800	92.1	I	1	1	1	0.97	0.93	0.88	0.84	0.80	0.78
1000	89.9	1	1	1	0.99	0.95	0.91	0.87	0.83	0.79	0.75
1500	84.5	1	1	0.98	0.94	0.90	0.86	0.82	0.78	0.74	0.70
2000	79.5	1	0.98	0.93	0.89	0.85	0.82	0.78	0.74	0.70	0.66
2500	74.6	0.97	0.93	0.89	0.85	0.81	0.77	0.73	0.70	0.66	0.62
3000	70.1	0.92	0.88	0.84	0.80	0.77	0.73	0.69	0.66	0.62	0.59
3500	65.8	0.87	0.83	0.80	0.76	0.72	0.69	0.66	0.62	0.59	0.55
4000	61.5	0.82	0.79	075	0.72	0.68	0.65	0.62	0.58	0.55	0.51

表5 相對濕度100%增壓柴油機功率修正系數C

海拔 (m)	大氣壓  (kPa)	大氣溫度(℃)
		0	5	10	15	20	25	30	35	40	45
0	101.3	1	1	1		1	0.99	0.95	0.90	0.85	0.80
200	98.9	1	1		1	1	0.97	0.93	0.88	0.83	0.78
400	96.7	1	1	1	1	1	0.95	0.91	0.86	0.82	0.77
600	94.4		1	1	1	0.98	0.93	0.89	0.8:4	0.80	0.75
800	92.1	I	1			0.96	0.91	0.87	0.83	0.78	0.73
1000	89.9	1	1	1	0.98	0.94	0.90	0.85	0.81	0.76	0.72
1500	84.5	1	1	0.98	0.93	0.89	0.85	0.81	0.76	0.72	0.67
2000	79.4		0.97	0.92	0.88	0.84	0.80	0.76	0.72	0.68	0.63
2500	74.6	0.97	0.92	0.88	0.8.4	0.80	0.76	0.72	0.68	0.64	0.59
3000	70.1	0.92	0.88	0.84	0.80	0.76	0.72	0.68	0.64	0.60	0.56
3500	65.8	0.87	0.83	0.79	0.75	0.71	0.68	0.64	0.60	0.56	0.52
4000	61.5	0.82	0.78	0.75	0.71	0.67	0.64	0.60	0.56	0.52	0.48

 

3、母線電壓不得低于80％，基于下列幾方面的因素：

① 保證電動機有足夠的啟動轉矩，因啟動轉矩是與電源電壓的平方成正比的；

② 不致因母線電壓過低而影響其他用電設備的正常工作，尤其是對電壓比較敏感的設備；

③ 要保證接觸器等開關接觸設備的吸引線圈能可靠地工作。

當直接啟動大容量的籠型電動機時，發電機母線的電壓降落太大，影響應急電力設備啟動或正常運行時，不應首先考慮加大發電機組的容量，而應采取其他措施來減少發電機母線的電壓波動，例如采用電動機降壓啟動方式等。

 

三、機房設備布置

1、機房內主要設備有柴油發電機組、控制屏、操作臺、電力及照明配電箱、啟動蓄電池、燃油供給和冷卻、進排風系統以及維護檢修設備等。機房的布置要根據發電機組容量大小和臺數而定。小容量發電機組一般機電一體，不用設控制室。發電機組容量較大，可把機房和控制室分開布置，這樣有利于改善工作條件。

2、機房布置方式及各部位有關最小尺寸，是根據發電機組運行維護、輔助設備布置、進排風以及施工安裝等需要，并結合目前封閉式自循環水冷卻方式的應急型發電機組的外廓尺寸提出的。機房布置主要以橫向布置(垂直布置)為主，這種布置發電機組中心線與機房的軸線相垂直，操作管理方便，管線短，布置緊湊。

3、發電機組熱風出口位置，應避免經常有自然風頂吹的方向，并應在熱風出口設百葉窗，其百葉窗凈空不要太小。因散熱器的吹風扇風壓降一般在127Pa以下，以免影響散熱效果和發電機組出力。

4、發電機組設在地下層，熱風管引出室外最好平直。如要拐彎引出，其彎頭不宜超過兩處，拐彎應大于或等于90°，而且內部要平滑，以免阻力過大影響散熱。

5、如發電機組設在地下層其熱風管又無法伸出室外，不應選整體風冷發電機組，應改選分體式散熱發電機組，即柴油機夾套內的冷卻器由水泵送至分體式水箱冷卻方式。目前國內有許多廠家也接受訂貨。

6、柴油發電機運行時，機房的換氣量應等于或大于維持柴油機燃燒所用新風量與維持機房溫度所需新風量之和。據國外有關資料介紹，維持機房溫度所需新風量可按下式確定：

C＝0.078P/T(6-5)

式中C——需要新風量(m³／s)；

P——柴油機額定功率(kW)；

T——柴油發電機房的溫升(℃)。

維持柴油機燃燒所需新風量可向柴油機廠家索取，當海拔高度增加時，每增加763m，空氣量應增加10％。若無資料，可按每1kW制動功率需要0.1m³／min估算。

7、發電機組排煙管伸出室外的位置很重要，如調查某一高級飯店，其機房排煙管道正好設在主建筑物客房上風側，發電機組運行時煙氣正吹向客房，影響很不好。

（1）排煙管系統的作用是將氣缸里的廢氣排放室外，排煙系統應盡量減少背壓，因為廢氣阻力的增加將導致柴油機出力的下降及溫升的增加。

（2）排煙系統的壓降為管路、消聲器、防雨帽等各部分壓降之和，總的壓降以不超過6720Pa為宜。

（3）排煙管敷設方式有兩種：一是水平架空敷設，優點是轉彎少、阻力小。其缺點增加室內散熱量，使機房內溫度升高。二是地溝敷設，優點是在地溝內散熱量小，對濕熱帶尤為適宜。其缺點排煙管轉彎多，阻力比架空敷設大。

（4）排煙管溫度一般為350—550℃，為防止燙傷和減少輻射熱，其排煙管宜進行保溫處理，以減少排煙管的熱量散到房間內增高機房溫度。保溫表面溫度不應超過50℃，保溫措施一般按熱力保溫方法處理。

（5）排煙噪聲在柴油機總噪聲中屬于最強烈的一種噪聲，其頻譜是連續的，排煙噪聲的強度最高可達110～130dB，而對機房和周圍環境有較大的影響。所以應設消聲器，以減少噪聲。

（6）排煙管的熱膨脹可由彎頭或來回彎補償，也可設補償器、波紋管、套筒伸縮節補償。

 

消聲器安裝圖

 

 

8、環境噪聲標準，引自國家標準《城市區域環境噪聲標準》GB 3096的規定。

9、根據調查，發電機容量較大時，其出線截面大且導線根數多，再加各種控制回路和配出線路，顯得機房內管線較多。為了敷線方便及維護安全，在發電機出口、控制屏或控制室以及配電線路出口等各處之間設電纜溝并貫通一起比較適宜。

10、控制室的電氣設備布置

（1）根據國內調查，應急型發電機組單機容量在500kW及以下不設控制室為多數，反映尚好。單機容量在500kW以上的及多臺發電機組，考慮運行維護和管理方便，可設控制室宜于集中控制。

（2）控制室的主要設備有發電機控制屏、發電機組操作臺、動力控制屏(臺)、低壓配電屏及照明配電箱等。其布置與低壓配電室的要求相同。主要要求操作人員便于觀察控制屏或臺上儀表，并能通過觀察窗看到發電機組運行情況。

（3）控制室的控制屏(臺)一般數量不多，維護通道為0.8m是可以的，但在具體工程設計中，如條件允許，可適當放大些，配電裝置的最高點距房頂不應小于0.5m。

11、發電機組的自啟動

（1）應急發電機組是保證建筑物安全的重要設備，它的首要任務必須在應急情況下，能夠可靠啟動并投入正常運行，以滿足使用要求。

（2）與市網不得并列運行，是考慮到一旦發電機組發生故障時，不要波及到市網，而擴大了故障范圍。如市網有故障，因與發電機組未并網，也易于臨機處理，避免發生意外事故。連鎖的目的就是防止誤并列。

（3）機房在寒冷地區應采暖，為保證發電機組應急時順利啟動，機房最低溫度應根據產品要求，但一般不應低于5℃，最高溫度不應超過35℃，相對濕度應小于75％。

（4）自啟動發電機組的冷卻水應能自流供給，若水源不可靠，應設儲水箱或儲水池。

（5）為了確保發電機組啟動具有足夠的能量，除發電機組具有充電能力外，在備用過程中應具有浮充電裝置。

（6）啟動蓄電池由發電機組隨機供給，工作電壓為12V或24V。發電機組啟動時啟動電流很大，為減少啟動電壓降，啟動蓄電池應設置在發電機組的啟動電動機附近。因發電機組不經常工作，為了補充蓄電池自放電，應設置充電裝置。

（7）為保證發電機組在應急時使用，必須儲備一定數量的燃料油，還應設兩個以上柴油儲油箱，便于新油沉淀。

 

1000升日用油箱制作圖

 

12、發電機組的中性點工作制

（1）三相四線制的中性點是直接接地，它的優點是降低了系統的內部過電壓倍數，當一相接地時，相間電壓為中性點所固定，基本不會升高。而且電力與照明可以由同一發電機母線供電。

（2）在三相四線制中，當兩臺或多臺發電機組并列運行時，中性導體就會產生三次諧波環流，環流的大小與下列因素有關：

① 三相負載的不平衡度；

② 兩機有功負載分配的不平衡度；

③ 兩機無功負載分配即功率因數的差異程度。

又因中性點引出導體上的三次諧波電流，徒然使發電機發熱，降低其出力，必須加以限制，限制中性導體電流可采用下列方法：

① 中性點引出導體上加裝刀開關。

在每臺發電機的中性點引出導體上裝刀開關，以切斷發電機間諧波電流的環流回路，在運行中根據諧波電流的大小和分布情況，決定斷開一臺發電機的中性點引出導體。但至少應保持一臺發電機的中性點和中性母線接通，以保證對220V設備的供電。但這種方法的缺點是把220V的不平衡(零序)負荷完全加在少數發電機上，加大了這些發電機三相負荷的不平衡程度，而且系統單相接地短路電流也集中在這些發電機上。

② 中性點引出導體上裝設電抗器。

在每臺發電機的中性點引出導體上裝設電抗器，在保持中性母線電位偏移不大的條件下，有效地限制了中性點引出導體的諧波電流在允許范圍內。

13、柴油發電機組的自動化

（1）當發電機組作為應急電源時，應設自啟動裝置：當市電中斷供電時，發電機組自動啟動，并在30s內向負荷供電。當市電恢復正常后，能自動或手動切換電源停機，其他均為就地操作。

（2）近年來柴油發電機組自動化控制發展很快，在許多工程中已廣泛應用，控制系統已從最早的繼電器系統，發展至今的計算機控制系統。控制功能已比較完善，可以做到發電機組無人值守。自動化發電機組的功能，能自啟動、自動調壓、自動調頻、自動調載、自動并車、按負荷大小自動增減發電機組、故障自動處理、輔機自動控制等。

（3）根據國家標準《自動化柴油發電機組分級要求》GB／T 4712，其自動化程度分為三級，可依具體工程選定。

（4）發電機組并車方法，包括手動準同期及自動同期并車。即在頻率相同、電壓相位相同時并車。并車時沖擊電流小，但操作要求高，特別在負荷波動和事故情況要使待接入的發電機和運行的發電機的頻率相同、電壓相同、相位相一致會有一定困難，所以自啟動發電機組并車應采用自動同期法。

14、柴油發電機容量大小不同，小時耗油量也有差異。若在主建筑外設儲油庫，其防火間距應遵照國家標準《高層民用建筑設計防火規范》GB 50045和《建筑設計防火規范》GB 50016中有關規定執行。

中小容量柴油發電機組出廠時，一般配有日用燃油箱。當發電機組設在大型民用建筑地下層時，根據應急柴油發電機特殊要求，必須儲備一定數量燃油供應急時使用，又考慮建筑防火要求，儲油數量不宜過大。綜合各種因素，最大儲油量不應超過8h的需要量，并應按防火要求處理。

15、柴油發電機組的230／400V中性點直接接地系統的電氣設備的金屬外殼、支架等均應接地，在同一配電系統中不應采取兩種不同的接地方式。

16、柴油發電機組運行時，其余熱向四周擴散，為了不致引起室溫過高，機房內應有良好通風裝置。機房里的換氣量應等于或大于柴油機燃燒所用新風量與維持機房室溫所需新風量之和。

減少暖機功率，對平時利用率較低的應急發電機組，是不可忽視的。因為應急發電機組時刻都處在“戒備”狀態，而暖機也時刻在運行，成年累月其運行費用甚高。據有關資料介紹，深圳某大廈采用一臺320kW的低速柴油發電機組，暖機功率高達20kW。冬季日耗電量有時達200kWh以上，如在北方地區其暖機耗電量就更可觀了。

 

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