新聞主題	柴油發電機組供電原則、選型與計算公式

 

摘要：作為在備用電源使用的發電機組無特殊要求，一般而言，現在采用市場主流的康明斯柴油發動機，工業型、水冷式、帶式驅動閉路散熱（散熱器要求經過耐鹽霧處理）、四沖程、電子控制直噴式、渦輪增壓的柴油發動機為主，并具有數字調速裝置?？得魉构疽罁﨡GJ16—2008《民用建筑電氣設計規范》、《工業與民用配電設計手冊》，結合項目實例，介紹了工程項目中柴油發電機容量計算方法。提出選擇柴油發電機可從穩定負荷、尖峰負荷及母線壓降方面考慮，選擇的額定容量應符合設備實際運行的特點，從而確保柴油發電機的使用狀況和使用壽命。

 

一、柴發的選擇方式與原則

 

1、柴油發電機的供電原則

      根據國家技術標準及相關規范（包括各地方規范的要求），應急柴油發電機主要為一級負荷中特別重要負荷及消防負荷供電。特別重要負荷包括IT機房、電信機房、垂直電梯等。消防負荷包括消防風機、防火卷簾、消防排煙窗、消防控制室電源、消防水泵、消防應急照明和疏散照明、變電所用電、發電機房用電等，典型供電系統和機房安置如圖1、圖2所示。在明確應急發電機組的供電范圍后，需要根據火災和非火災情況下分別計算。

      大部分情況下，選擇發電機主要先根據火災情況下使用的消防負荷來確定應急發電機組容量，再根據發電機容量確定非火災情況下特別重要負荷用電是否滿足發電機組容量的要求驗證。

      計算應急發電機在火災情況下的負荷時，需要考慮到發生火災的情況，民用建筑一般按火災時最大防火分區（消防設備投入容量最大）進行計算，同時，還需要考慮相鄰防火分區受火災影響的情況。此外，不僅考慮相對應防火分區需供電的消防負荷及非火災情況下的常用消防負荷，還需注意在應急發電機供電情況下，其他防火分區內由此發電機供電的一、二級負荷在接到切除指令之后，需要延時切斷電源的負荷。

      同樣，應急發電機在非消防情況下進行負荷計算時，除了要考慮特別重要負荷外，還應考慮在非火災情況下的常用消防負荷；除特別重要負荷外，基于業主額外要求，也可以適當增加業主自需的重要負荷，并視負荷容量選擇發電機（發電機容量應以消防或非消防狀態下的重要負荷中大者為選擇依據），且火災時一旦切除非消防電源，此部分內容應無條件優先切除。

2、容量選擇的常見方式

      自起動發電機是為保證消防負荷或特別重要負荷供電可靠的應急電源，在市電電源中斷供電時，除在規定時間內能自起動供電外，還應滿足所有保安負荷或一級負荷的供電容量要求，若容量選得小，則電動機起動時電壓降過大，電動機不能起動，自起動發電機起動失敗，失去備用電源的作用；若容量選得過大，初期投資大，運營經濟效益差。所以，正確計算保安負荷或一級負荷的容量，確定負荷投入順序和電動機起動時允許的電壓降是選擇發電機容量的重要前提。自起動發電機的容量應滿足如下條件：

（1）所有保安負荷或一級負荷正常工作時供電容量的要求。

（2）在大容量電動機起動或自起動時應符合發電機的過負荷能力。

（3）在起動大容量電動機時，母線上的電壓降應保證已經正常工作的負荷所允許的電壓降，又能滿足電動機本身的起動轉矩要求。

（4）與原電動機的過負荷能力相匹配。

 

圖1  柴油發電機與市電聯動供電系統圖

圖2  柴油發電機組典型安置圖

 

 二、柴發的選型與計算公式

 

1、柴油機的選型

      主柴油機要求帶有電子調速器，其調速性能保證在工作負載突加到額定值使柴油機的轉速保持在運行速度的±0.3％以內。而在穩態時柴油機的運轉速度保持在±0.5％以內。不同計算方式得出的發電機系統容量不同，具體如下：

（1）按照供電系統穩定負荷計算

S_c1= pε/ ηεcosψ.........................（公式1）

式中，pε——為總負荷，kW；

ηε——為所帶負荷的綜合效率，一般取0.82～0.88；

cosψ——為功率因數，一般取0.8。

（2）按尖峰電流計算

S_c2= Kj（ S0+Smax ）/ Kg.........................（公式2）

式中，Kj——為電動機功率下降的系數，一般取0.9～0.95；

S0——為Smax投入運行前已投入運行的負荷容量，kVA；

Smax——為最大單臺電動機或成組電動機的啟動容量，kVA；

Kg——為發電機允許的短時過載系數，一般取1.4～1.6。

（3）按母線允許壓降計算

S_c3= Kj（ 1-ΔU）Xd′ Sst / ΔU.........................（公式3）

式中，ΔU——為發電機母線允許電壓降，一般取0.2；

Xd′——為發電機瞬態電抗，一般取0.2；

SstΔ——為導致發電機最大電壓降的電動機的最大啟動容量，kVA。

2、發電機的選型

      在發電機的選擇方面，備用電源一般的要求發電機具備以下參數：

（1）勵磁方式：永磁機（PMG），如圖1所示；自勵磁，如圖4所示。

（2）空載電壓調整范圍：95％～100％額定電壓。

（3）電壓穩態調整率：≤0.5％。

（4）電壓瞬態調整率：≤±10％。

（5）電壓恢復時間：≤1s。

（6）電壓波動率：≤1％。

（7）絕緣等級：H級。

（8）防護等級：IP23。

      發電機在空載額定電壓時，線電壓的波形畸變率應不大于2％。另外，發電機在額定工況條件下，能正常連續工作，帶空氣濾網，不帶網罩。以防止加裝網罩帶來的通風量不足。

      由于是在海岸環境下使用，發電機同樣需要考慮防潮濕及鹽霧環境帶來的損害，所以發電機也需要裝有防冷凝加熱器，工作電壓為220V。同時，還要考慮為發電機組加裝繞組溫度繼電器及溫控盒，該裝置為防止繞組過熱報警裝置，能夠有效地防止濾網堵塞時造成通風不暢引起的過溫。

      當客戶需要繞組溫度顯示時，還可以選配繞組RTD，繞組RTD默認為PT100傳感器，還可以選擇一款多功能儀表，方便參數讀取，同時還可以裝配軸承RTD。發電機外殼同時需要防鹽霧，一般要求漆膜厚度達到240μm。

 

圖3  交流發電機永磁機勵磁系統結構圖

圖4  交流發電機自勵磁系統結構圖

 

三、柴發應用案例

 

1、港口動力房的應用

      輪胎吊是在室外使用，柴油發電機組需要放置在合適的防護箱（動力房）中，因碼頭環境情況對噪聲的敏感度不高，但對動力房的防雨，海邊防鹽霧，耐腐蝕的要求較高，防音箱的制造要求及噴涂要求相對較高，見下節詳細介紹。防音箱式柴油發電機組（備用電源一般稱呼為動力房，以下簡稱動力房），安裝在輪胎吊兩個門框之間的橫梁上，發電機組的排煙系統引至起重機龍門架的頂端排放，動力房安裝橫梁的下部布置日用油箱，實現發電機組的供油如圖11-4所示。依據發電機組的功率大小及用途的不同，按房體的結構形式具體可分為：

（1）作為輪胎吊主要動力來源使用時，發電機組的房體體積大，需要安裝到兩個門架之間的鞍梁上，如圖5所示。機房進風在頂部，消聲器也布置在頂部。

（2）當發電機組作為備用電源時，通常是安裝在兩個輪胎之間的橫梁上，如圖6所示，方便操作，不占用空間。

      作為輔助電源的情況下，主要考慮滿足集裝箱輪胎吊的轉場所需功率即可。另外一種情況是作為主用設備的應急備用發電機組，其功率等同主用發電機組。實際應用中一般較少使用這種選擇，因為會造成設備的浪費，并增加成本。

圖5  柴油發電機動力房的布置

圖6  備用電源柴油發電機組的布置圖

2、消防備用電源的應用

      建筑處于火災條件下，為確保人員安全疏散和搶險救援，許多消防用電設備仍需要堅持工作，為消防用電設備應急供電的獨立電源就稱為消防備用電源。

　　消防備用電源有應急發電機組、消防應急電源等。在特定防火對象的建筑物內，消防備用電源種類不是單一的，多采用幾個電源的組合方案。一般根據建筑負荷等級、供電質量、應急負荷的數量與分布以及負荷特性等因素來決定方案的選擇。消防用電設備正常條件下由主電源供電，火災時由消防備用電源供電，當主電源不論任何原因切斷時，消防備用電源應能自動投入以保證消防用電的可靠性。以深圳某康明斯發電機組用戶案例，其計算法如表1。

表1    柴油發電機組應急電源容量統計表

 

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