|
新聞主題 |
柴油發(fā)電機(jī)組選型與負(fù)荷計算公式 |
摘要：隨著民用建筑規(guī)模日趨擴(kuò)大、建筑高度不斷增加，供電可靠性也愈加成為一個被高度關(guān)注的問題。根據(jù)規(guī)范，一級負(fù)荷應(yīng)由雙重電源供電，當(dāng)一電源發(fā)生故障時，另一電源不應(yīng)同時受到損壞。正常情況下一級負(fù)荷由常用電源供電，常用電源發(fā)生故障時，備用電源投入使用，以保證不間斷供電。對于一級負(fù)荷中的特別重要負(fù)荷，除由雙重電源供電外，尚應(yīng)增設(shè)應(yīng)急電源。柴用發(fā)電機(jī)組是一種簡便可靠并已廣泛應(yīng)用的備用電源/應(yīng)急電源。康明斯公司在本文將結(jié)合兩個工程設(shè)計案例，闡述了柴油發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷計算方法及設(shè)備容量的選擇，從而在保證設(shè)計可靠性的同時兼顧經(jīng)濟(jì)性。
一、負(fù)荷計算
1、計算公式
2009年版《全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施——電氣》對柴油發(fā)電機(jī)組容量的計算給出了較簡便的公式：
Pe=KKxPn/η..............................（公式1）
式中，Pe——發(fā)電機(jī)組額定功率，kW;
K——可靠系數(shù)，取1.1~1.2;
Kx——需要系數(shù)；
Pn——總設(shè)備容量，kW；
η——并聯(lián)機(jī)組不均勻系數(shù)，一般取0.9；單臺時取1.0。
從式（1）中可見，柴油發(fā)電機(jī)組容量計算的關(guān)鍵是計算發(fā)電機(jī)組所帶負(fù)荷的計算容量，即K、P值。
2、負(fù)荷計算要求
根據(jù)規(guī)范，應(yīng)急發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷計算應(yīng)滿足下列要求：
（1）當(dāng)應(yīng)急發(fā)電機(jī)組僅為一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷供電時，應(yīng)以一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷的計算容量作為選用應(yīng)急發(fā)電機(jī)組容量的依據(jù)。
（2）當(dāng)應(yīng)急發(fā)電機(jī)組為消防用電設(shè)備及一級負(fù)荷供電時，應(yīng)將兩者計算負(fù)荷之和作為選用應(yīng)急發(fā)電機(jī)組容量的依據(jù)。
（3）當(dāng)自備發(fā)電機(jī)組作為第二電源，且尚有第三電源為一級負(fù)荷中的特別重要負(fù)荷供電時，以及向消防負(fù)荷、非消防一級負(fù)荷及一級負(fù)荷中的特別重要負(fù)荷供電時，應(yīng)以三者的計算負(fù)荷之和作為選用自備發(fā)電機(jī)組容量的依據(jù)。
對于第二、三條要求，尚應(yīng)注意火災(zāi)發(fā)生時需自動切除非消防重要負(fù)荷，這樣，負(fù)荷的計算容量需根據(jù)未發(fā)生火災(zāi)和發(fā)生火災(zāi)的情況分別考慮。下面將結(jié)合工程設(shè)計作進(jìn)一步說明。發(fā)電機(jī)組均按與市電聯(lián)鎖考慮，不得與市電并列運行。
|
圖1 客戶用電年負(fù)荷曲線圖 |
圖2 客戶用電年負(fù)荷填充系數(shù)曲線圖 |
二、工程設(shè)計舉例
1、案例樣板一
該項目總建筑面積為4.56萬m²，地上23層，地下4層，建筑屋面高度為98.7m。地下1～4層為地下機(jī)械停車庫、設(shè)備配套用房，地上為辦公用房。根據(jù)工程用電量及當(dāng)?shù)毓╇娗闆r，該項目由電業(yè)部門引入兩路10 kV市電電源。10 kV高壓側(cè)采用單母線分段運行，并設(shè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)的主接線方式。0.4kV低壓側(cè)采用單母線分段，并設(shè)母聯(lián)開關(guān)的主接線方式。為保證供電可靠性，對消防及重要負(fù)荷（主要業(yè)務(wù)和計算機(jī)系統(tǒng)用電、安防系統(tǒng)用電、電子信息設(shè)備機(jī)房用電、客梯用電等）另設(shè)柴油發(fā)電機(jī)組作應(yīng)急電源。主配電系統(tǒng)電路如圖3所示，用戶若有條件盡量采用專業(yè)計算柴油發(fā)電機(jī)功率軟件工具（如圖4所示）。
（1）計算未發(fā)生火災(zāi)時的計算容量。
根據(jù)柴油發(fā)電機(jī)組的起動條件，僅兩路市電均失電的情況，才起動柴油發(fā)電機(jī)組為重要負(fù)荷供電。故柴油發(fā)電機(jī)組在非火災(zāi)情況下的計算容量應(yīng)以平時兼消防負(fù)荷及僅平時用電的重要負(fù)荷的容量為依據(jù)。此時負(fù)荷計算相對簡單，主要考慮市電故障后，保證樓內(nèi)正常秩序及人員疏散的用電負(fù)荷容量。考慮停電為突發(fā)狀況同時系數(shù)取1，可得Pjs1=466kW。相關(guān)計算如表1所示。
表1 未發(fā)生火災(zāi)時的計算容量Pjs1
|
設(shè)備組名稱
|
設(shè)備容量
|
需用系數(shù)
|
計算系數(shù)
|
計算容量
|
|||
|
kW
|
Kx
|
cos
|
tan
|
有功功率
|
無功功率
|
視在功率
|
|
|
P/kW
|
Q/kvar
|
S/kVA
|
|||||
|
消控中心
|
15
|
1
|
0.85
|
0.62
|
15.0
|
9.3
|
17.6
|
|
變電所
|
40
|
1
|
0.85
|
0.62
|
40.0
|
24.8
|
47.1
|
|
電信機(jī)房
|
30
|
1
|
0.85
|
0.62
|
30.0
|
18.6
|
35.3
|
|
地下室應(yīng)急照明
|
6
|
1
|
0.90
|
0.48
|
6.0
|
2.9
|
6.7
|
|
地上應(yīng)急照明
|
46
|
1
|
0.90
|
0.48
|
46.0
|
22.3
|
51.1
|
|
安保中心
|
25
|
1
|
0.85
|
0.62
|
25.0
|
15.5
|
29.4
|
|
客梯1
|
120
|
0.85
|
0.80
|
0.75
|
102.0
|
76.5
|
127.5
|
|
客梯2
|
40
|
1
|
0.80
|
0.75
|
40.0
|
30.0
|
50.0
|
|
客梯3
|
120
|
0.85
|
0.80
|
0.75
|
102.0
|
76.5
|
127.5
|
|
消防電梯
|
40
|
1
|
0.80
|
0.75
|
40.0
|
30.0
|
50.0
|
|
發(fā)電機(jī)組房
|
20
|
1
|
0.80
|
0.75
|
20.0
|
15.0
|
25.0
|
|
合計
|
502
|
/
|
0.823
|
/
|
466.0
|
321.4
|
566.1
|
（2）考慮火災(zāi)發(fā)生時的計算容量。
對于單棟辦公建筑來說，火災(zāi)發(fā)生時首要任務(wù)是啟動相關(guān)部位的消防設(shè)備，同時出于安全考慮可安排所有樓內(nèi)人員疏散，即整個建筑物均可視為處于消防狀態(tài)。此時可切除保安性質(zhì)負(fù)荷用電設(shè)備以外的非消防用電設(shè)備，計算容量應(yīng)以消防負(fù)荷及保安性質(zhì)負(fù)荷的容量為依據(jù)。消防狀態(tài)下，建筑物的消防負(fù)荷計算容量是負(fù)荷計算中的一大難點。困難之處在于，火災(zāi)起火的隨機(jī)性、突發(fā)性及火災(zāi)本身的蔓延性使得設(shè)計人員很難準(zhǔn)確地計算出火災(zāi)過程中消防設(shè)備的最大計算容量。對此相關(guān)規(guī)范并沒有特別明確的計算依據(jù)。就該工程，作如下分析：
① 應(yīng)急照明容量。
根據(jù)規(guī)范，火災(zāi)時應(yīng)強(qiáng)制點亮相關(guān)區(qū)域應(yīng)急照明，考慮所有樓內(nèi)人員疏散且是市電失電情況，故可視為此時地上地下應(yīng)急照明滿負(fù)荷工作。
② 消防水泵及消防電梯等容量。
根據(jù)設(shè)計，無論起火點在何處，無論起火點是一處或者多處、是否蔓延，消防水泵及消防電梯容量為定值，也可按滿負(fù)荷考慮。消控中心、變電所、發(fā)電機(jī)組房等負(fù)荷情況亦類似。
③ 消防風(fēng)機(jī)類容量。
發(fā)生火災(zāi)時，為確保人員安全疏散，地上及地下正壓送風(fēng)機(jī)均須工作，該部分可按滿負(fù)荷考慮。排煙風(fēng)機(jī)及相應(yīng)的消防補(bǔ)風(fēng)機(jī)則情況相對特殊。根據(jù)暖通專業(yè)設(shè)計，地上部分共用排煙井道只有屋面有排煙風(fēng)機(jī)，地下部分同樣共用排煙及補(bǔ)風(fēng)井道，但每層均設(shè)有排煙風(fēng)機(jī)及消防補(bǔ)風(fēng)機(jī)。按照暖通專業(yè)“一次火災(zāi)"的設(shè)計原則（即同一時間僅有一處發(fā)生火災(zāi)，且火情僅局限于本防火分區(qū)內(nèi)），這些設(shè)備不會同時使用，則僅需考慮各防火分區(qū)中消防設(shè)備用電量最大的一個，即可將排煙設(shè)備容量按防火分區(qū)分別計算，取其最大者作為負(fù)荷計算依據(jù)。
然而，這樣的計算依據(jù)仍值得商榷。首先，若火災(zāi)發(fā)生在兩個防火分區(qū)的垂直分界面，則需兩個防火分區(qū)均需排煙。即便暖通的垂直方向合用排煙井道，排煙量僅按一個防火分區(qū)的最大排煙量考慮，亦不能由此判定此時火災(zāi)報警聯(lián)動不會同時開啟兩個防火分區(qū)的消防風(fēng)機(jī)。同理，若火災(zāi)發(fā)生在兩個防火分區(qū)的水平分界面，且暖通在每個防火分區(qū)均有獨立的送排風(fēng)井道，則按理亦需開啟兩個防火分區(qū)的排煙風(fēng)機(jī)及消防補(bǔ)風(fēng)機(jī)，且此時排煙量也完全能滿足設(shè)計需要。同樣，若考慮火災(zāi)在防火分區(qū)間蔓延的情況，也可得到類似結(jié)論，僅考慮一個防火分區(qū)的用電量，在極端不利情況下可能存在計算容量偏小的問題。因此，建議該部分負(fù)荷可按最大一個防火分區(qū)及相鄰一至兩個防火分區(qū)的消防用電量來考慮。在防火分區(qū)較少時，可做簡化，直接累加。
該工程地下4層每層僅一個防火分區(qū)，共4個，且有多個機(jī)械停車設(shè)備井道貫通地下1～4層，故在計算消防風(fēng)機(jī)容量時，按簡化情況考慮，直接累加。地上部分則考慮屋頂正壓風(fēng)機(jī)容量。
因此，考慮停電為突發(fā)狀況同時系數(shù)取1，可得Pjs2=737 kW。相關(guān)計算如表2所示。
表2 發(fā)生火災(zāi)時的計算容量Pjs2
|
設(shè)備組名稱
|
設(shè)備容量
|
需用系數(shù)
|
計算系數(shù)
|
計算容量
|
|||
|
kW
|
Kx
|
cos
|
tan
|
有功功率
|
無功功率
|
視在功率
|
|
|
P/kW
|
Q/kvar
|
S/kVA
|
|||||
|
消控中心
|
15
|
1
|
0.85
|
0.62
|
15.0
|
9.3
|
17.6
|
|
變電所
|
40
|
1
|
0.85
|
0.62
|
40.0
|
24.8
|
47.1
|
|
電信機(jī)房
|
30
|
1
|
0.85
|
0.62
|
30.0
|
18.6
|
35.3
|
|
地下室應(yīng)急照明
|
6
|
1
|
0.90
|
0.48
|
6.0
|
2.9
|
6.7
|
|
地下室消防動力
|
184
|
1
|
0.80
|
0.75
|
184.0
|
138.0
|
230.0
|
|
地上應(yīng)急照明
|
46
|
1
|
0.90
|
0.48
|
46.0
|
22.3
|
51.1
|
|
消防泵房
|
258
|
1
|
0.80
|
0.75
|
258.0
|
193.5
|
322.5
|
|
安保中心
|
25
|
1
|
0.85
|
0.62
|
25.0
|
15.5
|
29.4
|
|
消防電梯
|
40
|
1
|
0.80
|
0.75
|
40.0
|
30.0
|
50.0
|
|
屋頂消防動力
|
73
|
1
|
0.80
|
0.75
|
73.0
|
54.8
|
91.3
|
|
發(fā)電機(jī)組房
|
20
|
1
|
0.80
|
0.75
|
20.0
|
15.0
|
25.0
|
|
合計
|
737
|
/
|
0.815
|
/
|
737.0
|
524.7
|
904.6
|
根據(jù)式（1），取K=1.1，按一臺發(fā)電機(jī)組情況計算，可得非火災(zāi)及火災(zāi)情況下，柴油機(jī)計算容量分別為512.6 kW和810.7 kW。
2、案例樣板二
該項目地上總建筑面積為13.1萬m²，地下總建筑面積為2.6萬m²。地上住宅由8幢15～33層塔樓組成。地下一層為地下停車庫、設(shè)備配套用房。根據(jù)當(dāng)?shù)毓╇娗闆r，該項目由電業(yè)部門引入一路10 kV市電作常用電源。為保證一級負(fù)荷供電要求，另設(shè)柴油發(fā)電機(jī)組做備用電源。
可與案例一做相同考慮，分別計算未發(fā)生火災(zāi)時及發(fā)生火災(zāi)時的計算容量。未發(fā)生火災(zāi)時的計算容量以所有平時用電的一級負(fù)荷容量為依據(jù)，計算方法與案例一相同。發(fā)生火災(zāi)時，建筑群的情況較單棟建筑復(fù)雜。著火建筑物或著火區(qū)域轉(zhuǎn)為消防狀態(tài)，柴油發(fā)電機(jī)組仍需為其他未著火樓宇或區(qū)域的一級負(fù)荷供電，即此時柴油發(fā)電機(jī)組既有平時用電，又有消防用電。同樣，按“一次火災(zāi)”的原則考慮，認(rèn)為不存在兩棟或以上建筑同時發(fā)生火災(zāi)的可能。對單棟住宅來說，地面以上發(fā)生火災(zāi)，消防用電量為該住宅樓內(nèi)正壓風(fēng)機(jī)用電、消防電梯、消防水泵用電之和。住宅地下室發(fā)生火災(zāi)時，消防用電還應(yīng)增加地下室相關(guān)區(qū)域排煙風(fēng)機(jī)、消防補(bǔ)風(fēng)機(jī)用電。若地下車庫某防火分區(qū)發(fā)生火災(zāi)，由于需借用住宅樓內(nèi)樓梯間作為逃生通道，為安全疏散考慮，相鄰住宅樓內(nèi)的防排煙設(shè)備亦需開啟。此時，消防用電需同時考慮車庫區(qū)域及相鄰樓宇消防設(shè)備的用電量。由于地下室各設(shè)備用電按防火分區(qū)劃分由相鄰住宅樓內(nèi)配電間供電，為便于計算，可先按樓分別計算平時及消防時用電負(fù)荷容量。發(fā)生火災(zāi)時，柴油的最大計算負(fù)荷為消防與平時相差最大的一棟樓的消防用電量加其余區(qū)域平時用電量。可得平時及消防時計算容量分別為Pjs1=752.3 kW、Pjs2=916.0 kW，如表3所示。
表3 平時及消防時計算容量
|
設(shè)備組名稱
|
設(shè)備容量
|
計算系數(shù)
|
計算容量
|
|||
|
kW
|
cos
|
tan
|
有功功率
|
無功功率
|
視在功率
|
|
|
P/kW
|
Q/kvar
|
S/kVA
|
||||
|
2號樓電源1(消防)
|
170.5
|
/
|
/
|
165.7
|
119.2
|
204.1
|
|
2號樓電源1(平時)
|
58.0
|
/
|
/
|
43
|
27.7
|
51.2
|
|
3號樓電源1(消防)
|
191
|
/
|
/
|
184.2
|
130.9
|
226.0
|
|
3號樓電源1(平時)
|
68.9
|
/
|
/
|
47.8
|
29.4
|
56.1
|
|
5號樓電源1(消防)
|
104.0
|
/
|
/
|
97.8
|
85.4
|
129.9
|
|
5號樓電源1(平時)
|
196.0
|
/
|
/
|
143.6
|
101.8
|
176.1
|
|
6號樓電源1(消防)
|
112.0
|
/
|
/
|
106.4
|
73.8
|
129.5
|
|
6號樓電源1(平時)
|
71.0
|
/
|
/
|
57.2
|
37.6
|
68.5
|
|
7號樓電源1(消防)
|
190.8
|
/
|
/
|
184.0
|
130.8
|
225.7
|
|
7號樓電源1(平時)
|
60.0
|
/
|
/
|
44.6
|
27.0
|
52.2
|
|
8號樓電源1(消防)
|
84.0
|
/
|
/
|
84.0
|
63.0
|
105.0
|
|
8號樓電源1(平時)
|
40.0
|
/
|
/
|
36.0
|
27.0
|
45.0
|
|
8號樓電源2(消防)
|
170.0
|
/
|
/
|
161.4
|
111.9
|
196.4
|
|
8號樓電源2(平時)
|
75.0
|
/
|
/
|
53.3
|
31.7
|
62.0'
|
|
9號樓電源1(消防)
|
103.0
|
/
|
/
|
103.0
|
73.3
|
126.4
|
|
9號樓電源1(平時)
|
70.0
|
/
|
/
|
63.0
|
43.7
|
76.7
|
|
9號樓電源2(消防)
|
143.0
|
/
|
/
|
134.4
|
91.7
|
162.7
|
|
9號樓電源2(平時)
|
75.0
|
/
|
/
|
53.3
|
31.7
|
62.0
|
|
15號樓電源1(消防)
|
128.0
|
/
|
/
|
123.2
|
84.7
|
149.5
|
|
15號樓電源1(平時)
|
102.0
|
/
|
/
|
83.2
|
54.0
|
99.2
|
|
熱交換站1
|
1160.0
|
/
|
/
|
128.0
|
96.0
|
160.0
|
|
熱交換站2
|
165.0
|
/
|
/
|
132.0
|
99.0
|
165.0
|
|
地下車庫消防泵房
|
150.0
|
/
|
/
|
150.0
|
112.5
|
187.5
|
|
生活泵
|
142.0
|
/
|
/
|
113.6
|
85.2
|
142.0
|
|
Kp=0.85,Kq=0.87
|
|
/
|
/
|
|
|
|
|
平時合計
|
1140.9
|
/
|
0.818
|
752.3
|
527.8
|
919.0
|
|
消防時合計
|
1279.7
|
/
|
0.814
|
916.0
|
652.6
|
1124.7
|
注：消防時負(fù)荷最大情況，8號樓取消防用電量，其余取平時用電量。扣除生活泵負(fù)荷，計入消防泵負(fù)荷。根據(jù)式（1），取K=1.1，按一臺發(fā)電機(jī)組情況可得非火災(zāi)及火災(zāi)情況下，柴油機(jī)計算容量分別為827.5 kW和1007.6 kW。
|
圖3 兩路市電+柴油發(fā)電機(jī)供配電系統(tǒng)圖 |
圖4 柴油發(fā)電機(jī)容量選擇計算工具 |
三、設(shè)備容量選擇
1、功率定義
柴油發(fā)電機(jī)組的樣本中經(jīng)常會出現(xiàn)常用功率、備用功率這兩個名詞，兩種功率的相關(guān)定義如下：
（1）常用功率。
用于無市電供電場合，可連續(xù)使用，70%負(fù)載運行，每12h允許10%過載1h，每年運行時間，負(fù)載>70%時不允許超過500 h。
（2）備用功率。
市電斷電時提供備用電源，80%負(fù)載運行，每年運行時間200 h。備載適用于大部分緊急/備用狀態(tài)，備用額定功率不允許過載。
根據(jù)定義，工程設(shè)計時可按非火災(zāi)時的計算容量來選擇柴油發(fā)電機(jī)組常用功率，按火災(zāi)情況下的計算容量來選擇柴油發(fā)電機(jī)組備用功率。被選擇的柴油發(fā)電機(jī)組的常用功率及備用功率需同時大于或等于非火災(zāi)時及火災(zāi)時的計算容量。另需注意的是柴油發(fā)電機(jī)組額定功率因數(shù)為0.8，當(dāng)所帶負(fù)載功率因數(shù)<0.8時，柴油發(fā)電機(jī)組容量需適當(dāng)增加以提供更多的無功功率。
按以上原則，案例一選擇一臺常用800 kW、備用880kW的發(fā)電機(jī)組，而案例二選擇一臺常用1000 kW、備用1120kW的發(fā)電機(jī)組。
2、設(shè)備容量校驗
同樣采用《全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施-電氣》（2009年版）給出的柴油發(fā)電機(jī)組容量校驗的計算公式，按最大一臺電動機(jī)起動條件校驗發(fā)電機(jī)組的容量（即最大一臺電動機(jī)起動時，發(fā)電機(jī)組母線電壓降應(yīng)不低于規(guī)定值）。
Pe≥KP?+P..............................（公式2）
式中，Pe——發(fā)電機(jī)組額定功率，kW；
K-—發(fā)電機(jī)組供電負(fù)荷中最大一臺電動機(jī)的最小起動倍數(shù)；
P1—最大一臺電動機(jī)額定功率，kW；
P—在最大一臺電動機(jī)起動之前，發(fā)電機(jī)組已帶的負(fù)荷，kW。
案例一：按Y-△起動校驗，母線允許電壓降為20%，取P?=160kW，K=1.9，P=P-258=479kW，P.=880≥1.9×160+479=783 kW。
案例二：按Y-△起動校驗，母線允許電壓降為20%，取P?=75 kW，K=1.9，P=P?-150=766kW，P，=1120≥1.9×75+766=908.5kW。
校驗結(jié)果均滿足最大一臺電動機(jī)起動情況下發(fā)電機(jī)組母線電壓不小于額定電壓的80%。
總結(jié)：
電力系統(tǒng)中的各種用電設(shè)備由供配電系統(tǒng)汲取的功率(電流)視為電力負(fù)荷。實際負(fù)荷通常是隨機(jī)變動的。我們選取一個假想的持續(xù)性的負(fù)荷，在一定時間間隔和特定效應(yīng)上與實際負(fù)荷相等。這一計算過程就是負(fù)荷計算。這一假想的持續(xù)性的負(fù)荷就稱為計算負(fù)荷。柴油發(fā)電機(jī)組容量計算是負(fù)荷計算中的一大難點。設(shè)計過程中特別需要設(shè)計人員根據(jù)工程情況做詳細(xì)分析，得出較準(zhǔn)確的計算容量，并在此基礎(chǔ)上合理選擇柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)備容量，從而在保證設(shè)計可靠性的同時亦兼顧經(jīng)濟(jì)性。
----------------
以上信息來源于互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)新聞，特此聲明！
若有違反相關(guān)法律或者侵犯版權(quán)，請通知我們！
溫馨提示：未經(jīng)我方許可，請勿隨意轉(zhuǎn)載信息！
如果希望了解更多有關(guān)柴油發(fā)電機(jī)組技術(shù)數(shù)據(jù)與產(chǎn)品資料，請電話聯(lián)系銷售宣傳部門或訪問我們官網(wǎng)：http://www.dhgif.com
