自备柴油发电机组的设计
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【摘 要】选用恰当的后备电源来满足紧急情况下消防负荷及其它重要负荷供电要求，是民用建筑电气设计中一个不可忽视的问题，目前我们一般采用柴油发电机组作为应急交流电源，那么选用自备柴油发电机组时应注意哪几方面的问题呢？笔者结合实际工作中遇到的情况阐述了系统设计中的相关计算，并列举出设计中需要注意的事项。
【关键词】发电机的功率;容量;计算电流;电气系统的组成;机房布置
1 设置自备应急柴油发电机组的条件：
为保证一级负荷中特别重要的负荷（中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷。）用电时并且允许中断时间在15s以上（GB50052-2009第3.0.1、第3.0.2、第3.0.3、第3.0.5及JGJ 16-2008第6.1.1.1条）。
1.1.用电负荷为一级，但从市电取得第二电源有困难或技术经济不合理时。（见JGJ 16-2008第6.1.1.1条）。
1.2.某些建筑有专门要求（如：五星级酒店）。
1.3.所在地区偏僻，远离电力系统，设置自备电源经济合理时。（GB50052-2009第4.0.1条）
2 自备柴油发电机组容量的确定和选型：
2.1.发电机的功率：发电机的功率分为额定功率、持续功率和备用功率。
额定功率：在标准环境（外界大气压力为101.325kPa、大气温度为20℃、相对湿度为50%）的情况下，保证能连续运行12h的功率。
持续功率：在标准环境条件下，能无时间限制连续不间断的运行的功率。一般为额定功率的90%。
备用功率：在规定环境条件下能短期运行的最大功率。一般为而定功率的110%。按照国际标准，应急柴油发电机在每12h的额定状态运行中可以允许1h的10%过负荷状态运行。
2.2.柴油发电机容量选择：
原则：发电机的持续功率大于或等于负荷计算数值。发电机的备用功率大于负荷的尖峰功率。当有大容量电机启动时发电机的瞬时压降不大于允许值的15%～20%。
2.2.1.柴油发电机组所带的负荷通常有两种，其一是当发生火灾时发电机组必须确保的设备用电（如：喷淋泵、消火栓泵、排烟风机、消防电梯、应急照明等）;另一种是当市电非火灾断电时，发电机组应能满足一级与部分二级负荷用电，通常有电梯、水泵、高级客房、重要办公室、公共场所的事故照明及消防中心、保安监控等管理系统用电。根据上述两种情况分别进行负荷计算取其中较大者作为选择发电机容量的依据之一。
2.2.2.由于柴油发电机启动时所带负荷均为不允许停电的重要设备且大多数设备都满载运行。因此在负荷计算时扣除备用容量外需要系数可取为1。也就是应急发电机的总容量应大于所必须要供电的复合的总容量。
2.2.3.柴油发电机组的单台容量还应满足由其供电的最大容量电动机启动的需要。
2.2.4.柴油发电机组容量的选择计算：
在方案阶或初步设计阶段，可按照下述方法估算选其中容量较大者：
Ⅰ、按建筑面积估算：建筑面积在10000m2以上的建筑按15～20W/m2，建筑面积在10000m2以下的按10～15W/m2。
Ⅱ、按配电变压器容量估算：占配电变压器容量的10%～20%。
Ⅲ、按电动机启动容量估算：当允许发电机端电压瞬时压降为20%时，发电机组直接启动异步电动机的能量为每1kW电动机功率需要5kW的柴油发电机组功率。若电动机降压启动或软启动，由于启动电流减少，柴油发电机容量也按照比例减小。
2.2.5.全压启动大容量笼式电动機时，母线电压不低于额定电压的75%或80%。电动机全压启动允许容量取决于发电机的容量和励磁方式，宜选用高速柴油发电机组和无刷型自动励磁装置。
2.2.6.柴油发电机组的选型：
一般选用自动化机组、转速1500～10000r.p.m、无刷励磁、400/230V三相四线带控制屏，主放电设备及公共底盘的、电启动方式。自动化机组的功率是自启动、自动调压、自动调频、辅助自动控制等。国标GB/T4712-1996《自动化柴油发电机组分级要求》对自动化程度分为三级。
机组的发电机采用无刷励磁的同步发电机由于没有碳刷而运行可靠，当与自动电压调整装置配套使用时，其静态电压调整功率可保证在±2.5%以内。容易实现机组自动化及对发电机遥控，使启动时间不超过15s。
3 设置柴油发电机应注意的几个问题：
3.1.应急电源与正常电源之间，应采取防止并列运行的措施。当有特殊要求，应急电源向正常电源转换需短暂并列运行时，应采取安全运行的措施。（GB5005-2009第4.0.2条）
3.2.当需要容量小于1500kVA时，宜选用单台机组。当容量为1500～2000kVA时，宜选用两台机组。当容量更大时应分散设置发电机房，并深入负荷中心。选用两台发电机组时考虑其并列运行的条件。
3.3.宜由柴油发电机组供应商提供电源自动切换柜。以保证在市电断电15s内启动并供电。同时要具备3次自启动功能，总时间不大于30s。在市电恢复后能延时自动停机。
排烟管道引出尽量平直少转弯，尤其是直角弯，否则排气阻力增大使得排气背压增高会降低发电机的出力。还会由于气缸内排气不完全会减少空气—燃油比，降低经济性，并使排气温度升高。
3.4.排气管伸出室外处尽量置于噪声对人员影响小的地方，尽量减少噪声的反射干扰，注意排放造成的污染，以及预防火灾，因为柴油机增压器出口烟气温度可达到500℃左右。
3.5.应设置火灾自动报警装置。
3.6.应急柴油发电机采用中性点工作制，当只有一台机组时发电机中性点应直接接地，优点是降低了系统内部过电压倍数，当一相接地后相间电压为中性点所固定基本不升高，并且中心点直接接地可以使照明和动力由同一发电机母线供电。两台及以上发电机并列运行时至少保持一台发电机中性点接地，以保证220V用电设备供电。发电机组并列运行中线内发生三次谐波环流，这样会使发电机发热因而降低出力，为此要采取措施限制环流。
3.7.设在地下室时，要特别注意设备吊装、搬运和检修等条件。
4.柴油发电机房布置要点：
民用建筑中一般发电机布置在地下一层。宜靠近一级负荷及变电所，远离变电所会造成管理不便。设在地下层时不应设在四周无外墙的房间，应至少有一侧靠外墙，并要妥善考虑设备吊装、搬运和检修等。机房不应设在厕所、浴室或其他可能积水场所的正下方和贴邻。同时也要避开主要出口通道。
机房内布置尺寸可按《民用建筑电气设计规范》JGJ 16-2008表6.1.3-1设计。可按3～8小时的燃油量设置日用油箱，当油箱储油量大于500L时，应设储油隔间。当储油量大于1000L时不应设在主体建筑内。机房设在地下一层还要考虑有一个足够大的排风竖井。
柴油机的废气具有噪声高、震动大、温度高的特点，通过“带隔热的消声器”排到室外或烟道。烟道要用耐火砖砌筑，若采用混凝土烟道也要耐火砖做内衬。
柴油发电机房除地面外其余各面均安装吸音材料，房间内壁可用多孔板，在多孔板夹层中均匀填充岩棉即可吸音又隔声且阻燃。
机房内应设洗手盆和落地洗涤槽。
在采暖地区，冬季机房室内温度在就地操作时不低于15℃，隔室操作时不宜低于5℃。
参考文献：
[1] 任元会 《工业与民用建筑电气设计手册》第三版
[2] 刘家屿 《建筑电气设计手册》
[3] 朱林根 《21世纪建筑电气设计手册》
（作者单位：北京维拓时代建筑设计股份有限公司）
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