新聞主題	柴油發電機組容量大小的選擇原則和功率計算

 

摘要：柴油發電機組是企業生產中主要的備用電力來源 ，在企業用電中有著舉足輕重的作用 ，柴油發電機組的選型將直接影響整個企業供電系統的可靠性。康明斯公司在本文重點探討如何合理、準確地選擇發電機組的容量。在選擇柴油發電機組容量時，應根據實際工程情況確定合適的功率參數種類，根據公式準確計算并校驗得出機組功率，最后按環境條件對功率進行修正。

 

一、柴發機組功率類型和選擇

 

      柴油發電機系統是民用建筑廣泛采用的應急電源之一。在市政斷電的突發事件時，民用建筑的UPS或高壓直流后備蓄電池進入放電模式，保持設備供電的連續性。與此同時，民用建筑配置的柴油發電機組迅速啟動、完成并機，向整棟民用建筑提供電力保障。合理配置柴發系統決定了設備不間斷供電的安全、可靠、長久。民用建筑前期設計規劃過程中，應根據民用建筑外市電引入容量，配置柴油發電機組作為災備應急供電保障。 

1、柴發機組功率種類

     柴油發電機組功率類型多種多樣，在進行發電機組功率選擇時，首先要了解所選擇或所需要的是哪一種功率參數。通常柴油發電機組功率會在發電機組牌上面有明顯標識，常見的有備用功率、常用功率和連續功率等，但這些功率參數沒有統一的標準定義，而且各廠家所標注的功率及對其的定義也不盡相同。

     在相關國家規范及標準定義中，柴油發電機組功率種類主要有四種：持續功率、基本功率、限時運行功率以及應急備用功率。持續功率和基本功率的每年運行時間均不受限制，前者通常用于負荷較穩定且需持續供電的場所，后者一般用于負荷多變且需要連續供電的場所。限時運行功率和應急備用功率的每年運行時間均受限，前者不超過500 h，后者不超過200 h。限時運行功率通常用于負荷較穩定但無需長期持續供電的場所，應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荷供電。

2、柴發機組功率選擇的原則

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

① 柴油發電機組的功率和臺數應根據負荷大小、投入順序以及單臺電動機最大起動功率等因素綜合確定。如果負荷較大，可以采用多機并列運行或分區供電。

② 柴油發電機組容量要滿足電動機自啟動時母線最低電壓，不得低于額定電壓的75%，當有電梯負荷時，不得低于額定電壓的80%，當電壓不能滿足要求時，可在運行情況允許的條件下將負荷分批啟動。

③ 在滿足上述原則的前提下盡可能保證經濟合理。

3、柴發機組的結構類型

（1）開架式柴發機組

      該型柴油發電機組的采用開放式結構，也就是無外罩狀態，外觀結構如圖1所示。整個機組可以拆分成發電機與柴油機兩部分進行安裝，能夠輕松地組裝和調整，適用于發電機房內使用的安裝場所。

① 維修簡單

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

② 運行穩定

      開架式柴油發電機組的各個部件分開安裝，減少了熱量和噪音的相互影響，使發電機組的運行更加平穩、穩定。同時，開架式柴油發電機組的發動機散熱效果更加出色，能夠有效降低設備間的溫度，提高設備的使用壽命。

③ 靈活性強

      開架式柴油發電機組在通用性和靈活性方面要優于封閉式柴油發電機組。機組的柴油機和發電機能夠單獨更換，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，開架式柴油發電機組的日常維護保養也更加靈活、方便。

（2）靜音箱式發電機組

      靜音箱式發電機組屬環保型產品，外觀結構如圖2所示。一般發電機組在運行時，噪聲可達103dB（A）以上，對環境造成嚴重污染，通常情況下是對機房進行隔聲處理，使機房外面噪聲達到環保要求，但是對于一些無條件建立機房的場合，帶靜音箱外罩的發電機組便應運而生。靜音箱式發電機組噪聲等級分80dB(A)和75dB(A)兩種，用戶可根據實際使用要求選取。簡單來說，靜音箱式發電機組是在普通型柴油發電機組的基礎上，增加多層屏障阻抗錯配式隔聲罩，高效阻抗復合式消音器，來實現柴油發電機組的降噪隔聲。

 

圖1  開架式柴油發電機組示意圖

圖2  集裝箱柴油發電機組電站

 

二、柴發機組容量的計算

 

1、估算方法

      在方案設計階段和初步設計階段，一般按以下兩種方法進行估算，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，發電機組容量可按配電變壓器總容量的10%～20%進行估算，建筑物規模大時取下限，規模小時取上限。

       在施工圖設計階段，應根據消防負荷及一、二級重要負荷的容量，按發電機組供電范圍內的總設備容量（穩定負荷）計算發電機容量，同時根據最大一臺或一組電動機啟動的需要、啟動電動機時母線允許電壓降、柴油發電機房內儲油量，對發電機容量進行計算校驗。

2、計算方法 

      柴油發電機組容量的選擇除了要考慮柴油發電機組所帶負荷的大小外 ，還應考慮到大功率電動機或電動發電機組啟動對發電機電網所造成的沖擊等因素。

（1）根據所帶負荷的大小確定發電機組容量的計算公式 ，即按穩態供電負荷計算 ，公式為 :

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

式中 ：PΣ ———供電總負荷；

ηΣ ———計算效率；

α ———負荷率 0. 8～1. 0；

COSΦ———發電機功率因數。

      采用上述公式計算是確定發電機組容量的基本方法 ，如所帶負荷中無大功率電機 ，無啟動沖擊電流 ，采用該方法即可確定發電機組容量 ，如電網中還有較大功率電機 ，有啟動沖擊電流 ，則還需要校驗母線允許電壓降及發電機端瞬時電壓降及電機啟動本身需要。

（2）按母線允許的瞬時電壓降計算 ，公式如下 ：

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

式中 ：Pn ———大功率電發電機組容量；

K ———電動機啟動電流倍數；

C ———按啟動方式確定的系數，全壓啟動；

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

Xd ———發電機暫態電抗 0. 25 ；

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

 Xq ———發電機端子外電路計算電抗 ,以標幺值計。

（3）另外還需校驗電動機啟動時 ，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 ———電動機容量；

COSΦ ———電動機啟動功率因數，取0.4；

K ———電動機啟動電流倍數；

C ———按啟動方式確定系數 ，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 ，取最大者來確定發電機組容量。

（4）另外在海拔較高地區還要對發電機容量進行修正 ，每臺發電機組輸出功率按下式計算 :

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

式中 ：P ———發電機組的實際輸出功率；

Ne ———發電機組的標定功率 ；

Np ———發電機組風扇消耗的功率 ；

η ———發電機的效率 ；

CFM———MM 大氣狀況率修正系數 1 ，根據大氣狀況按《內燃機臺架性能試驗方法》的可調油量法功率的修正公式計算；

C1 ———進排風阻力影響修正系數 ，地面取 1. 0。

 

三、柴發機組的布置要求 

 

      柴油發電機房的布置要求著重考慮安全性、噪音控制、通風、溫濕度、照明和排水等方面，這些要求的落實將有助于確保發電機的可靠運行和延長設備的使用壽命。本文布置要求是根據康明斯發電機組參數來設定的，外形實物如圖3所示。

1、機房位置的選擇及大小要求

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

（2）為防噪音、震動污染應盡量遠離工作區和生活區 ，避開主要出口通道 ；

（3）應考慮運輸、安裝、檢修方便 ；

（4）應考慮儲油、運油方便 ；

（5）應考慮水、煙污染問題等。

      一般發電機組機房都建在地下室或者地面一層，如機房單建則機房應有兩堵外墻 ，機房大小應根據發電機組數量及大小來確定 ，發電機組之間間距及距墻壁的距離應滿足以下表中要求。

表1 　 發電機組外廓與墻壁的凈距（m）

 

2、通風冷卻系統

      發電機房的進排風系統典型設計如圖4所示。一般排風的作法是設置熱風通道 ，熱風通道與散熱器連在一起 ，連接處用軟接頭 ，熱空氣在發動機的一端排出 ，應將排風槽伸出建筑物外 ，以防任何熱空氣回流 ，因為如果這些熱空氣由冷卻系統引入機房 ，將會導致發動機過熱 ，如被引入作為燃燒用 ，還將損耗功率。

      一般出風口的面積最小應為散熱器面積的 1.5 倍。如機房設在首層 ，發動機進風口位置盡可能緊靠新鮮空氣的進口端 ，這樣就可不必設進風槽 ，只需裝設進風百葉窗或裝有百葉窗的機房門即可 ，但進風面積必須滿足發電機組要求 ，一般柴油發電機組運行時 ，發電機組及排煙管道等部件都向機房內散發熱量 ，使機房溫度升高 ，同時還會散發一些有毒氣體 ，發電機組運行還需要足夠的新鮮空氣 ，故機房需進行通風降溫。

4、供油儲油系統

      柴油發電機組運行需供應大量柴油 ，必須儲備一定的油量 ，對小型發電機組只需設油箱 ，對大一點的發電機組應設置儲油間 ，如再大的發電機組還應在室外專設儲油設施。柴油機儲油量按下式計算 ：

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

式中 ：G ———發電機組每小時耗油量 ， G =geNe1000 ，geNe 分別為機組耗油率及標定功率 ;

t ———發電機組運行時間 ，(3～8 小時) ;

K———安全系數 ，一般取 1. 1～1. 2 ;

A ———容積系數 ，一般取 0. 9 ;

R ———燃油密度 ，輕柴油約為 0. 85。

      油箱安裝時應注意以下幾點 ，油箱 (罐) 最高油面不能比發電機組底座高出2. 5m ，否則應在中間加日用油箱 ；出油位要比油箱底高 50mm ，以免將沉淀物吸入發電機組 ；油箱底應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 ；送油管應為黑鐵管 ，不能用鍍鋅管 ，以免產生化學反應 ，損害發電機組 ；回油管油路到油箱必須保持在 2. 5m 高度以下。

 

圖3  KTAA19-G6A康明柴油發電機組

圖4  柴油發電機組通風系統安裝圖

 

5、排煙消音系統

（1）排煙系統應盡可能布置的短平 ，但應滿足當地規劃、環保部門的規定 ，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定 ，若其流向急轉變化 ，將使排煙系統的背壓加大 ，阻礙排煙效果 ，從而導致發電機組的功率損失 ，因此應盡可能的降低背壓。當條件要求增加排煙系統的長度大于 9m 時 ，則排煙管徑應加大。從發動機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 ，排煙管的第二段應被支撐住 ，以容許柔性管走動時 ，不致于將承重施加于發電機的總管上。排煙管壁厚應大于 3mm。

（2）當排煙管需要穿過墻壁時 ，應當配置套管或壁外套板 ，否則墻壁將會因過度受熱而出現裂縫 ， 并有可能造成火災。排煙口應遠離建筑物進氣欄或門窗 ，設計成防雨型 ，在靠近發動機的長排煙管處配置疏水點或泄水收集盤。

（3）排煙管道上應設置排煙消音器 ，根據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）對于小型發電機組 ，當地環保部門允許時 ，煙氣可直接排入大氣 ，對較大發電機組 ，當地環保部門一般不允許煙氣直接排入大氣 ，還應設置消煙池。消煙池尺寸由發電機組大小決定 ，一般 3～20m³ 。

 

圖5  住宅型消音器外形圖

圖6  消音器外形結構圖

 

總結：

      柴油發電機組選擇時應考慮的因素主要包括機械與電氣性能、機組的用途、負荷的容量與變化范圍、機組的使用環境條件（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，柴油發電機房應設置在通風良好、水源供應充足的地方，并應遠離易燃物品、易爆物品等危險物質。機房內應有明確的應急出口，并設有適當的滅火設備，以確保發電機房的安全性。總而言之，柴油發電機組的設計是一個多專業、多部門密切配合才能完成的工作，電氣專業設計過程中，要了解發電機組本身特性，了解當地環保、供電等部門的一些規定，要考慮各專業之間的配合，便于施工、運行管理及維護等。

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