新聞主題	應急柴油發電機的布局和設計

 

摘要：應急柴油發電機組一般由柴油發動機、發電機、控制箱（柜）、油箱、起動和控制用蓄電池組、應急配電柜等部件組成。應急柴油發電機組具有運行靈活、體積小、接線簡單、安全可靠、操作維護簡便，使用環境條件要求低等優點。目前應急柴油發電機組做為消防設備及重要負荷的備用電源，已在超高層建筑、數據中心、民用住宅、工廠等建筑中得到廣泛應用。本文結合實際工程對超高層建筑應急柴油發電機房供配電系統及通風、接地等深化設計思路及方法進行闡述。

 

柴油發電機組的機房案例

 

 

 

一、配電系統設計

 

1、機房照明

機房照明分為發電機間照明及油箱間照明。發電機間照明設置2×28W普通熒光燈，油箱間設置2×28W防爆熒光燈，正常狀態為市電供電，應急狀態由柴油發電機組供電，柴油發電機組不能正常工作時，由EPS供電。照明燈具在頂部機電管線布置好后，布置于頂部機電管線下方，以使燈光不被管線遮擋，滿足機房平時照明及維修保養要求。

2、機房動力

機房動力分為柴油發電機組輸出配電及機房受電。

（1）機房輸出配電

機房柴油發電機組輸出采用1×800m²單芯電纜并聯后通過橋架引至發電機配電柜后，再采用母線槽配出至低壓配電柜。

（2）機房受電

機房受電包括機房插座和機房風機動力。機房插座正常狀態為市電供電，應急狀態由柴油發電機組供電，柴油發電機組不能正常工作時，由EPS供電。機房風機中油箱間排風機及發電機間平時排風機為市電供電，發電機組導流風機及發電機組加力排風機正常狀態為市電供電，應急狀態由柴油發電機組啟動且能正常帶載后供電。

3、風機控制系統

風機控制系統包括油箱間排風機、發電機間平時排風機及發電機組導流風機、發電機組加力排風機控制。油箱間排風機、發電機間平時排風機采用手動控制及自動時BAS控制。發電機組導流風機、發電機組加力排風機采用手動控制及自動時發電機啟動后延時啟動。

4、啟動控制設計

柴油發電機組采用自動啟動方式。工程中，A、B兩組柴油發電機組分別與A1#、B1#市政20 kV電源及A2#、B2#市政20 kV電源相聯絡。因此，其啟動方式根據市政電源失電情況可大致分為兩類情況。

（1）A1#、B1#兩路市政20 kV電源同時失電

這種情況比較簡單，因為市政電源完全失電，所以當發電機組總控系統檢測到市政電源失電時，立刻有序啟動所有柴油發電機組即可。具體控制流程框圖如圖5所示。

（2）A1#、B1#兩路市政20 kV電源中其中一路失電

這種情況需結合數據中心變電所內的配電系統分析。圖6為數據中心101號變電所配電系統示意圖。由圖可知，TA101變壓器20 kV電源進線與TB101變壓器20 kV電源進線分別引自A1#市政20 kV電源與A組柴油發電機切換后的20 kV母線段及B1#市政20 kV電源與A組柴油發電機切換后的20 kV母線段，經過20/0.4 kV變壓器降壓后兩段低壓母線采用母聯開關相互聯絡。由此可知，當A1#市政電源與B1#市政電源中一路失電時，根據數據中心變電所配電系統的母聯開關投切是否成功，可將柴油發電機啟動控制模式分為兩種。以A1#市政電源失電為例，當A1#市政電源失電后，若數據中心101號變電所內TA101變壓器與TB101變壓器之間的母聯開關投切成功，則不啟動柴油發電機組；若母聯開關投切不成功，則需根據具體情況自動有序啟動相應數量的柴油發電機，具體控制流程框圖如圖7所示。

A、B兩組柴油發電機組20 kV并機母線段采用母聯開關聯絡，可有效分配供電容量，控制設計上，通過在發電機組總控PLC柜內設計I、II段發電機組聯絡繼電器與聯絡開關聯鎖，同時兼顧并機成員分配，發電機組地址按照1~16進線編排，即可實現16臺柴油發電機組的靈活并機，有效合理分配備用電源。

 

圖2 發電機房20KV供電系統示意圖

圖3 柴油發電機并機系統示意圖

 

 

二、通風系統設計

 

應急柴油發電機組的通風包括發電機組所需要的進風和排風。

1、應急柴油發電機組進風

進風量=排風量+燃氣量=（2040+103）*2+（1800+98）*2=8082m3/min。

根據現場實際情況，采用自然進風方式，進風消聲器片間流速360m/min。有效進風面積=進風量/進風消聲器片間流速=8082/360=22.45m2。采用百葉窗通風面積為60%，所需要百葉窗面積=有效進風面積/通風率=22.45/0.6=37.41m2。根據現場建筑及結構的實際情況，設計兩個通風口，通風口1面積為4.5（L）*2.8（H）=12.60m2，通風口2面積為6.4（L）*4.0（H）=25.60m2，總面積為12.60+25.60=38.20m2>37.41m2。滿足進風要求。

2、應急柴油發電機組排風

每臺發電機組單獨設置排風口，總的有效排風面積=0.9*總進風有效面積=0.9*38.20=34.38m2。由于機房限制，經復核發電機組排風扇要承受最大背壓大于允許的背壓，因此，采用在每臺發電機組排風扇出口增加兩臺加力排風機（對應MGS1200B，主要參數:380V、18.5KW、54000m3/h、600Pa;對應MGS1400B，主要參數:380V、18.5KW、62000m3/h、600Pa）以使發電機組排風扇承受的背壓在允許的范圍內。

3、應急柴油發電機組散輻射熱

考慮到機房進風位置的情況，每臺發電機組單獨設置一臺導流風機（對應MGS1200B，主要參數:380V、11KW、38000m3/h、200Pa;對應MGS1400B，主要參數:380V、11KW、44000m3/h、200Pa）用于滿足發電機組散輻射熱需要。

4、油箱間通風

油箱間進風為帶防火閥百葉窗設置于油箱間低位，從柴油發電機間進風，發電機間設置一臺低噪聲防爆軸流風機（主要參數:380V、0.55KW、5300m3/h、166Pa）用于油箱間高位排風。

5、發電機間通風

發電機間設置一臺通風機（主要參數:380V、11KW、36000m3/h、400Pa）用于平時機房內的換氣散熱，以及發電機組停機后機房散熱。

 

圖4 柴油發電機組機房安裝設計圖紙

 

 

三、供油系統設計

 

為滿足柴油發電機組運行的用油要求，根據GB 50174-2008、JGJ 16-2008、GB 50016-2014等規范要求，本示例工程在柴油發電機房內每臺發電機組均單獨設有日用油箱間，日用油箱間內儲存有1m³的日用燃油。結合日用油箱間，還在地下一層設置油泵供油系統，在室外設置儲油罐，通過油泵系統自動供油，滿足柴油發電機組運行時間不小于72 h的用油要求。

各個日用油箱上均設有液位控制儀，當日用油箱內的油處于低液位時，油泵啟動，將埋在室外儲油罐內的柴油輸入日用油箱內；反之，當日用油箱內的油處于高液位的時候，供油泵自動關閉。當油位超過設置液位范圍時，報警器自動報警。

油路控制系統分為油箱液位報警控制及發電機組緊急停止供油。

（1）油箱液位報警控制設計為在發電機房外墻設置報警控制箱，包含油箱低油位報警開啟供油電動閥、超高油位報警并關閉供油電動閥的功能。

（2）發電機組緊急停止供油設計為在發電機房外墻設置緊急拉手掣在發生發電機組漏油事故時緊急切斷供油，防止油氣擴散。

當油位超過超高液位、柴油發電機發生故障或火災自動報警系統報警時，排油電磁閥啟動，將油排至室外儲油罐。日用油箱的油直接供柴油發電機使用，柴油發電機的回油，回到日用油箱繼續使用，日用油箱底部的排油管和溢油管接入溢油桶，溢油桶安裝液位顯示，當液位處于高位時，經手搖泵輸入日用油箱繼續使用。

 

四、接地系統設計

 

1、等電位聯結

（1）發電機房內設置總接地端子板與沿墻設置的一圈40×4mm熱鍍鋅接地扁鋼牢靠連接，此接地扁鋼3處與建筑結構內接地鋼筋牢靠連接。

（2）從一圈接地扁鋼最近距離引一根40×4mm熱鍍鋅接地扁鋼至每臺柴油發電機組，并做牢靠連接。從一圈接地扁鋼最近距離引一根40×4mm熱鍍鋅接地扁鋼至每個油箱，并做牢靠連接。

（3）設置1個局部等電位端子板與沿墻設置的一圈40×4mm熱鍍鋅接地扁鋼連接，用于供、回油管接地。

（4）發電機房內百頁窗、風管道、排煙管道、消聲材料金屬固定框架、電池架、透氣管均與接地扁鋼牢靠連接。

2、金屬部件接地

（1）設置1個局部接地端子板與沿墻設置的一圈40×4mm熱鍍鋅接地扁鋼牢靠連接，用于配電箱及控制箱外殼接地。從一圈接地扁鋼最近距離引一根40×4mm熱鍍鋅接地扁鋼至發電機配電柜，并做牢靠連接。

（2）電纜橋架、金屬電線管、母線槽外殼均與接地扁鋼牢靠連接。

五、測試負載設計

 

柴油發電機組作為市政電源停電后的應急電源，多數時間都處于待機狀態，一旦市政電源停電或者發生故障，柴油發電機組就起到了至關重要的作用。

為防止供電故障發生時柴油發電機組出現性能故障，加強日常柴油發電機組的檢測和維護，建立完善的柴油發電機組檢測和維護規程，定時規范地對柴油發電機組進行保養、檢測和維護就顯得格外重要。測試負載可以檢測柴油發電機組的帶載功率，作滿載測試、不平衡負載能力測試、突加突減功率測試、穩態電壓調整率、穩態頻率調整率、瞬態電壓調整頻率、電壓恢復時間、瞬態頻率調整、頻率恢復時間、柴油發電機組持續運行檢測。

根據柴油發電機組容量及運行要求，可供選擇的方案主要有如下3個：

（1）移動式測試負載。

測試負載采用車載移動式測試負載，需要測試時，租用專業測試公司的測試負載及相應測試設備。此方案需在柴油發電機房三層并機室預留測試負載接線柜，從接線柜引線纜至一層，并預留管線至室外測試點。

（2）20KV固定式測試負載。

配合市政電源與柴油發電機組成的供電系統，測試負載采用固定式測試負載，測試負載安裝于柴油發電機房屋頂。此方案需在柴油發電機房三層并機室預留測試負載接線柜，并從接線柜引電纜經由電纜橋架從進出線間引至屋面測試負載處。

（3）0.4 kV固定式測試負載。

本方案中測試負載采用0.4 kV電壓等級，負載容量可選1臺或者多臺組合，測試負載安裝于動力中心屋頂。此方案需在柴油發電機房三層并機室設置20/0.4 kV降壓變壓器及相應低壓出線柜。低壓出線柜至屋頂測試負載利用低壓母線槽或低壓電纜經由進出線間引至屋面的測試負載。

以上3個方案中，方案一的優點是節省造價，但其后期操作繁瑣，每次進行測試時都需要租用測試設備，測試前后需進行電纜連接和拆除的工作，耗費大量人力物力，且測試性能不夠穩定可靠。方案二的測試負載電壓等級為20 kV，是直接模擬高壓配電柜的帶載性能，不需設置降壓變壓器和相關低壓出線柜，工程相對簡單。但后期維護復雜，建造成本及維護費用較高，測試性能與0.4 kV電壓等級測試負載無太大差異。方案三中0.4 kV電壓等級模擬測試發電機組并機升壓（高壓配電柜）又經變壓器降壓后的負載性能，其整體建造成本、后期維護成本都相對低廉，在整機產品測試性能、絕緣、壽命、安全等方面均有一定優勢，整機實用性高，可獨立對單臺發電機組周期性帶載測試和其它低壓帶載測試。

 

 

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