新聞主題	柴油發(fā)電機(jī)組供電原則、選型與計(jì)算公式

 

摘要：作為在備用電源使用的發(fā)電機(jī)組無(wú)特殊要求，一般而言，現(xiàn)在采用市場(chǎng)主流的康明斯柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，工業(yè)型、水冷式、帶式驅(qū)動(dòng)閉路散熱（散熱器要求經(jīng)過(guò)耐鹽霧處理）、四沖程、電子控制直噴式、渦輪增壓的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)為主，并具有數(shù)字調(diào)速裝置。康明斯公司依據(jù)JGJ16—2008《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》、《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)例，介紹了工程項(xiàng)目中柴油發(fā)電機(jī)容量計(jì)算方法。提出選擇柴油發(fā)電機(jī)可從穩(wěn)定負(fù)荷、尖峰負(fù)荷及母線壓降方面考慮，選擇的額定容量應(yīng)符合設(shè)備實(shí)際運(yùn)行的特點(diǎn)，從而確保柴油發(fā)電機(jī)的使用狀況和使用壽命。

 

一、柴發(fā)的選擇方式與原則

 

1、柴油發(fā)電機(jī)的供電原則

      根據(jù)國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)規(guī)范（包括各地方規(guī)范的要求），應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)主要為一級(jí)負(fù)荷中特別重要負(fù)荷及消防負(fù)荷供電。特別重要負(fù)荷包括IT機(jī)房、電信機(jī)房、垂直電梯等。消防負(fù)荷包括消防風(fēng)機(jī)、防火卷簾、消防排煙窗、消防控制室電源、消防水泵、消防應(yīng)急照明和疏散照明、變電所用電、發(fā)電機(jī)房用電等，典型供電系統(tǒng)和機(jī)房安置如圖1、圖2所示。在明確應(yīng)急發(fā)電機(jī)組的供電范圍后，需要根據(jù)火災(zāi)和非火災(zāi)情況下分別計(jì)算。

      大部分情況下，選擇發(fā)電機(jī)主要先根據(jù)火災(zāi)情況下使用的消防負(fù)荷來(lái)確定應(yīng)急發(fā)電機(jī)組容量，再根據(jù)發(fā)電機(jī)容量確定非火災(zāi)情況下特別重要負(fù)荷用電是否滿足發(fā)電機(jī)組容量的要求驗(yàn)證。

      計(jì)算應(yīng)急發(fā)電機(jī)在火災(zāi)情況下的負(fù)荷時(shí)，需要考慮到發(fā)生火災(zāi)的情況，民用建筑一般按火災(zāi)時(shí)最大防火分區(qū)（消防設(shè)備投入容量最大）進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)，還需要考慮相鄰防火分區(qū)受火災(zāi)影響的情況。此外，不僅考慮相對(duì)應(yīng)防火分區(qū)需供電的消防負(fù)荷及非火災(zāi)情況下的常用消防負(fù)荷，還需注意在應(yīng)急發(fā)電機(jī)供電情況下，其他防火分區(qū)內(nèi)由此發(fā)電機(jī)供電的一、二級(jí)負(fù)荷在接到切除指令之后，需要延時(shí)切斷電源的負(fù)荷。

      同樣，應(yīng)急發(fā)電機(jī)在非消防情況下進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算時(shí)，除了要考慮特別重要負(fù)荷外，還應(yīng)考慮在非火災(zāi)情況下的常用消防負(fù)荷；除特別重要負(fù)荷外，基于業(yè)主額外要求，也可以適當(dāng)增加業(yè)主自需的重要負(fù)荷，并視負(fù)荷容量選擇發(fā)電機(jī)（發(fā)電機(jī)容量應(yīng)以消防或非消防狀態(tài)下的重要負(fù)荷中大者為選擇依據(jù)），且火災(zāi)時(shí)一旦切除非消防電源，此部分內(nèi)容應(yīng)無(wú)條件優(yōu)先切除。

2、容量選擇的常見方式

      自起動(dòng)發(fā)電機(jī)是為保證消防負(fù)荷或特別重要負(fù)荷供電可靠的應(yīng)急電源，在市電電源中斷供電時(shí)，除在規(guī)定時(shí)間內(nèi)能自起動(dòng)供電外，還應(yīng)滿足所有保安負(fù)荷或一級(jí)負(fù)荷的供電容量要求，若容量選得小，則電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)電壓降過(guò)大，電動(dòng)機(jī)不能起動(dòng)，自起動(dòng)發(fā)電機(jī)起動(dòng)失敗，失去備用電源的作用；若容量選得過(guò)大，初期投資大，運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)效益差。所以，正確計(jì)算保安負(fù)荷或一級(jí)負(fù)荷的容量，確定負(fù)荷投入順序和電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)允許的電壓降是選擇發(fā)電機(jī)容量的重要前提。自起動(dòng)發(fā)電機(jī)的容量應(yīng)滿足如下條件：

（1）所有保安負(fù)荷或一級(jí)負(fù)荷正常工作時(shí)供電容量的要求。

（2）在大容量電動(dòng)機(jī)起動(dòng)或自起動(dòng)時(shí)應(yīng)符合發(fā)電機(jī)的過(guò)負(fù)荷能力。

（3）在起動(dòng)大容量電動(dòng)機(jī)時(shí)，母線上的電壓降應(yīng)保證已經(jīng)正常工作的負(fù)荷所允許的電壓降，又能滿足電動(dòng)機(jī)本身的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求。

（4）與原電動(dòng)機(jī)的過(guò)負(fù)荷能力相匹配。

 

圖1  柴油發(fā)電機(jī)與市電聯(lián)動(dòng)供電系統(tǒng)圖

圖2  柴油發(fā)電機(jī)組典型安置圖

 

 二、柴發(fā)的選型與計(jì)算公式

 

1、柴油機(jī)的選型

      主柴油機(jī)要求帶有電子調(diào)速器，其調(diào)速性能保證在工作負(fù)載突加到額定值使柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速保持在運(yùn)行速度的±0.3％以內(nèi)。而在穩(wěn)態(tài)時(shí)柴油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度保持在±0.5％以內(nèi)。不同計(jì)算方式得出的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)容量不同，具體如下：

（1）按照供電系統(tǒng)穩(wěn)定負(fù)荷計(jì)算

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

式中，pε——為總負(fù)荷，kW；

ηε——為所帶負(fù)荷的綜合效率，一般取0.82～0.88；

cosψ——為功率因數(shù)，一般取0.8。

（2）按尖峰電流計(jì)算

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

式中，Kj——為電動(dòng)機(jī)功率下降的系數(shù)，一般取0.9～0.95；

S0——為Smax投入運(yùn)行前已投入運(yùn)行的負(fù)荷容量，kVA；

Smax——為最大單臺(tái)電動(dòng)機(jī)或成組電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)容量，kVA；

Kg——為發(fā)電機(jī)允許的短時(shí)過(guò)載系數(shù)，一般取1.4～1.6。

（3）按母線允許壓降計(jì)算

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

式中，ΔU——為發(fā)電機(jī)母線允許電壓降，一般取0.2；

Xd′——為發(fā)電機(jī)瞬態(tài)電抗，一般取0.2；

SstΔ——為導(dǎo)致發(fā)電機(jī)最大電壓降的電動(dòng)機(jī)的最大啟動(dòng)容量，kVA。

2、發(fā)電機(jī)的選型

      在發(fā)電機(jī)的選擇方面，備用電源一般的要求發(fā)電機(jī)具備以下參數(shù)：

（1）勵(lì)磁方式：永磁機(jī)（PMG），如圖1所示；自勵(lì)磁，如圖4所示。

（2）空載電壓調(diào)整范圍：95％～100％額定電壓。

（3）電壓穩(wěn)態(tài)調(diào)整率：≤0.5％。

（4）電壓瞬態(tài)調(diào)整率：≤±10％。

（5）電壓恢復(fù)時(shí)間：≤1s。

（6）電壓波動(dòng)率：≤1％。

（7）絕緣等級(jí)：H級(jí)。

（8）防護(hù)等級(jí)：IP23。

      發(fā)電機(jī)在空載額定電壓時(shí)，線電壓的波形畸變率應(yīng)不大于2％。另外，發(fā)電機(jī)在額定工況條件下，能正常連續(xù)工作，帶空氣濾網(wǎng)，不帶網(wǎng)罩。以防止加裝網(wǎng)罩帶來(lái)的通風(fēng)量不足。

      由于是在海岸環(huán)境下使用，發(fā)電機(jī)同樣需要考慮防潮濕及鹽霧環(huán)境帶來(lái)的損害，所以發(fā)電機(jī)也需要裝有防冷凝加熱器，工作電壓為220V。同時(shí)，還要考慮為發(fā)電機(jī)組加裝繞組溫度繼電器及溫控盒，該裝置為防止繞組過(guò)熱報(bào)警裝置，能夠有效地防止濾網(wǎng)堵塞時(shí)造成通風(fēng)不暢引起的過(guò)溫。

      當(dāng)客戶需要繞組溫度顯示時(shí)，還可以選配繞組RTD，繞組RTD默認(rèn)為PT100傳感器，還可以選擇一款多功能儀表，方便參數(shù)讀取，同時(shí)還可以裝配軸承RTD。發(fā)電機(jī)外殼同時(shí)需要防鹽霧，一般要求漆膜厚度達(dá)到240μm。

 

圖3  交流發(fā)電機(jī)永磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖4  交流發(fā)電機(jī)自勵(lì)磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

 

三、柴發(fā)應(yīng)用案例

 

1、港口動(dòng)力房的應(yīng)用

      輪胎吊是在室外使用，柴油發(fā)電機(jī)組需要放置在合適的防護(hù)箱（動(dòng)力房）中，因碼頭環(huán)境情況對(duì)噪聲的敏感度不高，但對(duì)動(dòng)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(duì)較高，見下節(jié)詳細(xì)介紹。防音箱式柴油發(fā)電機(jī)組（備用電源一般稱呼為動(dòng)力房，以下簡(jiǎn)稱動(dòng)力房），安裝在輪胎吊兩個(gè)門框之間的橫梁上，發(fā)電機(jī)組的排煙系統(tǒng)引至起重機(jī)龍門架的頂端排放，動(dòng)力房安裝橫梁的下部布置日用油箱，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組的供油如圖11-4所示。依據(jù)發(fā)電機(jī)組的功率大小及用途的不同，按房體的結(jié)構(gòu)形式具體可分為：

（1）作為輪胎吊主要?jiǎng)恿?lái)源使用時(shí)，發(fā)電機(jī)組的房體體積大，需要安裝到兩個(gè)門架之間的鞍梁上，如圖5所示。機(jī)房進(jìn)風(fēng)在頂部，消聲器也布置在頂部。

（2）當(dāng)發(fā)電機(jī)組作為備用電源時(shí)，通常是安裝在兩個(gè)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(zhuǎn)場(chǎng)所需功率即可。另外一種情況是作為主用設(shè)備的應(yīng)急備用發(fā)電機(jī)組，其功率等同主用發(fā)電機(jī)組。實(shí)際應(yīng)用中一般較少使用這種選擇，因?yàn)闀?huì)造成設(shè)備的浪費(fèi)，并增加成本。

圖5  柴油發(fā)電機(jī)動(dòng)力房的布置

圖6  備用電源柴油發(fā)電機(jī)組的布置圖

2、消防備用電源的應(yīng)用

      建筑處于火災(zāi)條件下，為確保人員安全疏散和搶險(xiǎn)救援，許多消防用電設(shè)備仍需要堅(jiān)持工作，為消防用電設(shè)備應(yīng)急供電的獨(dú)立電源就稱為消防備用電源。

　　消防備用電源有應(yīng)急發(fā)電機(jī)組、消防應(yīng)急電源等。在特定防火對(duì)象的建筑物內(nèi)，消防備用電源種類不是單一的，多采用幾個(gè)電源的組合方案。一般根據(jù)建筑負(fù)荷等級(jí)、供電質(zhì)量、應(yīng)急負(fù)荷的數(shù)量與分布以及負(fù)荷特性等因素來(lái)決定方案的選擇。消防用電設(shè)備正常條件下由主電源供電，火災(zāi)時(shí)由消防備用電源供電，當(dāng)主電源不論任何原因切斷時(shí)，消防備用電源應(yīng)能自動(dòng)投入以保證消防用電的可靠性。以深圳某康明斯發(fā)電機(jī)組用戶案例，其計(jì)算法如表1。

表1    柴油發(fā)電機(jī)組應(yīng)急電源容量統(tǒng)計(jì)表

 

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