新聞主題	柴油發(fā)電機(jī)組供電原則、選型與計算公式

 

摘要：作為在備用電源使用的發(fā)電機(jī)組無特殊要求，一般而言，現(xiàn)在采用市場主流的康明斯柴油發(fā)動機(jī)，工業(yè)型、水冷式、帶式驅(qū)動閉路散熱（散熱器要求經(jīng)過耐鹽霧處理）、四沖程、電子控制直噴式、渦輪增壓的柴油發(fā)動機(jī)為主，并具有數(shù)字調(diào)速裝置?？得魉构疽罁?jù)JGJ16—2008《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》、《工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊》，結(jié)合項目實(shí)例，介紹了工程項目中柴油發(fā)電機(jī)容量計算方法。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。

      計算應(yīng)急發(fā)電機(jī)在火災(zāi)情況下的負(fù)荷時，需要考慮到發(fā)生火災(zāi)的情況，民用建筑一般按火災(zāi)時最大防火分區(qū)（消防設(shè)備投入容量最大）進(jìn)行計算，同時，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、二級負(fù)荷在接到切除指令之后，需要延時切斷電源的負(fù)荷。

      同樣，應(yīng)急發(fā)電機(jī)在非消防情況下進(jìn)行負(fù)荷計算時，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)時一旦切除非消防電源，此部分內(nèi)容應(yīng)無條件優(yōu)先切除。

2、容量選擇的常見方式

      自起動發(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，除在規(guī)定時間內(nèi)能自起動供電外，還應(yīng)滿足所有保安負(fù)荷或一級負(fù)荷的供電容量要求，若容量選得小，則電動機(jī)起動時電壓降過大，電動機(jī)不能起動，自起動發(fā)電機(jī)起動失敗，失去備用電源的作用；若容量選得過大，初期投資大，運(yùn)營經(jīng)濟(jì)效益差。所以，正確計算保安負(fù)荷或一級負(fù)荷的容量，確定負(fù)荷投入順序和電動機(jī)起動時允許的電壓降是選擇發(fā)電機(jī)容量的重要前提。自起動發(fā)電機(jī)的容量應(yīng)滿足如下條件：

（1）所有保安負(fù)荷或一級負(fù)荷正常工作時供電容量的要求。

（2）在大容量電動機(jī)起動或自起動時應(yīng)符合發(fā)電機(jī)的過負(fù)荷能力。

（3）在起動大容量電動機(jī)時，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，又能滿足電動機(jī)本身的起動轉(zhuǎn)矩要求。

（4）與原電動機(jī)的過負(fù)荷能力相匹配。

 

圖1  柴油發(fā)電機(jī)與市電聯(lián)動供電系統(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)時柴油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度保持在±0.5％以內(nèi)。不同計算方式得出的發(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）按尖峰電流計算

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

式中，Kj——為電動機(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——為最大單臺電動機(jī)或成組電動機(jī)的啟動容量，kVA；

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

（3）按母線允許壓降計算

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)最大電壓降的電動機(jī)的最大啟動容量，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）勵磁方式：永磁機(jī)（PMG），如圖1所示；自勵磁，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)時間：≤1s。

（6）電壓波動率：≤1％。

（7）絕緣等級：H級。

（8）防護(hù)等級：IP23。

      發(fā)電機(jī)在空載額定電壓時，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，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熱報警裝置，能夠有效地防止濾網(wǎng)堵塞時造成通風(fēng)不暢引起的過溫。

      當(dāng)客戶需要繞組溫度顯示時，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，同時還可以裝配軸承RTD。發(fā)電機(jī)外殼同時需要防鹽霧，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)勵磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

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

 

三、柴發(fā)應(yīng)用案例

 

1、港口動力房的應(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（動力房）中，因碼頭環(huán)境情況對噪聲的敏感度不高，但對動力房的防雨，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力房，以下簡稱動力房），安裝在輪胎吊兩個門框之間的橫梁上，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）作為輪胎吊主要動力來源使用時，發(fā)電機(jī)組的房體體積大，需要安裝到兩個門架之間的鞍梁上，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，通常是安裝在兩個輪胎之間的橫梁上，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斐稍O(shè)備的浪費(fèi)，并增加成本。

圖5  柴油發(fā)電機(jī)動力房的布置

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救援，許多消防用電設(shè)備仍需要堅持工作，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，多采用幾個電源的組合方案。一般根據(jù)建筑負(fù)荷等級、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)時由消防備用電源供電，當(dāng)主電源不論任何原因切斷時，消防備用電源應(yīng)能自動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)計表

 

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