民用建筑柴油发电机组的选用探讨

1、设置原则

《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16—923.1条规定:民用建筑中的消防水泵、消防电梯、防排烟设施、火灾自动报警、自动灭火装置、火灾应急照明、电动防火门窗、卷帘、阀门等消防用电的负荷等级,应符合国家现行《高层民用建筑设计防火规范》和《建筑设计防火规范》的规定。

根据《高层建筑设计防火规范》GB50045(2001年版)9.1规定:一类高层建筑应按一级负荷要求供电,二类高层建筑应按二级负荷要求供电。《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16—923.1条规定:一级负荷应由两个电源供电,当一个电源发生故障时,另一个电源应不致同时受到损坏;二级负荷条件允许时,也宜采用二路电源来供电,特别是消防用的二级负荷,更应该按两个回路要求供电;一级负荷中的特别重要负荷,除上述两个电源外,还必须增设应急电源。根据这些规定,笔者总结了自备柴油发电机组的设置原则:

(1)当民用建筑需按一级负荷要求供电时,若城市电网能提供二路独立电源(一用一备或相互备用),则可不设柴油发电机组;但当一级负荷中有特别重要的负荷时,则一般应设柴油发电机组作为应急电源。

(2)当电网只能提供一路电源时,为满足对一、二级负荷的供电要求,一般应设置柴油发电机组,此时机组将作备用电源及应急电源使用。

(3)大、中型商业建筑中为确保市电中断时不造成较大的经济损失,也宜设柴油发电机组。由于城市电网不可能完全独立,有时一个电源故障或检修时,另一电源有可能同时故障,因此,即使有两路或以上电源供电,为确保民用建筑中消防及其他重要设备(如智能化设备、通讯设备等)的可靠供电,一般都设置柴油发电机组。

2、容量选择

自备发电机组容量的选择,目前国家尚无统一的计算公式,因此设计人员在实际工作中所采用的方法也不相同:有的简单地按电力变压器容量的10%-20%确定;有的按消防设备的容量相加;有的则根据投资者的意愿选择,造成了自备发电机组容量选择的不准确性,若容量选择太大造成一次投资浪费,选择太小则在事故时满足不了使用要求。那么,如何选择自备发电机组的容量呢?笔者经过查阅资料和参考同行各种经验做法后,归纳出如下几点:

(一)方案或初步设计阶段

自备发电机的容量按供电变压器总容量的10%-20%计算。

(二)施工图阶段

(1)按计算负荷选择发电机容量我们知道,建筑物的用电负荷可分为三类:第一类为保安型负荷,即保证大楼内人身及设备安全和可靠运行的负荷,如消防水泵、消防电梯、防排烟设备、应急照明、通讯设备、重要的计算机及相关设备等;第二类为保障型负荷,即保障大楼运行的基本设备负荷,主要是工作区照明、部分电梯、通道照明;第三类为一般负荷,即除了上述负荷以外的其它负荷,例如:空调、水泵及其他一般照明、动力设备。

计算自备发电机组的容量时,第一类负荷必须考虑在内,第二类负荷则根据大楼功能及电网情况来定,若大楼功能要求较高或城市电网供电不稳定,则应将第二类负荷考虑在内,但若将第一类、第二类负荷简单相加来选择发电机容量,则所选容量偏大,因为在消防状态时,只需保证消防设备的运行,第二类负荷不使用;而在非消防状态下电网停电时,消防设备不使用。所以,笔者认为可以选择两者中较大者作为发电机组的容量。

设备容量统计出来后,根据实际情况选择需要系数Kx(一般取0.85-0.95),计算出计算容量Pj=KxP∑,自备发电机组的功率按下式计算P=kPj/η式中:

P—自备发电机组的功率kw;

Pj负荷设备的计算容量kw;

P∑—总负荷kw;

η—发电机并联运行不均匀系数一般取0.9,单台取1;

k—可靠系数,一般取1.1。

(2)按最大的单台电动机或成组电动机起动的需要,计算发电机容量P=(P∑-Pm)/η∑+PmKCcosψm(KW)

Pm—起动容量最大的电动机或成组电动机的容量(kw);

η∑一总负荷的计算效率,一般取0.85;

cosΨm—电动机的起动功率因数,一般取0.4;

K—电动机的起动倍数;

C—全压起动C=l.0,Y—△起动C=0.67,自耦变压器起动50%抽头C=0.25,65%抽头C==0.42,80%抽头C=0.64。

(3)按起动电动机时母线容许电压降计算发电机容量P=PnKCXd″(1/△E-1)(kw)

Pn一造成母线压降最大的电动机或成组起动电动机组的容量(kw)

K—电动机的起动电流倍数;

Xd″—发电机的暂态电抗,一般取0.25;

△E—母线允许的瞬时电压降,有电梯时取0.20,无电梯时取0.25.在实际工作中,也可用系数法估算柴油发电机组的起动能力,表1列出了不同起动方式下所需的发电机功率为被起动电动机功率的最小倍数,供参考。

近年来,变频起动装置在民用建筑中应用越来越广泛,变频起动与其它起动方式相比,起动电流小而起动力矩大,对电网无冲击电流,引起的母线电压降也很小,因此,笔者认为,当电动机采用变频调速起动时,可以只考虑用计算负荷来计算发电机的容量,而不用考虑电动机起动的因素。

工程实例:笔者设计的某工程为例,该工程建筑面积10000m2,12层,为二类高层,保安性负荷主要为消防负荷,其容量为191kw,最大一台电动机为喷淋泵37kw,采用自耦降压80%抽头降压起动。

(1)按计算负荷计算P=kPj/η=1.1×191/1kw=210.1kw

(2)最大的单台电动机起动的需要计算P=(P∑-Pm)/η∑+PmKCcosΨm=(191—37)/0.85+37×6×0.64×0.4=238.0kw

(3)按起动电动机时发电机母线允许电压降计算P=PnKCXd″(1/△E-1)

=37×6×0.64×0.25(1/0.20-1)

=142.08kw

根据以上计算,应选择≥238.0kw的发电机组一台,因此可选一台250kw机组。

3、机组的选择

(一)台数的选择

当用电动机起动容量来选择发电机组的容量时,发电机台数不能多,因为台数增加,单机容量小,有可能满足不了电动机的起动要求。一般当容量不超过800kw时,选用单机为好,当容量在800kw以上时,宜选择两台,且两台机组的各种物理参数应相同,便于机组并车运行。

(二)其它功能的选择

民用建筑备用应急发电机组宜选用高速柴油发电机组和无刷型自动励磁装置。选用的机组应装快速自动起动及电源自动切换装置,并应具有连续三次自起动的功能。不宜采用压缩空气起动,一般采用24V蓄电池组作为起动电源。

4、柴油发电机房的平面布置、通风、排烟及噪声处理

(一)机房的平面布置

选择机房的平面位置时,应尽可能与变配电室相邻,因为这样便于接线,减少材料、电能的损耗,同时也便于管理。如果条件允许,机房最好设于首层,这样便于通风,散热,排烟,但在高层建筑

(1)机房要有一面靠外墙,这样设备通风、排烟比较容易处理。

(2)应注意机组的吊装,搬运和检修方便。一般利用停车库出入通道作为搬运通道,但若通道太小,应考虑吊装孔的位置。

(3)应避开潮湿之处,不要设在厕所,浴室,水池等经常积水场所的下面或隔壁,避免因厕所检修或楼板渗水影响机组的运行。

(二)机组的通风散热

柴油机,发电机及排烟管在运行时均散发热量,使机房温度升高,温度升高到一定程度将会影响发电机的出力,因此,必须采取措施来保证机组的冷却。在有足够的进风,排风通道的情况下,一般采用闭式水循环及风冷的整体式机组,否则可将排风机,散热管与机组主体分开,单独放在室外,用水管将室外散热管与柴油主机连接。

(三)排烟在设计排烟管系统时,应注意如下几点:

(1)使排烟系统尽量减少背压,因为废气阻力的增加将导致柴油机出力的下降及温升的增加。因此排烟管设计得越短越直越好。

(2)排烟管宜进行保温处理,以减少烫伤和减少热辐射使机房温度升高。

(3)应设消声器,以减少噪音。

(四)噪声的处理

一般民用建筑中所选机组为高速机组,噪声比较大,为达到环保要求,机房内应设置吸声材料和采取消声措施。

由于各个工程的实际情况千差万别,因此在选用应急柴油发电机组时,除应满足规范要求外,还应根据实际情况来设置,才能达到令人满意的效果。