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柴油發(fā)電機(jī)組供電原則、容量選擇與計算公式
發(fā)布時間:2023-09-24 23:59:56  ▏閱讀:

 

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。

 

柴油發(fā)電機(jī)與市電聯(lián)動供電系統(tǒng)圖.png

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

柴油發(fā)電機(jī)組典型安置圖.png

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

Sc1= 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

Sc2= 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

Sc3= 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。

 

交流發(fā)電機(jī)永磁機(jī)勵磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖.png

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

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

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,因為會造成設(shè)備的浪費(fèi),并增加成本。

柴油發(fā)電機(jī)動力房的布置.png

圖5  柴油發(fā)電機(jī)動力房的布置

備用電源柴油發(fā)電機(jī)組的布置圖.png

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

基本參激
外界氣壓、溫度、濕度的校正系數(shù)B
0.9
一般0.9
發(fā)電機(jī)所帶保障負(fù)荷計算功率Pz?(kW)
400
設(shè)計計算得出
發(fā)電機(jī)所帶消防負(fù)荷計算功率Px?(kW)
550
設(shè)計計算得出
發(fā)電機(jī)總負(fù)荷計算功率Px=MAX(xi,Pxz)
550
消防負(fù)荷與保障負(fù)荷取最大值
按穩(wěn)定負(fù)荷計算發(fā)電機(jī)的容量
發(fā)電機(jī)所帶負(fù)荷綜合效率
0.85
一般0.82~0.88
發(fā)電機(jī)額定功豐因數(shù)cose
0.8
一般取0.8
按穩(wěn)定負(fù)荷計算發(fā)電機(jī)的容量(KVA)Sc1-Px/(0x*cos4*B)
898.69
 
 
 
 
 
按尖峰負(fù)荷計算發(fā)電機(jī)容量
尖峰負(fù)荷造成的電壓、頻率降低而導(dǎo)致的電動機(jī)功率下降系數(shù)Kj
0.95
一般0.9~0.95
發(fā)電機(jī)允許短時過載系數(shù)K.
1.5
—般1.4~1.6
發(fā)電機(jī)所帶負(fù)荷最大電動機(jī)的額定功率P..(KW)
90
工程確定
發(fā)電機(jī)所帶負(fù)荷最大電動機(jī)的額定電流In(A)In=P/(√3*U*COSC)
170.93
 
最大電動機(jī)啟動方式
直接啟動
設(shè)計決定
啟動電壓與額定電壓比值
1
查詢啟動倍數(shù)查詢表算
最大電動機(jī)的起動倍數(shù)K
7.0
查詢啟動倍數(shù)查詢表算
最大電動機(jī)的起動電流Ist(A)Ist-K*In
1196.48
 
最大電動機(jī)的啟動時的尖峰電流(A)Ijr-Ist+Ic Ic為除最大電機(jī)外的其它負(fù)荷的電流。
2070.10
 
最大電動機(jī)的啟動時的最大啟動容量8。(KVA)
1362.50
 
按尖峰負(fù)荷計算發(fā)電機(jī)容量(KVA)Scz-(K;/Kc)*Sm/B
958.80
 
按發(fā)電機(jī)母線允許電壓降計算發(fā)電機(jī)容量
發(fā)電機(jī)的暫態(tài)電抗X
0.2
一船取0.2
母線允許的瞬時的電壓降△U
0.2
一船取0.2
導(dǎo)致發(fā)電機(jī)最大電壓降的電動機(jī)的啟動容量(kVA)SstA-√3*U*Ist
787.50
 
按發(fā)電機(jī)母線允許電壓降計算發(fā)電機(jī)容量(KVA)Sca-((1-△D)/△O)*Ld′*SsA/B
700.00
 
結(jié)論
應(yīng)選發(fā)電機(jī)容量Se
958.80
 
實(shí)際選擇發(fā)電機(jī)容量 KW
 1000
 

 

總結(jié):

      目前,許多大型綜合體或大型商業(yè)建筑越來越多地在全國各級城市拔地而起,這些帶有地標(biāo)或是區(qū)域商業(yè)中心性質(zhì)的建筑物成為一個城市的消費(fèi)中心和活力象征。因此,對于此類人流密集、火災(zāi)情況下容易造成人員傷亡或是重大經(jīng)濟(jì)損失的建筑,為保障其在火災(zāi)情況下的消防負(fù)荷或是斷電情況下重要負(fù)荷的供電可靠性,通常把發(fā)電機(jī)作為消防負(fù)荷或重要負(fù)荷的應(yīng)急電源,因其具有可持續(xù)供電時間較長、選擇容量較大、獨(dú)立運(yùn)行不受外部電網(wǎng)影響以及可靠性高等優(yōu)點(diǎn),故在大型工程中得到廣泛應(yīng)用。

      本文通過實(shí)際案例對深圳某商業(yè)建筑中柴油發(fā)電機(jī)的容量進(jìn)行計算和校驗,詳細(xì)闡述了低壓柴油發(fā)電機(jī)容量計算選擇時需要注意的問題,同時強(qiáng)調(diào)存在消防水泵在控制元件故障的情況下必須強(qiáng)制起動的情況??梢缘贸觯合浪玫娜萘繒Πl(fā)電機(jī)容量的選擇有著直接影響,消防泵容量越大,越需要對發(fā)電機(jī)的容量進(jìn)行校驗。 

 


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