新聞主題	柴油發(fā)電機的機房設計

 

摘要：企業(yè)安全運行與電源系統有很大的關(guān)系，為了保證電源系統的安全、可靠、穩定，需要按照現行規范對供配電系統做認真規劃和設計，其中主要難題是后備柴油發(fā)電機的設計要點(diǎn)。高層建筑造價(jià)昂貴，特別是首層通常用于對外營(yíng)業(yè)，屬黃金地帶，因此，機房一般都設在地下室。由于地下室出入不宜、自然通風(fēng)條件不良，給機房設計帶來(lái)一系列不利因素，本文就高層建筑中在地下室安裝柴油發(fā)電機組的設置原則、機組選擇、機房設計等問(wèn)題提出一些粗淺的認識。

 

一、設置原則

 

      在高層建筑供電設計中，首先必須明確什么情況下應設置柴油發(fā)電機組，我們先從高層建筑的負荷等級談起。

1、高層建筑中的消防水泵、防排煙設施、消防電梯、應急照明等消防用電，按照《高層民用建筑設計防火規范》（GB5004595）9.1.1條規定，一類(lèi)高層建筑應按一級負荷要求供電，二類(lèi)高層建筑應按二級負荷要求供電。

2、按《民用建筑電氣設計規范》（JBJ/T1692）3.1條規定，高層建筑中許多部位的負荷為一級負荷，如，一、二級旅館的宴會(huì )廳、娛樂(lè )廳、高級客房、廚房，重要辦公建筑的客梯電力、主要辦公室、會(huì )議室照明，大型百貨商店的營(yíng)業(yè)廳照明；一級負荷中還含有特別重要負荷，如，重要的交通樞紐、通訊樞紐以及經(jīng)常用于重要國際活動(dòng)的大量人員集中的公共場(chǎng)所等為一級負荷。還有一些部位的負荷為二級負荷，如，百貨商店的自動(dòng)扶梯、客梯電力，部、省級辦公建筑的主要辦公室、會(huì )議室照明等。一級負荷應由兩個(gè)電源供電；二級負荷當條件允許時(shí)也宜由兩個(gè)回路供電，特別是屬于消防用電的二級負荷，應按二級負荷的兩個(gè)回路要求供電。由此可見(jiàn)，高層建筑對供電的可靠性要求較高，考慮設置柴油發(fā)電機組的原則如下。

3、對電網(wǎng)能夠提供二個(gè)獨立電源的高層建筑，按規范已經(jīng)滿(mǎn)足了一、二級負荷的要求，原則上可不設柴油發(fā)電機組。但是，對于特別重要的高層建筑（如，超高層建筑），其內部含有特別重要負荷，應考慮其一電源系統檢修或故障時(shí)，另一電源系統又發(fā)生故障的嚴重情況，此時(shí)，一般應設柴油發(fā)電機組作為應急電源。

4、對于當地電網(wǎng)只能提供一路電源；或取得第二電源有困難或不經(jīng)濟合理的高層建筑，應設柴油發(fā)電機組提供第二電源。此時(shí)，柴油發(fā)電機組是作為備用電源使用，不僅僅是應急用。

5、按照我國旅游飯店星級標準，四星級及五星級賓館應設自備發(fā)電系統。以上是設置柴油發(fā)電機組的基本原則。值得一提的是，在國內外一些高層建筑中，即使市網(wǎng)供電相當可靠，可以滿(mǎn)足規范要求，但也都設置了自備應急發(fā)電機組，以便當市網(wǎng)萬(wàn)一中斷供電，一方面能保證停電期間消防用電的需要，同時(shí)也能使大廈的基本秩序得以維持。

 

二、柴發(fā)型式選擇

 

      柴油發(fā)電機組由柴油機、發(fā)電機、啟動(dòng)電機彈性聯(lián)軸節及支撐底座組成。套發(fā)電機組放置在重型鋼架機座上， 全焊接結構， 可精確地校正和支撐引擎/交流發(fā)電機， 底座架上有吊機孔作運輸及安裝之用。在發(fā)電機組與公共底盤(pán)之間，根據發(fā)電機組的動(dòng)、靜載荷選配適合的減震器， 大大減少機組工作的振動(dòng)對周?chē)膫鬟f。該減震器高頻波動(dòng)率較小， 對瞬態(tài)沖擊響應及瞬時(shí)過(guò)載工況等引起的自振能迅速消失； 該減震器采用碗形上蓋， 三相剛度相等， 有防剪切性能。具有調壓精度高、動(dòng)態(tài)性能好電壓波形畸變小、效率高、結構緊湊、維修方便、工作可靠、使用壽命長(cháng)和經(jīng)濟性能好等特點(diǎn)。

1、啟動(dòng)方式

      柴油發(fā)電機在啟動(dòng)時(shí)，必須依靠外力驅動(dòng)曲軸旋轉，當達到一定轉速時(shí)，氣缸內的空氣被壓縮到一定的壓力和溫度時(shí)，噴進(jìn)氣缸的燃油開(kāi)始燃燒，柴油發(fā)電機才開(kāi)始正常地運轉起來(lái)。

      當采用自動(dòng)信號控制啟動(dòng)電動(dòng)機或控制壓縮空氣閥，并對潤滑系統和冷卻系統采取措施后，便可實(shí)現機組自啟動(dòng)。在高層建筑中宜采用電啟動(dòng)方式，避免采用壓縮空氣啟動(dòng)方式。一類(lèi)高層建筑中一定要選擇帶自啟動(dòng)裝置的柴油發(fā)電機組，一旦市網(wǎng)供電中斷，必須在15S內供電（《高建規范》要求30ｓ）。二類(lèi)高層建筑中有條件時(shí)，也宜采用帶自啟動(dòng)裝置的機組，有困難時(shí)也可采用手動(dòng)啟動(dòng)裝置。

2、轉速

      柴油發(fā)電機組按轉速分高、中、低三類(lèi)。高速轉速≥1000轉/分鐘；中速轉速在300～1000轉/分鐘；低速轉速≤300轉/分鐘。在高層建筑中應選用轉速1000～1500轉/分鐘的高速機組。此種機組具有體積小、重量輕、運行可靠等優(yōu)點(diǎn)。

3、冷卻方式

      柴油發(fā)電機在運行中由于柴油的燃燒產(chǎn)生高溫，為保證柴油發(fā)電機受熱機件及增壓器外殼等部分不受高溫的影響，并保證各工作面的潤滑，要在受熱部分進(jìn)行冷卻。柴油發(fā)電機冷卻不良、機件溫度過(guò)高時(shí)，將會(huì )引起一些故障。柴油發(fā)電機機件也不能過(guò)度冷卻，機件溫度太低也會(huì )造成不良后果。
      由此可見(jiàn)，冷卻系統的功用是從各受熱機件傳走部分熱量，使機件保持正常的工作溫度。柴油發(fā)電機的冷卻方式有水冷和風(fēng)冷兩種。水冷方式即用水冷卻氣缸，風(fēng)冷方式即用風(fēng)冷卻氣缸。水冷機組中一種為封閉式自循環(huán)水冷卻機組，它是由散熱水箱、水泵、柴油發(fā)電機機體的水冷腔，再返回到散熱水箱，而散熱水箱是利用機組上的風(fēng)扇進(jìn)行冷卻的，另一種為開(kāi)式循環(huán)冷卻機組。在高層建筑中，一般情況下應選擇閉式水循環(huán)冷卻的整體機組，此種機組所占面積和空間較小。

4、勵磁系統

      勵磁系統是發(fā)電機的主要組成部分。勵磁系統調節的主要任務(wù)是維持電壓處于一定水平、增加輸送功率和輸送距離、提高系統的動(dòng)態(tài)穩定性等。勵磁裝置有很多種，高層建筑中一般選擇無(wú)刷自動(dòng)勵磁裝置。采用此種勵磁方式的發(fā)電機組特點(diǎn)是：當與自動(dòng)電壓調整裝置配套使用時(shí)，其穩態(tài)電壓調整率可保證在±2.5％以?xún)?，這種類(lèi)型機組能適應各種運行方式，易于實(shí)現機組自動(dòng)化或對發(fā)電機組的遙控。

5、容量

      首先要滿(mǎn)足穩定計算負荷需要，這包括消防負荷和保證負荷兩部分。在民用建筑中，設置柴油發(fā)電機組，通常首先是作為消防用電設備的備用電源。市電停電，即聯(lián)鎖開(kāi)啟發(fā)電機組。但市電停電概率遠大于火災概率，開(kāi)啟機組并不就意味著(zhù)火災發(fā)生。非消防時(shí)，開(kāi)啟的發(fā)電機組僅僅負擔應急照明等小部分負荷，若對其他非消防的重要負荷（屬三類(lèi)負荷時(shí)的生活泵、客梯、裙房照明等，稱(chēng)為保證負荷）無(wú)法顧及，則必將造成機組空置、資源浪費。為此，進(jìn)行低壓配電系統圖設計時(shí)，在滿(mǎn)足火災時(shí)消防負荷需要的前提下，還必須考慮停電而非火災時(shí)，發(fā)電機對保證負荷的供電。一種做法是，將保證負荷集中掛接在發(fā)電機應急母線(xiàn)段上，消防時(shí)，由火災信號將保證負荷的總開(kāi)關(guān)分勵脫扣?？傊?，應分別計算消防負荷和保證負荷，以二者較大值作為確定發(fā)電機組容量的依據，從而，同時(shí)滿(mǎn)足消防部門(mén)及建設方的相應要求。

6、臺數

      由于柴油發(fā)電機組是第二電源或第三電源，就不必為它再設“備用”，也就是說(shuō)一個(gè)工程可以只設一臺。如果容量過(guò)大，可以設兩臺，這兩臺可并聯(lián)運行，并考慮可互為備用。柴油發(fā)電機組的單臺容量不宜大于1000KW。

 

三、機房設計

 

      現代單機型柴發(fā)大部分采用隔音降噪機房，其柴油發(fā)電機房的平面和立面設計如圖1、圖2所示。

1、柴油發(fā)電機房的選址

      考慮到柴油發(fā)電機組的進(jìn)風(fēng)、排風(fēng)、排煙等情況，如果有條件時(shí)機房最好設在首層。但是，高層建筑造價(jià)昂貴，特別是首層通常用于對外營(yíng)業(yè)，屬黃金地帶，因此，機房一般都設在地下室。由于地下室出入不宜、自然通風(fēng)條件不良，給機房設計帶來(lái)一系列不利因素，設計中要注意處理好。機房選址時(shí)應注意以下幾點(diǎn)：

① 不應設在四周無(wú)外墻的房間，為熱風(fēng)管道和排煙管道導出室外創(chuàng )造條件；

② 盡量避開(kāi)建筑物的主入口、正立面等部位，以免排煙、排風(fēng)對其造成影響；

③ 注意噪音對環(huán)境的影響；

④ 宜靠近建筑物的變電所，這樣便于接線(xiàn)，減少電能損耗，也便于運行管理。

2、通風(fēng)

      柴油發(fā)電機房的通風(fēng)問(wèn)題是機房設計中要特別注意解決的問(wèn)題，特別是機房位于地下室時(shí)更要處理好，否則會(huì )直接影響柴油發(fā)電機發(fā)電機組的運行。機組的排風(fēng)一般應設熱風(fēng)管道，不宜讓柴油發(fā)電機散熱器把熱量散在機房?jì)?，再由排風(fēng)機抽出。機房?jì)纫凶銐虻男嘛L(fēng)補充。柴油發(fā)電機在運行時(shí)，機房的換氣量應等于或大于柴油發(fā)電機燃燒所需新風(fēng)量與維持機房室溫所需新風(fēng)量之和。維持室溫所需新風(fēng)量由下式計算：

C=0.078PT

式中，C———需要的新風(fēng)量（m³/S）；

P———柴油發(fā)電機額定功率（KW）；

T———機房溫升（℃）。

      維持柴油發(fā)電機燃燒所需新風(fēng)量可向機組廠(chǎng)家索取，若無(wú)資料時(shí)，可按每千瓦功率需要0.1m³/分鐘計算（柴油發(fā)電機功率按發(fā)電機主發(fā)電功率千瓦數的1.1倍配備）。柴油發(fā)電機房的通風(fēng)一般采取排風(fēng)設置熱風(fēng)管道，進(jìn)風(fēng)為自然進(jìn)風(fēng)的方式。熱風(fēng)管道與柴油發(fā)電機散熱器連在一起，其連接處用軟接頭，熱風(fēng)管道應平直，如果要轉彎，轉彎半徑盡量大而且內部要平滑，出風(fēng)口盡量靠近且正對散熱器。進(jìn)風(fēng)口與出風(fēng)口宜分別布置在機組的兩端，以免形成氣流短路，影響散熱效果。機房的出風(fēng)口、進(jìn)風(fēng)口的面積應滿(mǎn)足下式要求：

S1≥1.5ｓ

S2≥1.8ｓ

式中，S———柴油發(fā)電機散熱面積；

S1———出風(fēng)口面積；

S2———進(jìn)風(fēng)口面積。

      在寒冷地區應注意進(jìn)風(fēng)口、排風(fēng)口平時(shí)對機房溫度的影響，以免機房溫度過(guò)低影響機組的啟動(dòng)。風(fēng)口與室外的連接處可設風(fēng)門(mén)，平時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)，機組運行時(shí)能自動(dòng)開(kāi)啟。

3、排煙排煙系統的作用

      主要為了將氣缸里的廢氣排放到室外。排煙系統應盡量減少背壓，因為，廢氣阻力的增加將會(huì )導致柴油發(fā)電機出力的下降及溫升的增加。排煙管敷設方式常用的有二種：

① 水平架空敷設

      優(yōu)點(diǎn)是轉彎少、阻力小，缺點(diǎn)是增加室內散熱量，使機房溫度升高；

② 地溝內敷設

      優(yōu)點(diǎn)是室內散熱量小，缺點(diǎn)是排煙管轉彎多，阻力相對較大。

      在地下室常用的是水平架空敷設。排煙管應單獨引出，盡量減少彎頭。排煙溫度在350～550℃，為防止燙傷和減少輻射熱，排煙管道宜進(jìn)行保溫處理。排煙噪聲在機組總噪聲中屬最強烈的一種，應設消音器以減少噪音。

4、基礎

      基礎主要用于支撐柴油發(fā)電機組及底座的全部重量，底座位于基礎上，機組安裝在底座上，底座上一般都采取減震措施。在高層建筑中一般采用高速柴油發(fā)電機組，當機組安裝在樓板上即不在最底層時(shí)，都不采用重混凝土基礎，以免基礎過(guò)重而增加樓板荷重。當機組位于建筑物底層時(shí)，應按機組要求設置混凝土基礎。底角螺絲可預埋，也可以等機組到達后再用電鉆打孔安裝。

5、機房接地

      柴油發(fā)電機房一般應用三種接地：

① 工作接地：發(fā)電機中性點(diǎn)接地；

② 保護接地：電氣設備正常不帶電的金屬外殼接地；

③ 防靜電接地：燃油系統的設備及管道接地。各種接地可與高層建筑的其它接地共用接地裝置，即采用聯(lián)合接地方式。

6、供油系統設計

（1）為滿(mǎn)足柴油發(fā)電機組運行的用油要求， 根據GB 50174 - 2014、GB 50016 - 2014等規范要求， 本示例工程在柴油發(fā)電機房?jì)让颗_機組均單獨設有日用油箱間， 日用油箱間內儲存有1m2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(guò)油泵系統自動(dòng)供油， 滿(mǎn)足柴油發(fā)電機組運行時(shí)間不小于72 h 的用油要求。

 

（2）各個(gè)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(shí)， 油泵啟動(dòng)， 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(shí)候， 供油泵自動(dòng)關(guān)閉。當油位超過(guò)設置液位范圍時(shí)，報警器自動(dòng)報警。當油位超過(guò)超高液位、柴油發(fā)電機發(fā)生故障或火災自動(dòng)報警系統報警時(shí)，排油電磁閥啟動(dòng)，將油排至室外儲油罐。日用油箱的油直接供柴油發(fā)電機使用，柴油發(fā)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(shí)，經(jīng)手搖泵輸入日用油箱繼續使用。

（3）燃油的儲量

      機房?jì)刃柙O置3～8h的日用油箱，其容積可按下式計算：

V=G•γ•A•T

式中，V—日用油箱容積（m³）；

G—柴油發(fā)電機燃油消耗量（kg／h）由樣本查出；

γ—燃油重度（kg／m³），輕柴油為810～860kg／m³；

A—油箱充滿(mǎn)系數，一般取0.90；

T—供油時(shí)間，一般取3～8h。

      當機房設在高層建筑內時(shí)，日用油箱應設專(zhuān)用房間，用防火墻與柴油發(fā)電機隔開(kāi)。

 

圖1  發(fā)電機房平面設計圖

圖2  發(fā)電機房立面布置圖

 

總結：

      上述內容主要適用0.4KV低壓柴油發(fā)電機組，但是與高壓發(fā)電機組安裝設計是完全不匹配的。因為高壓柴油發(fā)電機組除了機房環(huán)境要求和空間面積更加嚴格外，其配電系統也是完全不同的，主要是由高壓進(jìn)線(xiàn)柜、出線(xiàn)柜、PT柜和接地電阻柜等組成，用電負荷等級均相對較高。因此，對其主、備用電源的供電可靠性要求相當嚴格，與之配套的柴油發(fā)電機房設計請與供應商咨詢(xún)。

 

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