新聞主題	柴油發(fā)電機組容量大小的選擇原則和功率計算

 

摘要：柴油發(fā)電機組是企業(yè)生產(chǎn)中主要的備用電力來(lái)源 ，在企業(yè)用電中有著(zhù)舉足輕重的作用 ，柴油發(fā)電機組的選型將直接影響整個(gè)企業(yè)供電系統的可靠性?？得魉构驹诒疚闹攸c(diǎn)探討如何合理、準確地選擇發(fā)電機組的容量。在選擇柴油發(fā)電機組容量時(shí)，應根據實(shí)際工程情況確定合適的功率參數種類(lèi)，根據公式準確計算并校驗得出機組功率，最后按環(huán)境條件對功率進(jìn)行修正。

 

一、柴發(fā)機組功率類(lèi)型和選擇

 

      柴油發(fā)電機系統是民用建筑廣泛采用的應急電源之一。在市政斷電的突發(fā)事件時(shí)，民用建筑的UPS或高壓直流后備蓄電池進(jìn)入放電模式，保持設備供電的連續性。與此同時(shí)，民用建筑配置的柴油發(fā)電機組迅速啟動(dòng)、完成并機，向整棟民用建筑提供電力保障。合理配置柴發(fā)系統決定了設備不間斷供電的安全、可靠、長(cháng)久。民用建筑前期設計規劃過(guò)程中，應根據民用建筑外市電引入容量，配置柴油發(fā)電機組作為災備應急供電保障。 

1、柴發(fā)機組功率種類(lèi)

     柴油發(fā)電機組功率類(lèi)型多種多樣，在進(jìn)行發(fā)電機組功率選擇時(shí)，首先要了解所選擇或所需要的是哪一種功率參數。通常柴油發(fā)電機組功率會(huì )在發(fā)電機組牌上面有明顯標識，常見(jiàn)的有備用功率、常用功率和連續功率等，但這些功率參數沒(méi)有統一的標準定義，而且各廠(chǎng)家所標注的功率及對其的定義也不盡相同。

     在相關(guān)國家規范及標準定義中，柴油發(fā)電機組功率種類(lèi)主要有四種：持續功率、基本功率、限時(shí)運行功率以及應急備用功率。持續功率和基本功率的每年運行時(shí)間均不受限制，前者通常用于負荷較穩定且需持續供電的場(chǎng)所，后者一般用于負荷多變且需要連續供電的場(chǎng)所。限時(shí)運行功率和應急備用功率的每年運行時(shí)間均受限，前者不超過(guò)500 h，后者不超過(guò)200 h。限時(shí)運行功率通常用于負荷較穩定但無(wú)需長(cháng)期持續供電的場(chǎng)所，應急備用功率則一般用于市電供電較可靠的場(chǎng)合，提供短時(shí)供電和消防負荷供電。

2、柴發(fā)機組功率選擇的原則

      民用建筑電氣設計中，柴油發(fā)電機組一般作為備用電源，為消防時(shí)的消防負荷和非消防市電停電時(shí)的重要負荷提供臨時(shí)供電，平時(shí)一般不啟動(dòng)，發(fā)電機組功率選擇太大會(huì )造成一次投資成本的浪費，而選擇太小則無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際使用功能的需求，且后者尤為重要。發(fā)電機組能否正常供電、消防設備能否正常運行關(guān)系著(zhù)居民的人身和財產(chǎn)安全，因此，在設計中需要準確地選擇發(fā)電機組的功率。柴油發(fā)電機組功率選擇的原則主要有以下幾點(diǎn)：

① 柴油發(fā)電機組的功率和臺數應根據負荷大小、投入順序以及單臺電動(dòng)機最大起動(dòng)功率等因素綜合確定。如果負荷較大，可以采用多機并列運行或分區供電。

② 柴油發(fā)電機組容量要滿(mǎn)足電動(dòng)機自啟動(dòng)時(shí)母線(xiàn)最低電壓，不得低于額定電壓的75%，當有電梯負荷時(shí)，不得低于額定電壓的80%，當電壓不能滿(mǎn)足要求時(shí)，可在運行情況允許的條件下將負荷分批啟動(dòng)。

③ 在滿(mǎn)足上述原則的前提下盡可能保證經(jīng)濟合理。

3、柴發(fā)機組的結構類(lèi)型

（1）開(kāi)架式柴發(fā)機組

      該型柴油發(fā)電機組的采用開(kāi)放式結構，也就是無(wú)外罩狀態(tài)，外觀(guān)結構如圖1所示。整個(gè)機組可以拆分成發(fā)電機與柴油機兩部分進(jìn)行安裝，能夠輕松地組裝和調整，適用于發(fā)電機房?jì)仁褂玫陌惭b場(chǎng)所。

① 維修簡(jiǎn)單

      開(kāi)架式柴油發(fā)電機組內部布置十分簡(jiǎn)潔明了，便于故障排除及維修。和封閉式機房相比，開(kāi)架式機組可以快速拆卸，維修和更換零部件也比較方便，大大減少了維護時(shí)間和費用。

② 運行穩定

      開(kāi)架式柴油發(fā)電機組的各個(gè)部件分開(kāi)安裝，減少了熱量和噪音的相互影響，使發(fā)電機組的運行更加平穩、穩定。同時(shí)，開(kāi)架式柴油發(fā)電機組的發(fā)動(dòng)機散熱效果更加出色，能夠有效降低設備間的溫度，提高設備的使用壽命。

③ 靈活性強

      開(kāi)架式柴油發(fā)電機組在通用性和靈活性方面要優(yōu)于封閉式柴油發(fā)電機組。機組的柴油機和發(fā)電機能夠單獨更換，而且可以隨意更換型號和配置，以滿(mǎn)足用戶(hù)的不同需求。同時(shí)，開(kāi)架式柴油發(fā)電機組的日常維護保養也更加靈活、方便。

（2）靜音箱式發(fā)電機組

      靜音箱式發(fā)電機組屬環(huán)保型產(chǎn)品，外觀(guān)結構如圖2所示。一般發(fā)電機組在運行時(shí)，噪聲可達103dB（A）以上，對環(huán)境造成嚴重污染，通常情況下是對機房進(jìn)行隔聲處理，使機房外面噪聲達到環(huán)保要求，但是對于一些無(wú)條件建立機房的場(chǎng)合，帶靜音箱外罩的發(fā)電機組便應運而生。靜音箱式發(fā)電機組噪聲等級分80dB(A)和75dB(A)兩種，用戶(hù)可根據實(shí)際使用要求選取。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，靜音箱式發(fā)電機組是在普通型柴油發(fā)電機組的基礎上，增加多層屏障阻抗錯配式隔聲罩，高效阻抗復合式消音器，來(lái)實(shí)現柴油發(fā)電機組的降噪隔聲。

 

圖1  開(kāi)架式柴油發(fā)電機組示意圖

圖2  集裝箱柴油發(fā)電機組電站

 

二、柴發(fā)機組容量的計算

 

1、估算方法

      在方案設計階段和初步設計階段，一般按以下兩種方法進(jìn)行估算，并取其中較大者：

① 按總建筑面積估算，總建筑面積在10000㎡以上按15～20 W/㎡估算，總建筑面積在10 000㎡以下按10～15 W/㎡估算；

② 按變壓器總安裝容量估算，發(fā)電機組容量可按配電變壓器總容量的10%～20%進(jìn)行估算，建筑物規模大時(shí)取下限，規模小時(shí)取上限。

       在施工圖設計階段，應根據消防負荷及一、二級重要負荷的容量，按發(fā)電機組供電范圍內的總設備容量（穩定負荷）計算發(fā)電機容量，同時(shí)根據最大一臺或一組電動(dòng)機啟動(dòng)的需要、啟動(dòng)電動(dòng)機時(shí)母線(xiàn)允許電壓降、柴油發(fā)電機房?jì)葍τ土?，對發(fā)電機容量進(jìn)行計算校驗。

2、計算方法 

      柴油發(fā)電機組容量的選擇除了要考慮柴油發(fā)電機組所帶負荷的大小外 ，還應考慮到大功率電動(dòng)機或電動(dòng)發(fā)電機組啟動(dòng)對發(fā)電機電網(wǎng)所造成的沖擊等因素。

（1）根據所帶負荷的大小確定發(fā)電機組容量的計算公式 ，即按穩態(tài)供電負荷計算 ，公式為 :

S = α ×PΣ(ηΣ ×COSΦ) (KVA) ......................................(1)

式中 ：PΣ ———供電總負荷；

ηΣ ———計算效率；

α ———負荷率 0. 8～1. 0；

COSΦ———發(fā)電機功率因數。

      采用上述公式計算是確定發(fā)電機組容量的基本方法 ，如所帶負荷中無(wú)大功率電機 ，無(wú)啟動(dòng)沖擊電流 ，采用該方法即可確定發(fā)電機組容量 ，如電網(wǎng)中還有較大功率電機 ，有啟動(dòng)沖擊電流 ，則還需要校驗母線(xiàn)允許電壓降及發(fā)電機端瞬時(shí)電壓降及電機啟動(dòng)本身需要。

（2）按母線(xiàn)允許的瞬時(shí)電壓降計算 ，公式如下 ：

S = Pn ×K×C ×Xd[ (1ΔE) - 1] ......................................(2)

式中 ：Pn ———大功率電發(fā)電機組容量；

K ———電動(dòng)機啟動(dòng)電流倍數；

C ———按啟動(dòng)方式確定的系數，全壓?jiǎn)?dòng)；

C = 1，Y ———Δ 啟動(dòng)0. 67 ，自藕降壓0. 25～0. 64；

Xd ———發(fā)電機暫態(tài)電抗 0. 25 ；

ΔE ———母線(xiàn)允許瞬時(shí)壓降 ， 有電梯0. 2 ，無(wú)電梯 0.25～0. 3。發(fā)電機端電壓瞬時(shí)壓降一般不大于 20 % ，啟動(dòng)瞬時(shí)發(fā)電機端電壓 := 1.05UH 以標幺值表示為1.05。

 Xq ———發(fā)電機端子外電路計算電抗 ,以標幺值計。

（3）另外還需校驗電動(dòng)機啟動(dòng)時(shí) ，本身能順利啟動(dòng)所需條件 ，公式為 :

S = [ ( PΣ - PM) ηΣ + PM ×K ×C ×COSΦ ] COSΦ ......................................(3)

式中 ：P ———電動(dòng)機容量；

COSΦ ———電動(dòng)機啟動(dòng)功率因數，取0.4；

K ———電動(dòng)機啟動(dòng)電流倍數；

C ———按啟動(dòng)方式確定系數 ，全壓?jiǎn)?dòng)C = 1 ， Y - Δ 啟動(dòng) 0. 67 ，自藕降壓 0. 25～0. 64。

      通過(guò)以上公式 ，取最大者來(lái)確定發(fā)電機組容量。

（4）另外在海拔較高地區還要對發(fā)電機容量進(jìn)行修正 ，每臺發(fā)電機組輸出功率按下式計算 :

P = { Ne[ C - (1 - C ) ] - Np} ×η ......................................(4)

式中 ：P ———發(fā)電機組的實(shí)際輸出功率；

Ne ———發(fā)電機組的標定功率 ；

Np ———發(fā)電機組風(fēng)扇消耗的功率 ；

η ———發(fā)電機的效率 ；

CFM———MM 大氣狀況率修正系數 1 ，根據大氣狀況按《內燃機臺架性能試驗方法》的可調油量法功率的修正公式計算；

C1 ———進(jìn)排風(fēng)阻力影響修正系數 ，地面取 1. 0。

 

三、柴發(fā)機組的布置要求 

 

      柴油發(fā)電機房的布置要求著(zhù)重考慮安全性、噪音控制、通風(fēng)、溫濕度、照明和排水等方面，這些要求的落實(shí)將有助于確保發(fā)電機的可靠運行和延長(cháng)設備的使用壽命。本文布置要求是根據康明斯發(fā)電機組參數來(lái)設定的，外形實(shí)物如圖3所示。

1、機房位置的選擇及大小要求

（1）柴油發(fā)電機組作為備用電源 ，盡量靠近工廠(chǎng)的總配電柜 ，以便接線(xiàn)方便 ；

（2）為防噪音、震動(dòng)污染應盡量遠離工作區和生活區 ，避開(kāi)主要出口通道 ；

（3）應考慮運輸、安裝、檢修方便 ；

（4）應考慮儲油、運油方便 ；

（5）應考慮水、煙污染問(wèn)題等。

      一般發(fā)電機組機房都建在地下室或者地面一層，如機房單建則機房應有兩堵外墻 ，機房大小應根據發(fā)電機組數量及大小來(lái)確定 ，發(fā)電機組之間間距及距墻壁的距離應滿(mǎn)足以下表中要求。

表1 　 發(fā)電機組外廓與墻壁的凈距（m）

 

2、通風(fēng)冷卻系統

      發(fā)電機房的進(jìn)排風(fēng)系統典型設計如圖4所示。一般排風(fēng)的作法是設置熱風(fēng)通道 ，熱風(fēng)通道與散熱器連在一起 ，連接處用軟接頭 ，熱空氣在發(fā)動(dòng)機的一端排出 ，應將排風(fēng)槽伸出建筑物外 ，以防任何熱空氣回流 ，因為如果這些熱空氣由冷卻系統引入機房 ，將會(huì )導致發(fā)動(dòng)機過(guò)熱 ，如被引入作為燃燒用 ，還將損耗功率。

      一般出風(fēng)口的面積最小應為散熱器面積的 1.5 倍。如機房設在首層 ，發(fā)動(dòng)機進(jìn)風(fēng)口位置盡可能緊靠新鮮空氣的進(jìn)口端 ，這樣就可不必設進(jìn)風(fēng)槽 ，只需裝設進(jìn)風(fēng)百葉窗或裝有百葉窗的機房門(mén)即可 ，但進(jìn)風(fēng)面積必須滿(mǎn)足發(fā)電機組要求 ，一般柴油發(fā)電機組運行時(shí) ，發(fā)電機組及排煙管道等部件都向機房?jì)壬l(fā)熱量 ，使機房溫度升高 ，同時(shí)還會(huì )散發(fā)一些有毒氣體 ，發(fā)電機組運行還需要足夠的新鮮空氣 ，故機房需進(jìn)行通風(fēng)降溫。

4、供油儲油系統

      柴油發(fā)電機組運行需供應大量柴油 ，必須儲備一定的油量 ，對小型發(fā)電機組只需設油箱 ，對大一點(diǎn)的發(fā)電機組應設置儲油間 ，如再大的發(fā)電機組還應在室外專(zhuān)設儲油設施。柴油機儲油量按下式計算 ：

V = G ×t ×K 1000AR ......................................(5)

式中 ：G ———發(fā)電機組每小時(shí)耗油量 ， G =geNe1000 ，geNe 分別為機組耗油率及標定功率 ;

t ———發(fā)電機組運行時(shí)間 ，(3～8 小時(shí)) ;

K———安全系數 ，一般取 1. 1～1. 2 ;

A ———容積系數 ，一般取 0. 9 ;

R ———燃油密度 ，輕柴油約為 0. 85。

      油箱安裝時(shí)應注意以下幾點(diǎn) ，油箱 (罐) 最高油面不能比發(fā)電機組底座高出2. 5m ，否則應在中間加日用油箱 ；出油位要比油箱底高 50mm ，以免將沉淀物吸入發(fā)電機組 ；油箱底應加額外的盛油盤(pán)將溢 出的油收集 ；油箱頂必須帶檢視口 ，以便檢修 ；送油管應為黑鐵管 ，不能用鍍鋅管 ，以免產(chǎn)生化學(xué)反應 ，損害發(fā)電機組 ；回油管油路到油箱必須保持在 2. 5m 高度以下。

 

圖3  KTAA19-G6A康明柴油發(fā)電機組

圖4  柴油發(fā)電機組通風(fēng)系統安裝圖

 

5、排煙消音系統

（1）排煙系統應盡可能布置的短平 ，但應滿(mǎn)足當地規劃、環(huán)保部門(mén)的規定 ，盡量少用彎頭及長(cháng)徑型的彎頭。熱排煙因高速流動(dòng) ，使流線(xiàn)變得異常不穩定 ，若其流向急轉變化 ，將使排煙系統的背壓加大 ，阻礙排煙效果 ，從而導致發(fā)電機組的功率損失 ，因此應盡可能的降低背壓。當條件要求增加排煙系統的長(cháng)度大于 9m 時(shí) ，則排煙管徑應加大。從發(fā)動(dòng)機排煙總管排出的第一段管道必須包含一段柔性軟管或波紋管 ，排煙管的第二段應被支撐住 ，以容許柔性管走動(dòng)時(shí) ，不致于將承重施加于發(fā)電機的總管上。排煙管壁厚應大于 3mm。

（2）當排煙管需要穿過(guò)墻壁時(shí) ，應當配置套管或壁外套板 ，否則墻壁將會(huì )因過(guò)度受熱而出現裂縫 ， 并有可能造成火災。排煙口應遠離建筑物進(jìn)氣欄或門(mén)窗 ，設計成防雨型 ，在靠近發(fā)動(dòng)機的長(cháng)排煙管處配置疏水點(diǎn)或泄水收集盤(pán)。

（3）排煙管道上應設置排煙消音器 ，根據場(chǎng)所的不同選用不同的消音器 ，對噪音控制要求不高場(chǎng)所 ；管道頂端用共震或吸收式消音器 ，對控制噪音要求較高場(chǎng)所用住宅消音器 ，有易爆氣體場(chǎng)所用火花制動(dòng)器式消音器。其中，住宅型消聲器外形如圖5、圖6所示。

（4）對于小型發(fā)電機組 ，當地環(huán)保部門(mén)允許時(shí) ，煙氣可直接排入大氣 ，對較大發(fā)電機組 ，當地環(huán)保部門(mén)一般不允許煙氣直接排入大氣 ，還應設置消煙池。消煙池尺寸由發(fā)電機組大小決定 ，一般 3～20m³ 。

 

圖5  住宅型消音器外形圖

圖6  消音器外形結構圖

 

總結：

      柴油發(fā)電機組選擇時(shí)應考慮的因素主要包括機械與電氣性能、機組的用途、負荷的容量與變化范圍、機組的使用環(huán)境條件（包括海拔高度、氣候條件、噪聲）、自動(dòng)化功能等。而對于安裝條件，柴油發(fā)電機房應設置在通風(fēng)良好、水源供應充足的地方，并應遠離易燃物品、易爆物品等危險物質(zhì)。機房?jì)葢忻鞔_的應急出口，并設有適當的滅火設備，以確保發(fā)電機房的安全性?？偠灾?，柴油發(fā)電機組的設計是一個(gè)多專(zhuān)業(yè)、多部門(mén)密切配合才能完成的工作，電氣專(zhuān)業(yè)設計過(guò)程中，要了解發(fā)電機組本身特性，了解當地環(huán)保、供電等部門(mén)的一些規定，要考慮各專(zhuān)業(yè)之間的配合，便于施工、運行管理及維護等。

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