探讨应急柴油发电机组容量的计算

童玉国

摘 要：本文结合工程实例，浅谈民用建筑中发电机组容量的计算及选型原则。

关键词：应急柴油发电机；稳定负荷；尖锋负荷；母线允许电压降

现代高层建筑中，选择柴油发电机组作为备用电源，已属司空见惯；关于其容量确定的理论文章，也屡见于报刊。但在实际工程应用中，许多设计人员仍有茫然无序、颇费周折之感。到底如何快而准地计算发电机容量，一直都是值得探讨的重要课题。

1应急柴油发电机组的供电范围

按照IEC和国家标准的有关规定，发电机组主要是为一级负荷中特别重要负荷及消防负荷供电。除此之外，为充分发挥柴油发电机组的作用，还可以向一些比较重要的商用负荷供电。

2应急柴油发电机组计算中的几个原则问题

2.1按火灾和非火灾两种情况分别计算

2.1.1应急柴油发电机组火灾情况下的负荷计算

在进行火灾情况下应急柴油发电机组负荷计算时，应根据《建筑设计防火规范》的规定，对建筑群和住宅小区按一个建筑发生火灾计算，对一个建筑按一个防火分区发生火灾计算。此时消防负荷包括：全部消防电梯、全部应急照明、加上发生火灾时，根据防火分区所使用的消防负荷包括：如消火栓泵、喷淋泵、防排烟风机等。大多数工程是与地下室、塔楼相对应的首层防火分区发生火灾时消防负荷最大。此时投放使用的防排烟风机有地下室、首层、二层对应防火分区的防排烟风机。对于复杂工程，发生火灾时投入使用的消火栓泵、喷淋泵、防排烟风机的数量应由相关专业提出。

2.1.2应急柴油发电机组非火灾情况下的负荷计算

应急柴油发电机组非火灾情况下的负荷计算时，除考虑由发电机供电的一级负荷中特别重要负荷外，还应考虑消防电梯，平时与火灾兼用的应急照明、通风机、新风机组等消防负荷。此外还需要根据工程实际情况考虑一些并非特别重要工程外，多数是根据发电机容量确定对这部份负荷的供电范围，以免供电范围过大超过了发电机的负荷能力。

2.2应急柴油发电机组负荷计算的需要系数

消防负荷中的电动机类负荷，除消防电梯外，同一用电设备组的设备在火灾时投入运行的台数，一般情况下不会超过3台，可认为需要系数为1。对于超高层建筑在高区消火栓系统、喷洒系统采用接力方式供水时，水泵用电设备组投入运行的台数可能超过3台，消防电梯同时使用的台数也可能超过3台，此时的需要系数也要比同类用电设备在正常负荷计算时所取的需要系数酌情加以放大。

3应急柴油发电机组容量的估算（方案及初部阶段）

3.1按配电变压器容量估算：可按配电变压器容量的10～20%估算柴油发电机组的容量。

3.2按建筑面积估算：对于10000㎡以上的大型建筑，按15～20W/㎡估算；对于小于10000㎡的中小型建筑可按10～15W/㎡估算。

3.3按起动单台或成组电动机容量：PN.G≧K * Pm 式中：PN.G---应急柴油发电机组的额定有功功率，kW；K ---最大一台（组）电动机的起动电流倍数；K值见表1。Pm ---最大一台（组）电动机的额定功率，kW。

4施工图阶段发电机容量的計算

4.1应急柴油发电机组容量可按下式计算

P1=k * Pe

P2=（k1 * P1 ）/k2

式中：Pe ---按火灾与非火灾情况计算发电机在最不利防火分区的设备总负荷，kW；P1---设备的计算负荷，kW；k ---根据实际情况选择需要系数，一般取0.85～0.95；k1 ---可靠系数，一般取1.1；k2---发电机并联运行不均匀系数一般取0.9，单台取1。

4.2按最大单台或成组电动机尖锋负荷计算

Po=（P1 – Pm）/η

Pmax=Po+ Pm * K * C * cosφ

式中：Po ---电动机（组）起动前发电机正常的计算负荷，kW；η---总负荷的综合效率，一般取0.85；K---电动机的全压起动倍数；C---全压起动C=1.0，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。

4.3按起动单台或成组电动机时母线允许电压下降计算

P3=Pm * K * C * Xd *（1/△E-1）

式中：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。

4.4设备启动方式的选择限制

假设电动机启动方式仅限于全压、星三角、自耦三种），其发电机组容量为最小。

（1）当最不利防火分区消防设备总安装功率Pe，不小于某单台电动机额定功率Prm的11倍时，即Pe≥11Prm时，该单台电动机的启动方式不受限制，采用全压或降压启动均可。（2）当11Prm>Pe≥3.5Prm时，该单台电动机应用采星三角或自耦80%抽头启动。（3）当3.5Prm>Pe≥2.5Prm时，该单台电动机只应采用星三角启动。

4.5工程实例：

该工程为建筑面积130000㎡，6～12层的多层及二类高层住宅及车库，按消防设备负荷计算发电机容量，其总负荷为239kW，最大一台电动机为喷淋泵55kW，因11x55kW>239kw>3.5x55kW，故采用自耦降压80%抽头降压起动。

按稳定负荷计算：

P1=k * Pe =0.85 * 239=203.2kW

P2=（k1 * P1 ）/k2=1.1 * 203.2/1=223.5kW

最大的单台电动机尖锋负荷计算：

Po=（P1 – Pm）/η =（203.2-55）/0.85=174.3kW

Pmax=Po+ Pm *K * C * cosφ=174.3+55 * （7 * 0.64 * 0.4）=272.9kW

按起动单台或成组电动机时母线允许电压下降计算：

P3=Pm * K * C * Xd *（1/△E-1）=55 * 7 * 0.64 * 0.25（1/0.2-1）=246.4kW

5结论

根据以上计算，应选择》272.9kW的发电机组一台，因此可选280kW的机组。