工程设计中选用柴油发电机的条件分析

陶云飞(深圳华森建筑与工程设计顾问有限公司，北京 100044)

工程设计中选用柴油发电机的条件分析

陶云飞
(深圳华森建筑与工程设计顾问有限公司，北京 100044)

主要描述了应急电源与备用电源的区别，分析了选择柴油发电机组作为应急电源或备用电源的条件，提出了选用柴油发电机的一些看法，为同行提供一些参考。

备用电源 应急电源 特别重要负荷 应急供电系统柴油发电机组

0 概述

柴油发电机作为独立于电网的自备电源，当市政电源条件不满足用户使用要求时，在工程设计中常常被选作备用电源或应急电源；当市政电源条件良好，完全满足用户的用电设备要求时，设计柴油发电机组则会造成投资浪费。是否需设柴油发电机组，应结合规范和业主要求及投资许可多种条件，从安全和经济两方面来确定。柴油发电机组是作为备用电源还是作为应急电源也是有区别的，本文就上述内容谈谈自己的看法。

1 应急电源与备用电源的区别

早期规范对应急电源与备用电源区分不明确，甚至出现“应急备用电源”的说法，本文根据GB 50052-2009《供配电系统设计规范》中的描述来辨别二者的区别。

根据双重电源的组成可知，备用电源是相对于工作电源而言的，备用电源和工作电源组成双重电源，备用电源是独立于工作电源的，当工作电源故障停止工作时，由备用电源继续供电。当工程不满足双重电源要求或只有一路市电时，柴油发电机组可以作为备用电源。

一级负荷中特别重要负荷的供电除由双重电源供电外，尚需增加应急电源。如果把备用电源理解为第二路独立电源，那么应急电源可以认为是第三路独立电源。

有些工程的双重电源中，平时只有工作电源带负载，当工作电源故障时，备用电源才投入使用；有些工程中双重电源同时工作，互为备用。应急电源平时不使用，只有双重电源均停止工作时应急电源才投入使用。

而应急供电系统又叫安全设施供电系统，包括应急电源、电气回路和电气设备，只有一级负荷中特别重要负荷才能接入应急供电系统，备用电源的负荷(一、二级负荷)则严禁接入。

2 民用建筑中特别重要负荷分类及供电特点

民用建筑中特别重要负荷主要是计算机类负荷，考虑到其停电时间为毫秒级，因此采用UPS作为应急电源。一般来说，作为应急电源的UPS持续供电时间只要求能满足保存数据并完成停机即可，当有长期工作要求时，可配合柴油发电机共同构建应急供电系统。

对于非计算机类的特别重要负荷，当双重市电停止工作后，可采用柴油发电机作为应急电源。

3 按规范选用柴油发电机的情况说明

当市政电源不满足用户的供电要求时，柴油发电机是最常用的自备电源，既可以作为备用电源也可以作为应急电源。

3.1柴油发电机作为备用电源

当用户的用电负荷等级为一级且只有一路电源，或第二路电源不满足一级负荷要求时，需要设置柴油发电机组作为自备电源。

图1为柴油发电机作为备用电源的示例，可以保证一级负荷供电的可靠性，该工程中含有少量一级负荷中特别重要负荷，采用UPS作为应急电源。图1中一级负荷也可以只在备用段单回路供电给末端设备。

图1 柴油发电机作为备用电源

图2 柴油发电机作为应急电源

3.2柴油发电机作为应急电源

当用电设备中有大量一级负荷中特别重要负荷，且采用UPS难以满足持续时间要求或该方案成本较高时，可采用柴油发电机组作为应急电源，并组成图2所示的应急供电系统。

图2中一级负荷、二级负荷及三级负荷均在左侧双重电源的供电系统中，由于消防用电设备最高负荷等级为一级，所以消防负荷也在双重电源的供电系统中；而应急供电系统中全部是一级负荷中特别重要负荷，绝不能为提高供电可靠性，将一级负荷或消防负荷接入应急供电系统。

图2多用于工业建筑中存在多种特别重要负荷的情况，应急供电系统也由多种应急电源组成。

当工程中的特别重要负荷只有计算机系统时，通过加装适当的后备电池也能满足持续时间要求，通过经济技术比较，可以不设柴油发电机组，直接将UPS供电系统接入到I段或II段母线某个回路即可。

3.3柴油发电机的选用条件

按规范要求，一级负荷中特别重要负荷需设应急电源。在双重电源的基础上再设第三路电源以提高可靠性。主要是因为特别重要负荷尤其重要，一旦停电后果严重，故而对双重电源要考虑当一路电源检修或故障时，另一电源也发生故障的情况，但这些极低概率的事件在一级负荷设备中不需考虑，因此在不同的市政电源条件下，根据负荷的最高供电等级要求，可能有多种设置柴油发电机的方案，如表1所示。

表1 不同市政条件下，柴油发电机设置情况分类

表1中，当计算机系统对UPS有长时间持续供电要求时，对应的应急电源需改为：UPS+柴油发电机。

4 工程中柴油发电机常见主接线示例

上节列举了需要设自备柴油发电机的多种情况，均是按照规范的最低供电要求考虑，主接线可以参考图1及图2所示的方式调整。有些情况下，市政电源是满足供电要求的，为了提供可靠性，可增加自备柴油发电机作为自备电源。

比如JGJ 62-2014《旅馆建筑设计规范》中要求“四级旅馆建筑宜设自备电源，五级旅馆建筑应设自备电源，其容量应能满足实际运行负荷的需求”，也就是说五级旅馆即使采用双重电源供电，仍然要设置柴油发电机组。由于此处的柴油发电机是在双重市电电源断电后，出于非安全原因用于维持向用电设备供电的电源，故应该属于备用电源。

这时柴油发电机组所带负荷种类一般由酒店管理公司提出要求，主要包括在市电停电期间能维持酒店最低运营要求的一些保障用电设施，也包括火灾时需要工作的消防负荷。当发生市电停电而无火灾时，柴油发电机主要是向酒店保障负荷供电，此时消防负荷并不运行，也不应试运行。而一旦发生火灾，柴油发电机则主要向消防负荷供电。一般来说，旅馆建筑中的保障性负荷在火灾时可以不运行，因此，发电机的容量宜按照两类负荷中较大负荷来选取。

旅馆建筑的前台计算机、收银机的供电电源可靠性对于旅馆建筑的营业至关重要，设置UPS电源供电，可以保证计算机设备在停电时不停机；当设置了柴油发电机作为备用电源时，其UPS电源的持续供电时间可以大大缩短。

图3为五级旅馆配电接线图，双重电源满足供电要求，又采用柴油发电机作为备用电源的补充，其中包含UPS应急供电系统。当市电为双回路电源且不能保证相互独立时，此接线图也完全适用。与图2相比可知，柴油发电机作为备用电源时，对接入其中的负荷种类没有要求。

在图3中，也有些设计师习惯把柴油发电机所带负荷分为消防和非消防两段互相独立的母线段，如图4所示。

图3 五级旅馆采用柴油发电机作为备用电源的接线方式

图4 五级旅馆消防负荷与非消防负荷分段设计的接线方式

在图4的基础上，按照GB 50016-2014《建筑设计防火规范》中推荐的变压器低压侧分组接线方法，还可将图4变换为图5所示的接线方式。以上几种接线方式对供电电源的可靠性没有影响，但在维护管理方面会增加一些便利，同时带来成本的大幅增加，如何选择设计方案需综合多方面的意见。

图5 五级旅馆低压侧分组设计接线方式

许多项目在开始阶段和当地供电部门沟通时，对于能否提供两路独立电源或双重电源，一般很难得到供电可靠的保证，多数供电部门建议业主自己设自备电源。因此当工程中一、二级负荷较多时，均可以参照图3～5的接线方式，不管外电源是双重电源还是双回路电源，均可以通过设自备柴油发电机的方式保证供电的可靠性。

工程中只有少量的一二级负荷，大部分是三级负荷时，可以按照图1的接线方式，这种供电方式在南方电网管辖内的住宅小区使用较多，采用自备电源供电可靠性高，又节省第二路电源的投资成本，值得推广。

5 选用柴油发电机要充分考虑经济效益

近些年来，随着国家电力设施的发展，供电系统的可靠性越来越高，但是作为备用电源的柴油发电机在工程中的应用却越来越多。是否需要设置柴油发电机，笔者建议从安全、适用、经济等多方面综合考虑。

5.1超高层消防负荷是否要按照特别重要负荷设计

目前我国的各类规范中对消防负荷的供电等级定义最高就是一级负荷，也就是说当满足双重电源要求时，即可满足消防的最高要求。虽然有些工程在双重电源的基础上设置了备用柴油发电机，但也是作为备用电源的补充，是防止市电全部失电后保证一级负荷和消防负荷的供电可靠性，并不是规范硬性要求。

超高层建筑中的消防负荷供电可靠性尤为重要，虽说供电可靠性尽量越高越好，但是是否有必要按照特别重要负荷去考虑呢？如果对超高层建筑中消防负荷按特别重要负荷考虑，应设柴油发电机组作为应急电源，并构建独立的应急供电系统。而其他的备用电源设备不能接到应急供电系统中，此时需另外设置柴油发电机作为备用电源。

一级负荷中特别重要负荷在双重电源停止工作后，应急电源必须要投入运行，换句话说，这种特别重要负荷在平时工作中的任何时刻只要中断供电，就会有中毒、爆炸和火灾等情况发生。而超高层建筑的消防负荷在非火灾时，多数消防设备不工作，只有在火灾过程中，可以认为消防负荷为特别重要负荷(其实按火灾中的用电设备重要性来讲，所有平时重要负荷都应在尽量短的时间内停止工作)，而且消防负荷即使非超高层建筑中也不能停电，故消防负荷采用双路电源末端互投也是基于此原因。

当今防火防灾措施日益完善，不但有极早期预警、电气火灾监控等多种措施，而且人员的管理水平也日益提高，消防产品均有严格的3C认证，火灾的发生概率与以往相比大幅降低，但在目前的超高层建筑中，两路独立市电同时失电又有火灾发生的案例是否存在？

笔者认为，由于超高层建筑完全靠自救，内部电源应比一般高层建筑采取更完善的供电措施，规范可以推荐采用柴油发电机作为备用电源，要将消防负荷上升到特别重要负荷的高度不一定是最合理的。

5.2是否有必要为二级负荷设置柴油发电机组

通常规范中对用户负荷等级的供电要求是最低要求，在设计中必须严格遵守，所以设计的结果往往是以提高供电可靠性为由高于规范要求，是否可以适当降低供电等级的要求来设计呢？

以某四线城市四星级酒店工程为例，这种工程一般都是采用市政双重电源并配备柴油发电机作为自备电源以满足规范及业主方的使用要求。当市政无法提供双重电源时，也可以采用双回路加自备电源的方式，此时自备电源应负载全部一级负荷及特别重要负荷。

假设市政只有一路10kV电缆电源，为了节约成本，建设方不想采用双回路供电，那么柴油发电机作为备用电源是否要担负起全部一级负荷及二级负荷？如果严格按规范执行，本工程二级负荷应采用柴油发电机作为备用电源，这样一来，对于客房、空调等设备全部采用柴发供电成本就太高了。

其实规范确定负荷等级的目的是为了确定其供电方案，在目前市场经济的大环境下，规范应该只对涉及人身和安全生产的问题采用强制性的规定，而对于停电造成的经济损失评价主要取决于用户所能接受的能力。

上文提到的项目案例中，经各方协商，柴油发电机按火灾时消防负荷设计，其容量与一级负荷相比将多出的容量担负部分二级负荷，比如担负低层部分客房的照明用电，空调系统则不考虑。因为停电概率不是很大，当地气候也不算热，若出现热天停电无法运营的状况，甲方愿意承担停业等导致的经济损失。最终设计如图6所示，采用两组变压器+柴油发电机的供电方式，等将来市政电源有条件时可以将10kV高压侧改为双重电源单母线分段的供电方式，变压器及低压侧配电系统保持不变。

图6 酒店单路电源+柴发的供电接线图

此例同样可以引申到高层住宅小区，每栋高层住宅都有1部消防电梯和1～2部普通客梯，按规范要求，19层的住宅楼电梯按一级负荷供电，但是考虑到这类住宅楼客梯即使停止工作也不至于发生严重后果，故当采用柴油发电机作为备用电源时，是否可以考虑只给消防电梯兼客梯供电，其余客梯不必考虑同时工作，这样既有利于节约成本也有利于保护环境。

6 结束语

上述为笔者在设计过程中针对选用柴油发电机的一点看法，主要目的是想简化系统，降低成本，不妥之处还请同仁批评指正。

[1] JGJ 62-2014 旅馆建筑设计规范[S]. 北京:中国建筑工业出版社,2015.

[2] GB 50052-2009 供配电系统设计规范[S]. 北京:中国计划出版社,2010.

[3] 中国勘察设计协会建筑电气工程设计分会,中国建筑节能协会建筑电气与智能化节能专业委员会主编.建筑电气设计疑难点解析及强制性条文[M].北京:中国建筑工业出版社，2015.

[4] 张文才.《旅馆建筑设计规范》电气部分解析[J].智能建筑电气技术,2016(1):14-18.

[5] 殷小明.应急电源与备用电源的设计[J]. 现代建筑电气,2012(4):34-38.

[6] 李道本.设计防火规范应重视消防供电规定的修订[J]. 建筑电气,2011,30(7):10-18.

ConditionalAnalysisofSelectionofDieselGeneratorsinEngineeringDesign

Tao Yunfei

The difference between emergency power and standby power is mainly described, and the choice conditions of diesel generators as emergency power supply or standby power supply are analyzed, and some opinions on selection of the diesel generator are put forward, for reference to the peer.

back up power, emergency supply, particularly important load, emergency power supply system, diesel generator sets