某剧院柴油发电机组设计

王 娟

(北京市建筑设计研究院有限公司 建筑与环艺设计院,北京 100045)

0 引 言

某剧院为大型甲等剧院,建设规模为1 201座大剧院和544座多功能小剧场,总建筑面积约7万m2。建筑主要功能包括大剧院、多功能小剧场、工人文化宫、青少年活动中心、妇女儿童活动中心、老年活动中心、军休干部活动中心、会议中心、餐厅、地下车库及附属配套用房等;地下机动车停车数为236辆(属II类停车库)。该工程建筑层数为北楼地上4层,南楼地上5层;地下1层(连通);建筑高度为22.5 m;绿色建筑设计标准为三星级。

1 市政电源情况

1.1 项目之初市政条件

该剧院在初步设计阶段的市政条件为当地仅能提供一路市政10 kV电源。但根据项目本身性质及使用功能,需要引入双重电源,才能满足项目使用,因此第二路电源需要考虑自备电源,设置柴油发电机组提供第二路电源。但从市政电力长期规划看,市政能满足双重电源。鉴于此,按照双重电源预留条件并也配置柴油发电机组,以备近期使用之需[1-4]。

1.2 项目建设时市政条件

剧院施工图完成并报审后,经与供电部门协调,市政电源可以满足双重供电,但其主供市电电源不够稳定,结合该项目规模,仍考虑设置柴油发电机组作为备用电源。

2 负荷分级及负荷计算

对于大型甲等剧院,负荷分级如下。

(1)一级负荷中特别重要负荷,包括调光用计算机系统用电。

(2)一级负荷,包括消防用电负荷(含消防控制室内的火灾自动报警及控制设备、消防水泵、防排烟设备、电动防火门等);应急照明和疏散指示标志;电梯,生活水泵、潜污泵、网络弱电机房用电等;舞台照明、贵宾室、演员化妆室、舞台机械设备、电声设备(调音控制系统)、电视转播用电等。

(3)二级负荷,包括观众厅照明、空调机房的电力和照明、热泵机房电力和照明等用电。

(4)三级负荷,包括其他用电设备负荷及一般照明。负荷计算该项目共配置6台变压器,初步设计总安装容量为8 400 kVA,应急柴油发电机组容量按配电变压器总容量的20%估算,拟选用一台容量为1 875 kVA(常用1 500 kW)的柴油发电机组,约占总容量的20%。施工图阶段安装容量9 200 kVA,变压器容量如表1所示。

表1 变压器容量

负荷统计与负荷计算如表2所示。

表2 负荷统计与负荷计算

二级以上非消防负荷计算容量合计为1 521 kW,消防负荷计算容量为1 351 kW。

3 柴油发电机组容量选择

剧场的供电关系如图1所示。

图1 剧场的供电关系

柴油发电机组的功率是发电机组端子处为用户负载输出的功率,不包括基本独立辅助设备所吸收的电功率。除非另有规定,发电机组的功率定额是指额定功率、功率因数cosφ为0.8下用千瓦(kW)表示的功率[5-8]。

甲等剧场的消防负荷和消防应急照明及剧场舞台工艺设备(如舞台音响、维持演出必须的部分重要舞台机械和舞台灯光);两者取较大值。

(1)按稳定负荷计算发电机的容量。按照《配四》式(2.6-8)及式(2.6-9),计算发电机容量为:

(1)

式中:ηΣ——总负荷的计算效率,一般取0.82～0.88;

α——负荷率;

cosφ——发电机额定功率因数,可取0.8。

其中:ηΣ=0.88,α=0.88,cosφ=0.8,负荷计算容量如表3所示。因此,计算得Sc1=1 926 kVA。

表3 负荷计算容量

大剧院消防应急照明及剧场舞台工艺设备计算负荷为1 541 kW,消防计算负荷为1 351 kW,取大者,选用常用功率为1 500 kW(1 875 kVA)的柴油发电机组。

(2)按最大的成组电动机起动的需要,计算发电机容量。按照《配四》式(2.6-10),计算发电机容量为

(2)

式中:Sc2——按最大的单台电动机或成组电动机起动计算电动机的容量;

Pre——起动容量最大的电动机或成组电动机的容量;

cosφm——电动机的起动功率因数,一般取0.4;

K——电动机的起动倍数;

C——按电动机起动方式确定的系数,全电压起动,取1.0;Y-△起动,取0.68;自耦变压器起动,50%抽头取0.25;65%抽头取0.42,80%抽头取0.64。

其中:PΣ=1 589 kW,Pm=75 kW(主升降台电机功率),ηΣ=0.88,cosφm=0.4,K=5.5,C=1.0,cosφ=0.8,代入式(2)得Sc2=1 831 kVA。

Sc1与Sc2取大者,选用常用功率为1 500 kW(1 875 kVA)的柴油发电机组,剧院变压器装机容量为9 200 kVA,柴油发电机组占总容量的20%。与初设估算的占比一致。通过该工程实例验证了估算柴油发电机组的容量占变压器装机容量的10%～20%是经济合理的[9-11]。

但应注意,柴油发电机组起动时,应先切除其他区域的末端空调用电,尽量减少剧场舞台机械和舞台灯光的使用。因此,对剧院的运行管理要求较高,变电所及柴发机房平面布置图如图2所示。

图2 变电所及柴发机房平面布置图

剧院单位面积指标及柴油发电机组配置情况如表4所示。

表4 剧院单位面积指标及柴油发电机组配置情况

4 结 语

变压器容量面积指标和柴发机组容量占变压器总容量比例均在较合理范围内。对于柴油发电机组的选择,须结合项目实际情况并按照规范要求进行负荷计算,才能既满足项目要求,又经济合理。