柴油发电机组设置原则与机房设计.docx

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柴油发电机组设置原则与机房设计

柴油发电机组设置原则与机房设计

　1引言

　　新型建筑人流密集，出于防火、消防安全的需要，对供电可靠性提出了严格的要求。

目前我们一般采用柴油发电机组作为应急电源，因为柴油发电机的容量较大，持续供电时间长，可独立运行，不受电网故障的影响，可靠性较高。

尤其是某些地区常用市电不是很可靠的情况下，把柴油发电机作为备用电源，既能起到应急电源的作用，又能通过低压系统的合理优化，可以让一些较为重要的负荷在市电停电时使用，因此柴油发电机在工程中得到广泛应用。

本文将就高层建筑中柴油发电机组的设置原则、容量选择、型式选择、机房设计等问题提出一些理解和认识。

　　2设置原则

　　符合下列条件之一，可选用柴油发电机作为备用电源：

（1）保证一级负荷中特别重要的负荷用电。

（2）一级负荷从电力系统中取得第二电源困难或技术经济不合理时。

　　3柴油发电机容量的选择

　　现代一般民用建筑中，柴油发电机在火灾时为消防负荷，平时为重要负荷提供备用电源。

柴油发电机的容量应首先要满足稳定计算负荷需要，包括消防负荷和保证负荷两部分。

　　作为消防负荷，通常是作为消防用电设备的备用电源，一旦市电停电，即刻联锁开启发电机组。

遇到非消防紧急状态下的一般停电时，生活泵、客梯、酒店厨房动力、星级客房照明等负荷（称为保证负荷）亦需后备电源的供应。

如果设计发电机组仅仅负担应急照明等消防负荷，对保证负荷无法顾及，则必将造成机组空置、资源浪费。

　　为此，进行低压配电系统设计时，在满足消防负荷需要的前提下，可考虑停电而非火灾时，发电机对保证负荷的供电。

一种做法是将保证负荷集中接到发电机应急母线段上，火灾时，由火灾确认信号将保证负荷（客梯除外）的总开关分励脱扣。

总之，应分别计算消防负荷和保证负荷。

在确定发电机组容量时，应首先满足消防负荷的要求，再根据建设方的要求接入相应的保证负荷。

　　柴油发电机组的容量大小，除要满足上述稳定计算负荷需要外，还必须进行电动机启动时的电压降校验，即启动任一电动机时，其端子允许电压降应在规定范围之内。

　　消防负荷如何正确计算应引起重视。

推荐的计算原则是，只考虑一个防火分区发生火灾（正如水消防一样），即认为两个及以上的防火分区同时发生火灾的可能性是非常低的。

通常，消防泵作为固定负荷必须计入，而消防电梯、防排烟风机等负荷计入多少，则要视其在某防火分区火灾时投入服务的负荷大小而定。

确定发电机容量，应以最不利的一个防火分区发生火灾时，同时投入运行的消防负荷为准。

　　3.1柴油发电机负荷计算

（1）消防负荷　　

　　◆平时备用火灾时才启用的专用消防设备计算负荷（Pj1）。

如一般按最不利的一个防火分区发生火灾时考虑需开启的消防水泵、排烟风机、正压风机、电动防火卷帘、电动防火门、消防新风机等。

同层有几个防火分区时，若某一个防火分区着火，所开启的防排烟最大负荷为本着火分区及相邻的两个防火分区的防排烟设备。

　　◆火灾或停市电时，必须由发电机供电的计算负荷（Pj2）。

如应急照明（包括备用照明、疏散照明、安全照明）、消防电梯、消防控制室、通信机房、安防监控机房、大中型计算机房等重要设备用电，特别重要负荷，一级负荷中的部分或全部负荷。

（2）保证负荷

　　停市电非火灾时，宜由发电机供电的重要计算负荷（Pj3）。

如部分或全部客梯、生活水泵、厨房动力、餐厅1/4~1/3照明、商场1/4~1/3照明、宾馆锅炉房、星级客房照明等。

宜将大型封闭式商场中的空气处理机、新风机作为重要负荷。

　　3.2柴油发电机容量的选择　

　　发电机组的额定功率（PH）应大于或等于1.1倍的计算功率（Pj）：

PH≥1.1Pj。

（1）当Pj1＞Pj3时，应选PH≥1.1（Pj1+Pj2）。

为充分利用发电机，应把重要负荷接到发电机母线上。

（2）当Pj3＞Pj1时，应选PH≥1.1（Pj2+Pj3）。

这样既能满足消防负荷用电，又能向保证负荷供电，为首选设计方案。

　　（3）最大一台电机启动时，应保证发电机端的瞬时电压降不应大于额定电压的20%，无电梯负荷时，不应大于25％，条件允许时，电动机可采用降压启动。

　　3.3柴油发电机容量的选择校验　　

（1）按最大一台电机启动需要来校验发电机的容量，即：

PH≥K×P。

式中PH：

发电机的额定功率；K：

最大一台电机启动倍数。

在不同启动方式下，发电机功率为被启动电动机功率的最小倍数（如表1所示）。

启动方式

全压启动

Y—△启动

自耦变压器减压启动

0.65Ve

0.8Ve

母线允许降压

20%

5.5

1.9

2.4

3.6

15%

7.0

2.3

3.0

4.5

10%

7.8

2.6

3.3

5.0

注：

表中值为K的最小倍数，为了可靠宜将表中K值乘以1.1~1.3的可靠系数。

（2）一般消防水泵可按15%允许瞬时压降来选择，校验发电机容量，可采用Y-△启动。

　　（3）发电机容量足够，水泵容量较小，又不经常起动，直接起动时压降≤15%时，可采用直接起动。

　　（4）柴油发电机单台容量不宜超过1000kW，若容量较大可选择多台发电机。

　　3.4计算实例

　　某二类高层商住楼，拟设一台容量最小的柴油发电机组，消防时作消防负荷备用电源，平时作保证负荷备用电源。

其中保证负荷计算值Pj2+Pj3为300kW。

而其最不利防火分区被认定为地下室。

因为，若地下室火灾，则投入服务的消防设备总安装功率为最大，其值Pj1+Pj2为250kW。

其中消防水泵容量最大，75KW，△（星三角）启动。

　　计算过程：

因300kW>250kW，故机组容量选择以保证负荷计算为准。

则应选的发电机功率为：

PH≥1.1×300kW=330kW，查样本选择PH=350kW的发电机。

校验最大一台电机为高区消防水泵75kW，采用Y-△启动，按15%压降查表得K=2.3，取1.2可靠系数，1.2×K×P=1.2×2.3×75=207＜350kW，经校验所选机组满足要求。

　4柴油发电机房的设计

（1）柴油发电机房的确定：

考虑到柴油发电机组的进风、排风、排烟等情况，如果有条件时机房最好设在首层。

但是，高层建筑功能较复杂，对面积的利用率要高，尤其是首层，常用于对外营业，属黄金地带，难以占用。

因此，一般把发电机房设在地下室的地下一层，不宜设在地下二层及以下。

这时，解决好通风、防潮、机组的排烟、消音和减振就显得非常重要，在设计中要注意处理好。

　　机房选址时应注意以下几点：

　　不应设在四周无外墙的房间，为热风管道和排烟管道伸出室外创造有利条件；　

　　尽量避开建筑物的主入口、正立面等部位，以免排烟、排风对其造成影响；

　　注意噪音对环境的影响；

　　宜靠近建筑物的变电所，这样便于接线，减少电能损耗，也便于运行管理；

　　不应设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方和贴邻。

（2）机房设备的布置：

机房设备布置应根据机组容量大小和台数而定，应力求紧凑、经济合理、保证安全及便于维护。

　　当发电机房只设一台机组时，如果机组容量在500kW及以下，则一般不设控制室，这时配电屏、控制屏宜布置在发电机端或发电机侧，其操作检修通道的要求为屏前距发电机端不应小于2m，屏前距发电机侧不应小于1.5m。

　　对于单机容量在500kW及以上的多台机组，考虑到运行维护、管理和集中控制的方便，宜设控制室。

一般将发电机控制屏、机组操作台、动力控制（屏）台及照明配电箱等放在控制室。

控制室的布置与低压配电室的布置的技术要求相同。

　　在机房内，机组宜横向布置（垂直布置），这样，机组的中心线与机房的中轴线垂直，操作管理方便，管线短，布置紧凑。

当机房与控制及配电室毗邻布置时，发电机出线端宜布置在靠近控制及配电室一侧。

　　（3）机房配电导线选择与敷设：

柴油发电机房宜按潮湿环境选择电力电缆或绝缘电线；发电机至配电屏的引出线宜采用铜芯电缆或封闭式母线；强电控制测量线路、励磁线路应选择铜芯控制电缆或铜芯电线；控制线路、励磁线路和电力配线宜穿钢管埋地敷设或沿电缆沟敷设，励磁线路与主干线采用钢管配电时可穿于同一管中。

柴油发电机房固定照明须接应急电源。

　　（4）机房接地：

柴油发电机房一般应用三种接地：

①工作接地：

发电机中性点接地；②保护接地：

电气设备正常不带电的金属外壳接地；③防静电接地：

燃油系统的设备及管道接地。

各种接地可与其建筑的其他接地共用接地装置，即采用联合接地方式。

　　（5）燃油的存放：

在机房内或贮油间要有供8小时连续运行的日用油箱，但油量超过100L时，宜放置在与机房有防火隔墙的专用贮油间。

　　（6）机房的土建条件：

在机房土建设计时，电气设计人员须向土建设计人员提供土建条件。

土建条件的内容一般有以下几点：

　　机房的高、长、宽尺寸必须满足机组的要求。

对于小型机组，若油箱、电控箱与机组属于同一整体，机组的中心线与机房的中轴线重合，则机组与墙之间要留有1.5m左右的巡视检修通道，散热器应尽量靠近热风出口百叶窗。

这样可计算出机房的长、宽、高所需尺寸；

　　要留有设备进出门及值班人员进出门，设备进出门要保证机组能推进推出。

如因条件限制，设备进出的大门也可开人员进出的小门；在针对柴油机散热器的地方要留热风排出百叶窗。

如果不采用整体风冷机组，要留有冷却水管道过楼板的预留孔。

　　根据机组的高度及排烟方向，要在墙上预埋排烟管通道套管；

　　根据机组重量，土建要做相应的基础，并根据机组底盘的尺寸，还要做相应的机座，预留埋地角螺丝的孔洞；

　　要根据进出线及电控箱位置，设置电缆沟或预埋管；　

柴油机房的进出风不应设在同一墙面上，以免形成气流短路，影响散热效果。

但确有困难时，应出风口在上部，进风口在下部，且两者相距应在2m以上。

出风口面积不应小于柴油机散热器面积的1.5倍；进风口面积不应小于柴油机散热器面积的1.8倍。

在寒冷地区应注意进风口、排风口平时对机房温度的影响，以免机房温度过低影响机组的起动。

风口与室外的连接处可设风门，平时处于关闭状态，机组运行时能自动开启。

1设置原则

一类高层建筑应按一级负荷要求供电，二类高层建筑应按二级负荷要求供电。

《民用建筑电气设计规范》JGJ／T16—923.1条规定：

一级负荷应由两个电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源应不致同时受到损坏；二级负荷条件允许时，也宜采用二路电源来供电，特别是消防用的二级负荷，更应该按两个回路要求供电；一级负荷中的特别重要负荷，除上述两个电源外，还必须增设应急电源。

根据这些规定，笔者总结了自备柴油发电机组的设置原则：

（1）当民用建筑需按一级负荷要求供电时，若城市电网能提供二路独立电源（一用一备或相互备用），则可不设柴油发电机组；但当一级负荷中有特别重要的负荷时，则一般应设柴油发电机组作为应急电源。

（2）当电网只能提供一路电源时，为满足对一、二级负荷的供电要求，一般应设置柴油发电机组，此时柴油发电机组将作备用电源及应急电源使用。

（3）大、中型商业建筑中为确保市电中断时不造成较大的经济损失，也宜设柴油发电机组。

由于城市电网不可能完全独立，有时一个电源故障或检修时，另一电源有可能同时故障，因此，即使有两路或以上电源供电，为确保民用建筑中消防及其他重要设备（如智能化设备、通讯设备等）的可靠供电，一般都设置柴油发电机组。

回答人的补充2009-07-0900:

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2容量选择

自备柴油发电机组容量的选择，目前国家尚无统一的计算公式：

有的简单地按电力变压器容量的10％-20％确定；有的按消防设备的容量相加；有的则根据投资者的意愿选择，造成了自备发电机组容量选择的不准确性，若容量选择太大造成一次投资浪费，选择太小则在事故时满足不了使用要求。

那么，如何选择自备发电机组的容量呢？

（一）方案或初步设计阶段

自备发电机的容量按供电变压器总容量的10％-20％计算。

（二）施工图阶段

（1）建筑物的用电负荷可分为三类：

第一类为保安型负荷，即保证大楼内人身及设备安全和可靠运行的负荷，如消防水泵、消防电梯、防排烟设备、应急照明、通讯设备、重要的计算机及相关设备等；第二类为保障型负荷，即保障大楼运行的基本设备负荷，主要是工作区照明、部分电梯、通道照明；第三类为一般负荷，即除了上述负荷以外的其它负荷，例如：

空调、水泵及其他一般照明、动力设备。

计算自备发电机组的容量时，第一类负荷必须考虑在内，即必须采用柴油发电机组：

第二类负荷则根据大楼功能及电网情况来定，若大楼功能要求较高或城市电网供电不稳定，则应将第二类负荷考虑在内，但若将第一类、第二类负荷简单相加来选择柴油发电机容量，则所选容量偏大，因为在消防状态时，只需保证消防设备的运行，第二类负荷不使用；而在非消防状态下电网停电时，消防设备不使用。

可以选择两者中较大者作为柴油发电机组的容量。

设备容量统计出来后，根据实际情况选择需要系数Kx（一般取0.85-0.95），计算出计算容量Pj=KxP∑，自备柴油发电机组的功率按下式计算

P=kPj／η

式中：

P—自备柴油发电机组的功率kw；

Pj—负荷设备的计算容量kw；

P∑—总负荷kw；

η—发电机并联运行不均匀系数一般取0.9，单台取1；

k—可靠系数，一般取1.1。

（2）按最大的单台电动机或成组电动机起动的需要，计算发电机容量

P=（P∑-Pm）／η∑+PmKCcosψm（KW）

Pm—起动容量最大的电动机或成组电动机的容量（kw）；

η∑一总负荷的计算效率，一般取0.85；

cosΨm—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—全压起动C=l.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。

（3）按起动电动机时母线容许电压降计算发电机容量

P=PnKCXd″（1／△E-1）（kw）

Pn一造成母线压降最大的电动机或成组起动电动机组的容量（kw）

K—电动机的起动电流倍数；

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.在实际工作中，也可用系数法估算柴油发电机组的起动能力

　　工程实例：

以某工程为例，该工程建筑面积10000m2，12层，为二类高层，保安性负荷主要为消防负荷，其容量为191kw，最大一台电动机为喷淋泵37kw，采用自耦降压80％抽头降压起动。

（1）按计算负荷计算P=kPj／η=1.1×191／1kw=210.1kw

（2）最大的单台电动机起动的需要计算P=（P∑-Pm）／η∑+PmKCcosΨm=（191—37）／0.85+37×6×0.64×0.4=238.0kw

（3）按起动电动机时发电机母线允许电压降计算P=PnKCXd″（1／△E-1）

=37×6×0.64×0.25（1／0.20-1）

=142.08kw

根据以上计算，应选择≥238.0kw的柴油发电机组一台，因此可选一台250kw机组。

选购柴油发电机组的依据和标准

一、柴油发电机组选购的依据

1.所选柴油发电机组的性能和质量必须符合有关标准要求

柴油发电机广泛用于电信、财政金融部门、医院、学校、商业等部门、工矿企业和住宅的应急备用电源，军事与野外作业、车辆与船舶等特殊用途的独立电源。

作为通信用柴油发电机组，必须达到GB2820-1997中G3级或G4级规定的要求，同时和《通信用柴油发电机组的进网质量认证检测实施细则》规定的24项性能指标要求，同时要通过我国行业主管部门所设立的通信电源设备质量监督检验中心的严格检验。

作为军事通信用柴油发电机组，必须达到有关GB2820-1997、GJB相关标准和部队有关部门制定的《通信电源设备的质量检测标准》的规定，并要通过有关组织部门对设备质量的严格检验。

2.柴油发电机组的选择应考虑的主要因素

机组的选择应考虑的因素主要有机械与电气性能、机组的用途、负荷的容量与变化范围、自动化功能等。

（1）机组的用途。

由于柴油发电机组可用于常用、备用和应急等3种情况。

因此不同用途对柴油发电机组的要求就有所区别。

（2）负荷容量。

应根据不同用途选择负荷容量和负荷的变化范围，确定柴油发电组机的单机容量和备用柴油发电机组容量。

（3）机组的使用环境条件（主要指海拔高度和气候条件）

（4）柴油发电机的选择

（5）发电机与励磁方式的选择

（6）柴油发电机的自动化功能的选择

二、柴油发电机组选购的标准

通信用柴油发电机组的进网质量认证检测实施细则〉〉规定的24项性能指标要求：

1.外观要求

（1）柴油发电机组的界限尺寸、安装尺寸及连接尺寸均符合规定程序批准的厂品图样

（2）机组的焊接应牢固，焊缝应均匀，无焊穿、咬边、夹渣及气孔等缺陷，焊渣焊药应清除干净；漆膜应均匀，无明显裂缝和脱落；镀层应光滑，无漏镀斑点、锈蚀等现象；机组紧固件应不松动。

（3）柴油发电机的电气安装应符合电路图，机组的各导线连接处应有不易脱落的明显标志。

（4）柴油发电机应有接地良好的端子。

（5）柴油发电机标牌内容齐全

2.绝缘电阻和绝缘强度

（1）绝缘电阻：

各独立电气回路对地及回路间的绝缘电阻应大于2M

（2）绝缘强度：

机组各独立电气回路对地及回路间应能承受交流试验电压1min，应无击穿或闪烁现象。

回路电压试验电压

<100V750V

≥100V1440V

3.相序要求。

柴油发电机组控制屏接线端子的相序从控制屏正面看应自左到右或自上到下排序。

4.柴油发电机维持准备运行状态要求。

机组应具有加热装置，保证其应急启动和快速加载时的机油温度、冷却介质温度不低于15℃

5.自动启动供电和自动停机的可靠性检查

（1）接自控或遥控的启动指令后，柴油发电应能自动启动。

（2）机组自动启动后第3次失败时，应发出启动失败信号；设有备用机组时，程序启动系统应能自动地将启动指令传递给另一台备用机组。

（3）从自动启动指令发出至向负载供电的时间应不超过3min

（4）柴油发电机自动启动成功后，首次加载量应不低于50%标定负载。

（5）接自控或遥控的停机指令后，机组应能自动停机；对于与市电电网并用的备用机组，当电网恢复正常后，柴油发电机应能自动切换或自动停机，其停机方式停机延迟时间应符合产品技术条件规定。

6、自动启动成功率。

自动启动成功率不小于99%。

7、空载电压整定范围要求。

机组的空载电压整定范围不小于95%-105%标定电压。

8、自动补给功能要求。

机组应能自动向启动电池充电。

9、自动保护功能要求。

机组应有缺相，短路（不大于250KW），过电流（不大于250KW），过速，水温缸温高，油压低保护。

10、线电压波形正弦畸变率。

在空载标定电压，标定频率下，线电压波形正弦畸变率<5%。

11、电压稳态调整率

≤250KW>250KW

3%2%

12、电压瞬态调整率

≤250KW>250KW

20%15%

13、电压稳定时间

≤250KW>250KW

≤2s≤1.5s

14、电压波动率

≤250kw>250kw

0.8%0.5%

15、频率稳态调整率

≤250kw>250kw

3%3%

16、频率瞬态调整率

≤250kw>250kw

9%9%

17、频率稳定时间

≤250kw>250kw

5s≤5s

18、频率波动率

≤250kw>250kw

≤0.8%≤0.5%

19、三相不对称负载下的电压偏差

柴油发电机组在25%的三相对称负载下，在任一相再加25%标定相功率的电阻性负载，机组应能正常工作，线电压的最大或最小值与三线电压平均值的5%。

20、噪声

在距机组柴油机和发电机1m处的噪声声压平均值:

≤250KW>250KW

≤102db（A）≤108db（A）

噪音标准:

睡眠<45db居民区的环境噪音，白天不能超过50分贝，夜间应低于45（40）分贝

工作<65db一般的人在40分贝左右的声音下可以保持正常的反应和注意力，但在50分贝以上的环境中工作，时间长了就会出现听力下降、情绪烦躁，甚至会出现神经衰弱等现象。

听音乐80db儿童80分贝以上噪音环境中生活，造成聋哑者可达50%，噪声级只有在80分贝以下时，才能保持40年长期工作不致耳聋；在100分贝时，只有60％的人不会耳聋。

如果人长期生活在80分贝以上的环境里，会引起情绪烦躁、听力下降。

噪音对人的中枢神经有损害作用，并且能诱发心血管系统疾病，在强烈的噪音环境中进食，胃肠的毛细血管会发生收缩，消化液的分泌和胃肠的蠕动会减弱，使正常的血供受到破坏。

强烈的噪音还会造成妊娠异常、儿童智力发育障碍。

所以，日常生活中要尽量减少噪音的来源和传播。

85分贝以下可造成轻微听力损伤；

85分贝－90分贝可造成少数人噪声性耳聋；

90－100分贝可造成一定数量的噪声性耳聋；

100分贝以上，就会造成相当数量的噪声性耳聋，以上这些属于慢性噪声性耳聋。

105分贝以上---5分钟精神分裂

21、燃油消耗率。

机组标定功率在120

22、柴油发电机消耗率。

机组标定功率>40KW，机组消耗率≤3.0G/KW.H

23、在标定工况下运行试验

机组在所规定的工作条件下（GB2820中的4.2节），机组能以标定工况正常连续运行12h（其中包括过载10%运行1h），且柴油发电机组应无漏水和漏气现象。

24、遥控、遥信和遥测性能

（1）智能型机组

200KW以上的机组应为智能型，其监控内容和接口要求如下：

①遥控：

开/关机、紧急停车、切换主备用机组。

②遥信：

工作状态（运行/停机）、工作方式（自动/手动）、主要用机组，过压、欠压、过流、频率

③遥测：

三相输出电压、三相输出动电池电压、输出功率。

④接口：

应具有通信接口（RS-232和RS-485/422）并能提供完整的通信协议。

（2）非智能型机组

200KW及以下的非智能型机组无遥控、遥信和遥测要求。

三、应急柴油发电机的选择

应急柴油发电机主要用于重要场所，在紧急情况或事故停电后瞬间停电，通过应急发电机组迅速恢复并延长一段供电时间。

这类用电负荷称为一级负荷。

对断电时间有严格要求的设备、仪表及计算机系统，除配备发电机外还应设电池或UPS供电。

应急柴油发电机的工作有两个特点：

第1个特点是作应急用，连续工作的时间不长，一般只需要持续运行几小时（≤12H）；

第2个特点是作备用，应急发电机组平时处于停机等待状态，只有当主用电源全部鼓障断电后，应急柴油发电机组才起动运行供给紧急用电负荷，当主用电源恢复正常后，随即切换停机。

（1）应急柴油发电机发电机容量的确定