发电机之容量选择

1、  发电机之容量选择   摘要：发电机容量选择的基本原理及相关要素；建立容量 计算 的数学模型；介绍计算容量所用的qbasic源程序及其操作要点；最后给出了若干结论及计算实例。关键词：柴油发电机 消防负荷 保证负荷 容许电压降 启动 校验 qbasic 1 引言 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。本文将着重以一段qbasic电脑编程，较简便地解决这一 问题

2、 。2 基本原理21发电机容量首先要满足稳定计算负荷需要，这包括消防负荷和保证负荷两部分。在民用建筑中，设置柴油发电机组，通常首先是作为消防用电设备的备用电源。市电停电，即联锁开启发电机组。但市电停电概率远大于火灾概率，开启机组并不就意味着火灾发生。非消防时，开启的发电机组仅仅负担应急照明等小部分负荷，若对其他非消防的重要负荷（属三类负荷时的生活泵、客梯、裙房照明等，称为保证负荷）无法顾及，则必将造成机组空置、资源浪费。为此，进行低压配电系统图设计时，在满足火灾时消防负荷需要的前提下，还必须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，将保证负荷集中挂接在发电机应急母线段上，消防时，

3、由火灾信号将保证负荷的总开关分励脱扣。总之，应分别计算消防负荷和保证负荷，以二者较大值作为确定发电机组容量的依据，从而同时满足消防部门及建设方的相应要求。消防负荷如何正确计算应引起重视。大中型民用建筑，往往由地下室、裙房及数个塔楼组成，包含了多个防火分区。确定发电机容量、进行消防负荷计算时，显然不能盲目地将所有消防用电设备同时计入。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），亦即，不认为两个及以上的防火分区同时发生火灾。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、应急照明等负荷计入多少，则要视其在某防火分区火灾时投入服务的负荷大小而定。显然，确定发电机容量，应

4、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。22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，其端子容许电压降应在规定范围之内。编程中，取值20%。进行电压降校验及发电机组容量选择时，以下要素不可忽视。a。发电机母线上的已接负荷的 影响 。也就是说，发电机母线上的启动负荷应该等于已接负荷与电动机启动容量之和，单单考虑电动机的启动容量是错误的。具体工程实践中，这一点最容易被一些设计人员所忽略，许多 文献 对于已接负荷的影响，常常也避而不谈或是涉及较浅。b。发电机不同的励磁及调压方式，对机组容量选择也将产生重大影响

5、。c。发电机至电动机之间配电线路电压降的影响。亦即，发电机端子电压等于电动机端子电压与线路压降之和。d。许多文献认为，电动机应按容量大小而顺次启动，以此减小发电机容量。但在国家标准图集和工程图纸中，这种电动机顺次启动的二次电路图又极少见到。更何况，顺次启动也往往与一些消防控制要求相矛盾。因此建议，减小发电机容量，不宜依靠电动机顺次启动这种 方法 。e。电动机启动容量达最大值是瞬间的，因此，可以不考虑两台及以上电动机的同时启动，对发电机造成冲击的问题。3 数学模型（建立以下数学模型，仅以消防负荷计算为例。为便于编程，多处进行了适当的简化和假设，不另说明。）3.1 发电机容量大小须满足稳定计算负荷

6、需要pjs=kc·pe=peprg=k·pjs=1.2pe式中：prg-待求发电机持续功率（kw）。编程中考虑为单台机。pjs-消防设备稳定计算负荷（kw）。pe-建筑物内任一防火分区发生火灾时，最大可能开启消防设备之总安装功率（kw）。为已知量，运行程序时直接键入。编程中pe800kw。kc-消防设备总需用系数，取kc=1。k-可靠系数，取k=1.2。3.2发电机容量大小须满足电动机端子容许电压降3.2.1简化计算电路从略3.2.2发电机母线上的启动负荷等于已接负荷与单台电动机启动容量之和，即sqg=sfh+sq此时，考虑最极端的情况，即认为除待启电动机外，其它负荷已全部

7、投入，则有pfh+prm=pe，从而sfh=pfh/cos=(pe-prm)/cos=(pe-prm)/0.8=1.25(pe-prm)此外，sq=1/1/(kp·sqm)+xl/(urg2)sqm=c·srm= c·prm/0.8, xl=(0.07+6.3/s)·l/10003.2.3 电动机端子电压uwm与发电机母线电压（uwg）存在关联，即uwg=kp·sqm·uwm/sq3.2.4如前所述，对于不同励磁及调压方式的发电机，其允许启动负荷亦不同，进而对机组容量选择产生影响。若认为所选发电机带自动调整励磁装置，则对应于不同启动负

8、荷相对值，发电机母线上稳态电压相对值满足表1：表1sqg/srg0.81.01.21.52.0uwg1.000.950.850.750.60以表1数据拟合方程，则当uwg=0.750.95时，近似存在：sqg/srg=5uwg2-11uwg+6.9375或srg=sqg/(5uwg2-11uwg+6.9375)而prg=srg·cos=0.8srg=0.8sqg/(5uwg2-11uwg+6.9375)；又因上述推导均为临界值，故实际工程中取：prg0.8sqg/(5uwg2-11uwg+6.9375)编程中以此作为发电机容量校验公式。3.2.5符号说明sqg-发电机启动时发电机母线

9、上的起动负荷（kva）；srg-发电机的额定容量（kva），为待求量；sq-电动机启动时，启动回路的额定输入容量（kva）；sfh-电动机启动时，发电机母线上已接负荷（kva）;urg-发电机的额定电压（kv），取urg=0.4kv;uwg-电动机启动时，发电机母线上的稳态电压相对值；uwm-电动机启动时，其端子上所要求的稳态电压相对值, 程序中取uwm=0.8;c-电动机全压启动之电流倍数。程序中取c=7;kp-电动机的启动系数，见表2：表2启动方式全压启动y-启动自耦变压器65%抽头启动kp1.00.33330.4225sqm-电动机额定启动容量（kva）；srm-电动机额定容量（kva）

10、；prm-电动机额定功率（kw）。编程中，取prm=0.8srm, 且0<prm150kw。xl-电动机至发电机配线线路（铜芯）之阻抗（千欧）；l-电动机至发电机配线线路（铜芯）之长度（千米）。编程中，0<l0.1千米。s-电动机至发电机配线线路（铜芯）之导线截面(mm2)。编程中，s值按表3自动取值。表30<prm5.55.5<prm7.57.5<prm1515<prm18.5s2.5（取等号，下同）s=4s=6s=1018.5<prm2222<prm3030<prm3737<prm45s=16s=25s=35s=5045<p

11、rm5555<prm9090<prm110110<prm150s=70s=95s=120s=185转贴于 4 源程序及操作要点41源程序10 printprint“*备用柴油发电机组之容量校验及确定*”printinput“1。请输入：最不利防火分区消防设备总安装功率pe=千瓦”，peif pe>800 then 20printinput“2。请输入：启动方式最不利之单台电动机有功功率prm=千瓦”，prmif prm>150 or prm<=0 or pe<prm then 20printinput“3。请输入：启动方式最不利之单台电动机至发电机之配

12、线长度l=米”，ll=l/1000if l>0.1 or 0>l then 20printprint“4。（全压启动k=1;星三角k=2;自耦65%抽头k=3）”print“请输入：启动方式最不利之单台电动机的启动方式k=”，kif k=1 or k=2 or k=3 then 30 else 2030 printif k=1 then kp=1if k=2 then kp=1/3if k=3 then kp=0.4225if prm<=5.5 thens=2.5elseif prm<=7.5 then s=4elseif prm<=15 then s=6else

13、if prm<=18.5 then s=10elseif prm<=22 then s=16elseif prm<=30 then s=25elseif prm<=37 then s=35elseif prm<=45 then s=50elseif prm<=55 then s=70elseif prm<=90 then s=95elseif prm<=110 then s=120elseif prm<=150 then s=185endifgoto 4020 print“输入数据超出范围！请重新输入！”goto 1040 sfh=1.25

14、*(pe-prm)xl=（0.07+6.3/s）*l/1000xu=xl/(0.4*0.4)c=7sqm=c*prm/0.8sq=1/(1/(kp*sqm)+xu)sqg=sfh+squwm=0.8uwg=uwm*(kp*sqm)/sqsrg=sqg/(5*uwg*uwg-11*uwg+6.9375)prg=srg*0.8if prg<=1.2*pe then pprg=1.2*pe else pprg=prgprintprint“ 计算 结果”print“为满足启动条件，所选发电机持续功率不应小于”，prg，“千瓦”print“为满足工程 应用 ，实选发电机持续功率不应小于”，int（

15、pprg+1），“千瓦”print“”end42程序操作要点a.在windows的dos环境下，运行pdos95.bat，从而进入dos中文平台；再运行qbasic.exe，并把上述源程序输入到电脑中，存盘。b. 在qbasic环境下，按f5键，则可运行程序、进行计算了。从原始数据输入，到计算结果输出，前后一般不超过一分钟，非常简捷实用。5简化的数学公式在忽略电动机线路电压降 影响 之后（即xl=0），更简化的数学公式推导如下：sq=kp(c·srm)=kp·c·prm/0.8=8.75kp·prm而sfh=1.25(pe-prm)，所以，sqg=sfh

16、+sq=1.25(pe-prm)+ 8.75kp·prm =1.25pe+(8.75kp-1.25)prm又因xl=0，故uwg=uwm=0.8所以，srg=sqg/(5uwg2-11uwg+6.9375)=sqg/(5×0.82-11×0.8+6.9375)=sqg/1.3375故有，prg=0.8srg=0.8sqg/1.3375=0.81.25pe+(8.75kp-1.25)prm/1.3375全压启动时，kp=1，prg=0.748pe+4.486prm；星三角启动时，kp=1/3，prg=0.748pe+0.996prm；自耦65%抽头启动时，kp=0.

17、4225，prg=0.748pe+1.464prm；稳定负荷计算中，prg=1.2pe，将此式与上述、式分别比较，并结合关系式peprm，可得出下面第6.16.3条重要结论。转贴于 6几点结论61同时满足以下三种启动条件的任意工程（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，且其值仅取决于稳定 计算 负荷的大小（即prg=1.2pe），无须再考虑启动负荷的 影响 ，即无须用程序进行容许电压降的校验。a。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功率prm的11倍时，即pe11prm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。b。当11

18、prm>pe3.5prm时，该单台电动机应采用降压启动（星三角或自耦65%抽头启动）。c。当3.5prm>pe2.5prm时，该单台电动机只应采用星三角启动。62当2.5prm>pe时，必须用程序进行容许电压降的校验，且此时发电机组容量prg>1.2pe。63当prm=pe时（且允许压降为0.2），很容易由前述简化数学公式得出表4：表4不同启动方式下，发电机功率是被启电动机功率的最小倍数启动方式全压启动y-启动自耦变压器65%抽头启动最小倍数5.31.82.364若仅以启动容量最大的单台电动机来校验发电机容量，是不严密、不周全的，因为电动机启动容量不仅与其额定容量有联系

19、，更与启动方式密切相关。换言之，对于校验发电机容量而言，直接启动较小容量的电动机，可能比降压启动较大容量的电动机更为不利。所以，计算时，应分别输入若干台影响较大的电动机的相关数据，择其最不利者，作为选定发电机容量的依据。65为缩小发电机组容量、降低造价，条件允许时，较大容量的电动机尽量采用降压启动。7 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为250kw。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，其值为285kw。其中消防水泵共2台（距发电机10米，不计备用泵），每台45kw