应急柴油发电机组容量的计算

1、应急柴油发电机组容量的计算£中建国际（深圳）设计顾问有限公司/李兴林中国建筑东北设计研究院北京分院/李华英The Capacity Calculation ofthe Urgent Diesel Generator SetBy Li Xinglin and Li Huaying城 要本文系统地介绍了应急柴油发电机组容量计算的原则.公式及有关 表格.其中公式4-11. 14是作者本人推导的.关试诃建筑物防火分区火灾情况非火灾情况消防需要P-Q运行极 限图稳定负荷尖锋负荷母线允许电压下降Abstract The paper systematically introduces the pr

2、inciple, kxmulas and related tables of capacity calculation for Diesel generator set. in which formulas 4-11 and 14 are induced by the author himself.KsywortE building. fire protection zone, fire condition. tireless condition. fire fighting requiremerus. P-Q operating limit diagram, stable loar. pea

3、k load. voltage drop permitted by bus65 Electrical Technology of InteHigent Buildings65 Electrical Technology of InteHigent Buildings应急柴油发电机组是民用建筑中更要的应急电源设备对 保证人身和财产的安全起看至关重要的作用。1应慈柴油发电机生的供电范囤按照IEC和国家标准的有关规定.应急柴油发电机组主要 是为一级负荷中特别垂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尤其是作为第二电源时还可以 向一.二级负荷或一些比较重要的商用负荷供电.这部分商

4、用 负荷多数为一些收费较高的营业场所多数情况下首先根据火 灾情况确定应急柴油发电机组容虽然后再根据发电机的容粧 确定对商用负荷的供电范围.2应急柴油发电机组负荷计算中的几个原则问题根据应急柴油发电机组的供电范围.在进行应急柴油发 电机组的负荷计算时.首先应明确以下几个原则： 2.1应按火灾和非火灾两种情况分别计算根据应急柴油发电机组的供电范闱.亦进行负荷计算时. 应按火灾和非火灾两种情况分别计算.2.2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65

5、 Electrical Technology of InteHigent Buildings65 Electrical Technology of InteHigent Buildings算此时消防负荷包括：应急柴油发电机 组供电范围内全部消防电梯.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.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入使用的防排烟 风机有地下室首层.二层对应防火分区 的防排烟风机对于超高层建筑.当高区 采用接力方式供水时.有可能在高区发 生火灾投入使用的消防负荷最大.対于 复杂工程.发生火灾

6、时投入使用的消火 栓泵喷淋泵防排烟风机的容皐应由相 关专业提出.此外还应考虑到最不利的情况.即 停电事故在先火灾发生在后.即火灾发 生在应总柴油发电机组供电的过程中 所以在计算应急柴油发电机组容量时. 还应考虑在其供电范團内位于其他防火 分区的一级负荷中特别重要负荷.还应 考虑在其他防火分区内的由柴油发电机 组供电的某些商用或某些一二级负荷. 在接到切除的指令后.可能需要作些后 续工作才能切除.2.3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在进行非火灾情 况下负荷计算时.除考應由发电机供电 的一级负荷中待别重要负荷外.还应考 虑消防电梯.平时与火灾兼用的应急照 明平时与火灾兼用

7、的通风机送风机组 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负荷或消防 负荷的比较霾要的负荷.除特别重要工 程外.多数是根据发电机容凰确定对这 部分负荷的供电范图.以免供电范围过 大趙过了发电机的负荷能力2.4应急柴油发电机组负荷计算的希要系 数和同时系数2.4.1需要系数消防负荷中的电动机类负荷.除消 阴电梯外.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 趙过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 同时使用的台数也目能超过3台此时的 需要系数也要比同类用

8、电设备在正常负起功方式庄仝起动Y- 是功自精変压器越动0.65Un0.8Un母线允许20%5.51.92.43.6电压降10%7.82.63.35.0发电机功率与被越动电动机功率的最小倍数k农1注：农中：山一电动机额定电压荷计算时所取的需要系数酌情加大.2.4.2同时系数由于发生火灾时.用电设备组较少主要杲消防水泵.消防电梯.消防用风机. 应急照明等.而且基本上是在最大负荷下工作.可以认为同时系数为1.25消防负荷投入或起动顺序如果是在应急柴油发电机组供电过程中发生火灾.由于消防电梯.应急照明已 经处于使用状态.滞要投入或起动的消防负荷是防排烟风机.消防泵（包括喷淋泵. 消火栓泵）如果是在火灾

9、过程中发生停电事故市电失去电源后一些次要负荷被切 掉.电动机回路接触器释放.经延时起动应急柴油发电机组.当发电机全压后.合 上主开关.即向断路器仍在合闸位買的某些非电动机回路供电.例如平时与火灾兼 用的应急照明.此时待投入或起动的消防负荷有：火灾时接通的应急照明.消防电 梯.防排烟风机.消防水泵尊.冇确定这些消防负荷投入或起动顺序时.可以有两 种原则顺应消防需要的总则或最先起动大电动机原则.2.5.1顺应消防霧要的原则这种原则的主要出发点杲确保火灾捕救和人员疏散发生火灾后在救火过程中. 处理一切问題的出发点应该是尽虽减少人员和财产损失虽然最先起动或投入与最 后起动或投入的时间绝对值相差并不很大

10、但对处于千钧一发时刻逬行灭火的战斗 消防队员和处于熊熊烈火中的人员来讲.则是非常宝贵的.从一些火灾案例中可以 了解到.有的人就是倒在安全出口跟前.如果再有几秒钟的时间.可能就顺利逃生 了 从捕救火灾和疏散人员的角度讲需要最先投入和起动的消防负荷是应急照明. 消防电梯.防火卷帘.这可以为疏散人员和捕救火灾创造了有利条件.由于有消防 水箱.在消火栓泵.喷淋泵起动前.可以保证一段时间消防用水.所消火栓泵.喷 淋泵与防排烟相比可以后起动由于发生火灾的防火分区内烟需要一段时积累才能 使人窒息造成死亡.所以从顺应消防需要的角度.消防负荷投入和起动顺序为火 灾应急照明消防电梯.防火卷帘一防排烟消火栓泵.喷淋

11、泵.按照这个顺序.能够确保捕救火灾和疏敵人员.最大限度地减少损失.按照这个 顺序尖锋负荷岀现在起动最后一台（组）电动机即消防泵时.但这样应急柴油发电机 的容量有可能加大.可能会投资增加.这种原则适用于大中型公共建筑和高层建筑 2.5.2最先起动大容园电动机原则这种原则的出发点是尽星减少柴油发机组的容量.由于防排烟风机.消防电梯 的电动机单台容骨不会太大.所以最先起动大容电动机就是最先起动消防泵.这 种起动顺序节省投资.适用于非火灾情况下电动机的起动及疏散路径短.无机械防 排烟的多层建筑火灾情况下电动机的起动.3应惫柴油发电机组客的估算在方案和初设阶段.可对应急柴油发电机组容进行估算.3.1按配

12、电变压器容员估算可按配电变压器容貝的1020%估算柴油发电机组的容SL3.2按起动单台或成组电动机容址估算按起动单台或成组电动机容呆估鼻时.可按下式进行：P NG>k - Pm（1）式中Png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；P m 最大一台(组)电动机的额 定功率 kW.k值见表1.3.3按整流器类负荷的容惧估算当柴油发电机组有较大容虽的整流 器.UPS装置充电机等整流器类负荷时. 应注意发电机组容量与整流器类负荷容 量的匹配.使发电机组允许的谐波含量 大于整流器类负荷所产生的谐波含 由于现代的整流器类负荷设备広劈已开 始采用吸收或限制髙次谐

13、波的措施.对 电源的要求越来越低.所以工程上应注 意有关的产品说明.4施工图阶段发电机容的计算施工图设计阶段应对发电机容锻进 行计算4.1发电机的P-Q运行极限图柴油发电机组的有功和无功功率. 分别由柴油发电机组的调速器和励磁系 统的电压调节器调节.受发电机P7运 行极限图的限制.图1为发电机P-Q运 行极限图.图中刃为发电机额定电压kc 为发电机额定电流.为发电机额定功 率因数角疋表示“在发电机同步电抗 Xd上的电压降.贝I尿表示发电机空载电 势.其长度正比于发电机组转子额定电 沆.也就是代农转了电流标么值由于电 压为额定值.所以疋也代表电流和视 在功率的标么值.ACcos ©代表

14、有功功率标么值.ACsm ©代表无功功率标么值当冷却介质温度一定时.发电机定子和转子绕组的容许电流为一定.即图中的 AC和左长度一定.当发电机在两圆弧交点运行时.定子和转子电流同肘达到允 许值.当COS0降低时.由于受转子允许电流的限制.发电机只能在CB圆弧线上运 行，当cos©升高时.由于受定子允许电流的限制.发电机只能在CD圆瓠线上运行； 在D点后cos©继续升高.由于受原动机额定出力的限制.发电机只能衽DE线上运 行在额定运行条件下C. D两点重合.即发电机定子电流.转子电流同时达到允许 值.柴油机达到额定出力发电机发岀额定功率.从发电机PV运行极限图可知：

15、当发电机功率因数在额定功率因数以上时.发 电机主要受柴油机额定功率的限制.所以主要计算有功功率；当发电机功率因数在 额定功率因素以下时发电机主要受转子允许电流的限制所以主要计算视在功率. 由于在起动单台或成组大电动机时.发电机功率因数肯定低于额定功率因数.所以 在按起动电动机计算应急柴油发电机容时.不仅要计算有功功率.更重要的是要 计算视在功率.4.2按稳定负荷计算应急柴油发电机组容旻可按下式计算:Png > kiPca/k?(2)S ngi > kiPca / *2.8S0g)式中Pn G1柴油发电机组有功功率 kw；s NG，柴油发电机组视在功率 kVA;cos 0柴油发电机组

16、功率因数.0.8；k I可靠系数.一般取11：%-并联运行的负荷不均匀系数.两台为09.单台取1.Pea 按火灾与非火灾情况计算的发电机最大计算负荷kW.4.3按起动单台或成组电动机尖锋负荷计算4.3.1起动单台或成组电动机时发电机容童的计算在起动单台或成组电动机时.应急柴油发电机组容量可按下式计算：式中Shs发电机视在功率kVA：k >发电机允许短时过载系数.取1.5：Pmax 单台或成组电动机起动时.发电机尖锋有功负荷kW;Qmax 单台或成组电动机起动时.发电机尖锋无功负荷kW:4.3.2 Pmax的计算应急柴油发电机组在起动单台或成组电动机对其尖锋有功负荷可按下式计算： Pmax

17、=Po+P s m=Po+IuPm(4)如果尖锋负荷出现在起动最后一台(组电动机时.上式可变为：Pmax=PcaP 卄k<PM=Pca+ (k1) Pm (5) 式中Rea火灾情况下发电机组的计算负荷 kW;Po电动机(组)起动前发电机正常的有功负荷kW；P M单台或成组电动机的额定有功功率kW;P s m单台或成组电动机起动时的有功功率 kW;k 4单台或成组电动机起动时有功功率的计算系数.K值见4.3.5条表2.4.3.3 Qmax的计算应急柴油发电机组在起动单台或成组电动机时.其尖锋无功负荷可按下式计算：Qmax = Qo+Q s m = Qo+Ps m - ig卩 s. m =

18、Qo+k«P(6)如果尖锋负荷出现在起动前后一台(组)电动机时.上式可变为.Qmax = OcaPs m tgs m(7)=Qca-Py ig© Ps m $ m=Qca+m) Pm=Qca+ *5-0.75) Pm6 7 Electrical Technology of Intelligent Buildhgs起动看7Au0.10.150.20.25直揍起动0.41kst0.36kst0.32kst0.28ksl星一三用起动0J4kst0 J2kstO.llkst0.09kst自耦变压能50%0. lOkst0.09kst0.08kst0.07kst65%0.17kst0

19、J5kst0.13kst0.12kst80%0.26kst0.23kst0.20kst0.18kst电动机起动时有功功率计算系数也表2Au 起动方式0.10.150.20.25直接起动I.OIkstO.dOkst0.80kst0.70kst星一三角起动0.34kst0.30kst0.27kst0.23kst自辖变压鑫 超动50%0.25kst0.23kst0.20kst0.18kst65%0.43kst0.38kst0.37kst0.29kst80%0.66kst0.58kst0.5lkst0.45kst电动机超动时无功功準计算系教表3的重要商用负荷.可能做些后续工作才 能切除；如果没有这样的

20、负荷或虽有这 样的负荷但不需要做后续王作即可切 除.业时两种悄况下Po. 0。的讨算就一 致了.4.3.5弟单台或成组电动机起动时有功 功率计算系数的讨算单台或成组电动机起动时有功功率 计算系数旨可枯下式计算（8）a _（1一 u） 2 爲 cos0smr4 =-COSM式中ku 一电动机起动方式的电压系 数.直接起动为1星一三角起动为 胎. 自耦变压器起动取抽头电压百分比；单台或成组电动机起动时 允许电压下降的标准值有电梯时取o. 2, 无电梯时取0.25；k一电动机全压起动时起动电流cos g单台或成组电动机额定 功率因数；COS（P S M单台或成组电动机起动时的功率因数：cos 0m般

21、为0 8. cos sm为0.4. k“为68 .可查有关设计手册.可从表2屮査X4.3.6比单台或成组电动机起动时无功 功率计算系数的计算单台或成组电动机起动时.无功功 率讨算系数可按下式计算：k 5* lg07.“ =2.3k<（9）可从表3查k5.4.4按起动单台或成绘电动机时母线允 许电压下降计算起动单台或成组电动机时.应按允 许的母线电压下毎计算应急柴油发电机 组容量.4 <1单台或成组电动机起动时尖锋视 在功率Ssm的计算单台或成组电动机起动时.其尖锋 视在功率Ss”可按下式计算：F m kb (1- Zu)2 kstSs M =''COS9>M=

22、k6 P M(10)弍中k单台或成组电动机起动时尖 锋视在功率的计算系数.fee见442条表4.式中Qca发电机计算无功负荷kVAR；Qo 单台或成组电动机起动前发电机已带的无功负荷 kVAR;Q m单台或成组电动机起动的无功功率.19列化90s"单台或成组电动机的正常或起动时的功率因数角正切；k t单台或成生电动机起动时无功功率的计算系数.k5值见4.3.6条表3：4.3.4 Po. Qo 的计算：起动单台或成纽电动机时，发电机已带PQ Qo的计算需分别按以下两种情况讨算：1.341在应急柴油发电机组供电过程中.发生火灾时Po. Qo的计算在应急柴油发电机组供电过程中发生火灾.此时

23、应急柴油发电机组由非火灾状 态转入火灾状态.在发生火灾前，发电机已带有全部消防电梯.全部应急照明.供 电范网内一级负荷中特别重要负荷.以及部分重要商用负荷.接到火灾指令后.切 除位于发生火灾防久分区内的除一级负荷及特别重要负荷外的其他负荷可能需要做 些后续工作才能切除；同时位于发生火灾防火分区外的垂要商用负荷.这也可能需 要做些后续王作才能切除.如果先起动消防泵.P。应包括：全部消防电梯.全部应 急照明.位于发生火灾阴火分区外的一级负荷中特别重要负荷以及可能做些后续 工作才能切除的位亍发生火灾防火分区内的特别重要负荷与发生火灾防火分区外的 亜要商用负荷等.如果后起动消防泵.P。中还应包括防排烟

24、风机根据计算Po的范 围相应计算Qo<3.4.2在救火过程中发生停电事故时Po. Qo的计算如果发生火灾在救火过程中又发生停电事故经延时应急柴油发电机组起动. 切掉发生火灾防火分区外的非审要负荷.电动机回路接触器释放；发电机全压后合 上主开关.即向幵关仍在合闸位说的应急照明及付于发生火灾防火分区外的审要负 荷供电，然后按顺序起动电动机.如果先起动消防泵P。应包括；全部消防龟梯全 潮应急照明位于发生火灾防火分区外的重要负荷.如果后起动消防泵.P。中还应 包括防排烟风机.根据Po范围计算。如果进一步将上述两种情况对比.应该是4.3.4.1的情况.更为不利.区别在 于位于发生火灾防火分区内的-

25、级负荷中特别重要负荷和位于发生火灾阴火分区外菱僅Si电气技/K 684.4.2 h单台或成组电动机起动时尖锋视在功率计算系数的计算单台或成组电动机起动时.尖鋒视在功率计算系数可按下式计算：ku 2 (1-Au)(11)K6 =COS=2.5k 4可从表4查ke.4 43发电机视在功率的计算SkgjA 匕 Z X d(12) u式中发电机母线电压下降允许标准值-般有电梯取02无电梯取0.25.X ' d 发电机暫整电抗.可由厂家样本查得.一般取o2025S $ m单台或成组电动机起动时尖锋视在功率 kVA.4.5发电机容虽的确定在*2. *3中选取最大值确定发电机额定容»Pnc

26、. Snu.5施工图设计阶段柴油发电机组容的计算作为原动机的柴油机在计算容诸时.主要有以下几个方面内容：按稳定负荷讨算.按尖锋负荷计算.按允许转速下降计算.按照发电机功率与柴油机功率的配合关系.发电机如能满足稳定负荷的需要. 柴油发电机就自然能满足稳定负荷的需要了.没有必要另行计算.由于柴油机短时 超负荷能力比发电机低.有必要按尖锋负荷计算.另外.柴油机突加负荷时.转速 下降.发电机频率下降.由于计算麻烦一般也不进行这两方面的计算.5.1柴油机容量与发电机容的匹配比柴油机容员与发电机容量之比.称为匹配比.匹配比的大小受当地大气压力. 环境温度.相对湿度等多种因素的影响.对在平原地区使用的一般要

27、求机组匹配 比取1.6.对使用要求较高的机组应取2.超动方式0.10.150.20.25动I.OIkst0.90kst0.80kst0.70kst星-三用起动0.34kst0.30kst0.27kst0.23kst赵动50%0.25kst0.23kst0.20kst0.18kst65%0.43kst0.38kst0.37kst0.29kst80%0.66kst0.58kst0.51kst0.45kst电动机起动时尖锋视庄功率计算系敷k6表4筑以及大型建筑群.应分区设鬥应急柴 油发电机组.对于高度超过300m的超高 层建筑.如采用低压发电机组能满足电 压质量和保护灵敏度时.仍然可以采用 低压发电机组.否则对高区的一级负荷 中特别奄要负荷及消防负荷应采用高压 发电机组供电.(4)制造的因素.目前低压应急柴 油发电机组单台容罐尚无2000kW 的产品如仅用一台机组可以节省机房 囱积简化一些附属系统省掉自动切换 装置.所以在一定容量范围内以选用单 台机组为宜.但单台机组容量不宜超过 1000KW.总台数亦不宜超过两台.62根据In?日用油箱体积计算单台机组 的容虽根据日用油箱体积不大于Im贮 油时间38小时一台机组一个油箱单 台机组的容員可按下式计算：厂 V r A 1000Png=9 <-T(14)式中