技術(shù)知識點 ▏柴油發(fā)電機(jī)房設(shè)計要點及思路
發(fā)布日期：2017-03-29 08:15:59
1、柴油發(fā)電機(jī)設(shè)計思路
1.1 收集設(shè)計所需要的條件
a、氣象條件：柴油發(fā)電機(jī)的額定容量是按照40 ℃ 進(jìn)行測試的，只要外圍環(huán)境不長時間超過40 ℃，柴油發(fā)電機(jī)即可按照額定值進(jìn)行設(shè)計。
b、海拔高度條件：海拔的升高將導(dǎo)致柴油發(fā)電機(jī)組動力性能下降，如果在高原地區(qū)選擇柴油發(fā)電機(jī)不建議考慮超負(fù)荷運(yùn)行的可能。
c、水質(zhì)條件：水質(zhì)太硬將引起水冷系統(tǒng)的循環(huán)水沉淀水垢，降低傳導(dǎo)外壁的導(dǎo)熱效果，使冷卻水循環(huán)效率下降，導(dǎo)致機(jī)組溫升過快，發(fā)生事故，所以硬水的地區(qū)設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組需考慮循環(huán)水提前進(jìn)行軟化。
d、負(fù)荷容量等：設(shè)備容量的統(tǒng)計首先需要滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求，如一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷，然后滿足建設(shè)方對于項目功能特點的個別要求，分別進(jìn)行統(tǒng)計，設(shè)計時建議選擇消防負(fù)荷與重要的平時負(fù)荷之較大者，作為柴油發(fā)電機(jī)組的額定容量。
1.2 確定柴油發(fā)電機(jī)的使用類型
a、常用型電站，為正常工作時使用的柴油發(fā)電機(jī)組。
b、備用型電站，為發(fā)生停電事故時使用。
c、應(yīng)急型電站，重要負(fù)荷使用，如消防設(shè)備等，平時并不使用。
1.3 進(jìn)行初步設(shè)計
首先完成對柴油發(fā)電機(jī)的容量估算，根據(jù)筆者工程實踐總結(jié)，初步設(shè)計階段可以按變壓器總?cè)萘康?0 % ~ 15 % 進(jìn)行估算，如4 000 kVA變壓器總?cè)萘浚梢赃x擇500 kW的柴油發(fā)電機(jī)組；或也可以按建筑面積進(jìn)行估算：如對于10 000 m2以上的建筑物可以按10 ~ 15 W / m2估算，10 000 m2以下的建筑物可以按15 ~ 20 W / m2予以估算，如40 000 m2的建筑物，可以選擇630 kW的柴油發(fā)電機(jī)組。完成柴油發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)干線示意圖：① 首先確定柴油發(fā)電機(jī)采用單機(jī)運(yùn)行還是并機(jī)運(yùn)行。② 然后確定重要負(fù)荷和消防負(fù)荷是否分別設(shè)置母線段，當(dāng)需要不同時供電時，要求在消防狀態(tài)下切斷重要的非消防負(fù)荷，如這樣的設(shè)計需求則要分別設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)出線柜。③應(yīng)急發(fā)電機(jī)供電開關(guān)與系統(tǒng)供電開關(guān)裝設(shè)機(jī)械閉鎖。進(jìn)行設(shè)備布置，完成機(jī)房的初步平面布置，機(jī)組具體布置的間距要求參見JGJ 16 - 2008《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》6. 1. 3條，本文不再細(xì)述。
2、施工圖設(shè)計
步驟與初步設(shè)計類似，只是設(shè)計的計算更加完善細(xì)致，計算方式也略有不同，完成度更高，圖中應(yīng)標(biāo)明母線、電機(jī)、開關(guān)、設(shè)備等的型號、規(guī)格、參數(shù)等。完成柴油發(fā)電機(jī)房的平、剖面圖，按比例繪制柴油發(fā)電機(jī)、進(jìn)出線柜開關(guān)柜、母線、地溝、線槽、接地裝置等平面布置、安裝尺寸等。豎向配電系統(tǒng)圖包括柴油發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)臺數(shù)、容量、各處終端配電箱編號，自電源點引出回路編號等。
2.1 施工圖階段柴油發(fā)電機(jī)負(fù)荷容量選取
若將第一類、第二類負(fù)荷簡單相加來選擇柴油發(fā)電機(jī)容量，則所選容量偏大，因為在消防狀態(tài)時，只需保證消防設(shè)備的運(yùn)行，二級負(fù)荷不使用，而在非消防狀態(tài)下電網(wǎng)停電時，消防設(shè)備不使用，所以建議分別計算消防負(fù)荷和重要的非消防負(fù)荷，以二者較大值作為確定發(fā)電機(jī)組容量的依據(jù)，該種做法需要同時滿足消防部門及建設(shè)方的相關(guān)要求。另一種做法是設(shè)計時根據(jù)消防負(fù)荷和重要的非消防負(fù)荷總?cè)萘窟x擇發(fā)電機(jī)，既能滿足非消防時重要的負(fù)荷用電需要，又能保證消防時消防負(fù)荷工作需要，保障更高但機(jī)組容量也更大，造價也高，一般不建議采用。
2.2 柴油發(fā)電機(jī)所帶負(fù)荷
一般為以下部分，具體設(shè)置時需要以項目自身的情況按照甲方設(shè)計任務(wù)書的要求予以增減：
①客梯、消防泵、消防報警系統(tǒng)、弱電機(jī)房、冷庫冰柜、污水泵、消防電梯排水泵、中水處理、生活水泵、消防風(fēng)機(jī)、保安電源、消防廣播、停車場系統(tǒng)的電力供電。
②照明需要柴油發(fā)電機(jī)提供的場所：消控室、交換機(jī)房、弱電機(jī)房、變配電室、服務(wù)中心、發(fā)電機(jī)房、消防泵房、消防風(fēng)機(jī)房、電梯機(jī)房、樓梯間、電梯前室、疏散指示及其他公共區(qū)域應(yīng)急照明。
2.3 柴油發(fā)電機(jī)的容量計算
按照J(rèn)GJ 16 -2008《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》6.1. 2條的要求，取計算值較大的一種作為柴油發(fā)電機(jī)容量選取的依據(jù)。
柴油發(fā)電機(jī)負(fù)荷容量的注意事項：按照額定計算值選擇柴油發(fā)電機(jī)之后，仍需要注意以下事項：
①最佳的經(jīng)濟(jì)功率是額定功率的0. 75倍，是柴油發(fā)電機(jī)組不受時間限制可長期運(yùn)行的輸出功率，在這個功率下運(yùn)行時，燃油最省，故障率最低，所以P最佳 = 3 / 4 × P額定，即計算功率為0. 75倍額定功率較為合適。
② 對寫字樓等建筑類型，與UPS選擇的規(guī)范要求類似，當(dāng)電子計算機(jī)占據(jù)主要供電負(fù)荷時，其額定輸出功率應(yīng)大于所有計算機(jī)設(shè)備額定功率總和的1. 5倍，對其他用電設(shè)備供電時，為額定計算負(fù)荷的1. 3倍。
③ 設(shè)計中建議注明不允許柴油發(fā)電機(jī)組長時間運(yùn)行在低于額定功率50 % 的情況下，因為在低于額定功率50%的情況下運(yùn)行時，柴油發(fā)電機(jī)組機(jī)油消耗容易變大、柴油燃燒不充分易產(chǎn)生碳垢，使柴油發(fā)電機(jī)故障率升高，縮短機(jī)組的使用壽命。
④需要注意銘牌的標(biāo)稱工作功率是在12 h內(nèi)的額定工作功率，而長期運(yùn)行功率為標(biāo)稱工作功率的90 %，是在25 ℃時一個大氣壓（100 kPa）濕度為30 % 時的功率，設(shè)計選擇柴油發(fā)電機(jī)時可將兩個功率均作表示。
2.4 柴油發(fā)電機(jī)組的系統(tǒng)設(shè)計
柴油發(fā)電機(jī)房常位于地下一層內(nèi)，設(shè)置一臺或多臺柴油發(fā)電機(jī)組，機(jī)組采用單機(jī)運(yùn)行或多臺并機(jī)運(yùn)行（并車的種類：自同期、粗同期、準(zhǔn)同期），柴油發(fā)電機(jī)為消防狀態(tài)下還是事故狀態(tài)下的設(shè)備進(jìn)行供電，根據(jù)甲方的使用需求進(jìn)行確定，如分開供電則需要考慮分別設(shè)置出線柜。在配電系統(tǒng)中，一、二級負(fù)荷的電源為雙路市電同時供電，當(dāng)一路市電失電后，另一路市電可經(jīng)過低壓母聯(lián)末端自投或手投供電，當(dāng)兩路10 kV獨立高壓電源均失電時，經(jīng)ATS開關(guān)轉(zhuǎn)換后，啟動柴油發(fā)電機(jī)，啟動信號送至柴油發(fā)電機(jī)房，信號延時0 ～ 10 s自動啟動柴油發(fā)電機(jī)組，柴油發(fā)電機(jī)組15 s內(nèi)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速、電壓、頻率后，投入額定負(fù)載運(yùn)行。機(jī)組應(yīng)處于常備啟動狀態(tài)，設(shè)有自動啟動裝置，保證建筑始終處于兩個電源供電狀態(tài)下，當(dāng)市電恢復(fù)30 ～ 60 s后，自動恢復(fù)市電供電，柴油發(fā)電機(jī)組經(jīng)冷卻延時后，自動停機(jī)，當(dāng)兩路市電同時失電時柴油發(fā)電機(jī)的應(yīng)急轉(zhuǎn)換。
在低壓配電系統(tǒng)需要設(shè)置應(yīng)急母線段，并單獨設(shè)置應(yīng)急母線室，以保證電源的可靠性，應(yīng)急母線由柴油發(fā)電機(jī)組供電，以保證重要負(fù)荷的正常運(yùn)行，柴油發(fā)電機(jī)的相序，必須與原供電系統(tǒng)的相序一致。
2.5 柴油發(fā)電機(jī)的適用環(huán)境
柴油發(fā)電機(jī)機(jī)組可以滿足市電故障時，15 ~ 30 s內(nèi)柴油發(fā)電機(jī)啟動，機(jī)組就地控制，并裝設(shè)快速自啟動裝置，連續(xù)3次，其總計時間不大于30 s，同時發(fā)電機(jī)可以允許25 % 的短時超載，但對一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷允許中斷供電時間小于15 s的用電設(shè)備，由于柴油發(fā)電機(jī)啟動時間無法滿足要求，可在末端設(shè)置在線式不間斷電源裝置，如需要做到毫秒級的供電，就需要先設(shè)置蓄電池靜止型不間斷電源供電裝置（UPS），再設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組。
2.6 柴油發(fā)電機(jī)的油箱設(shè)置
在機(jī)房內(nèi)或貯油間要有供3 ~8 h連續(xù)運(yùn)行的日用油箱，但油量超過1 000 L時，宜在室外另設(shè)置儲油罐，且日用油箱容積不容許超過1 m3，超過時需在室外另設(shè)置儲油罐，如未知條件時，可在室外設(shè)置15 m3埋地儲油罐，其尺寸為3000 × 6 000 × 3 200 mm，總儲油量一般可保證機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行24 h以上，如兩臺1 200 kW的柴油發(fā)電機(jī)，設(shè)置15 m3的埋地油罐，可滿足24 h燃油的需要，柴油發(fā)電機(jī)房的油罐進(jìn)出戶管為一個日用油箱一根進(jìn)戶，另外設(shè)置一根備用管，如圖6中所示，兩個日用油箱設(shè)置兩根進(jìn)戶管及兩根備用，可預(yù)留4 × Φ80 mm進(jìn)出戶管至室外儲油罐，室外儲油罐的埋深可以為 - 1. 0 ~ - 1. 3 m。
柴油發(fā)電機(jī)的耗油量的估算：
① 負(fù)荷率50 % 時，耗油量為0. 15 l / h · kW。
②負(fù)荷率75 % 時，耗油量為0. 2 l / h · kW。③負(fù)荷率100 % 時，耗油量為0. 3 l / h · kW。
油箱油罐估算示例：
油箱體積估算可按照：V = P × GT / A進(jìn)行計算。式中：V —— 日用油箱的體積，m3；P —— 機(jī)組功率，kW；G —— 每kW每小時油耗，l；T ——供給時間，h；A —— 充滿系數(shù)。示例：兩臺600 kW柴油發(fā)電機(jī)P = 1 200 kW，負(fù)荷率75 % 時取耗油量為G = 0. 2 l / h · kW，T = 3 h，A = 0. 8，則V = 1 200 × 0. 2 × 3 / 0. 8 =900 l，即0. 9 m3，則選取1 m3的日用油箱就可以滿足3 h的用油需求。油罐體積估算同樣可以采用上述辦法：不同之處是T = 24 h或更高，其余選擇不變，則V = 1 200 × 0. 2 × 24 / 0. 8 =7 200 l，為7. 5m3，選擇10 m3埋地儲油罐即可，如果要滿足36 h或兩臺1 200 kW發(fā)電機(jī)組，則選擇15 m3的油罐即可。
2.7 柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的設(shè)備控制要求
① 發(fā)電機(jī)的控制屏需設(shè)有短路、過負(fù)荷、接地故障及過、欠電壓保護(hù)裝置，開關(guān)一般為手動操作。
②監(jiān)視或控制各種運(yùn)行參數(shù)，保障機(jī)組正常運(yùn)行，同時可發(fā)出預(yù)報警和故障報警信號。
③ 可具有符合開放性標(biāo)準(zhǔn)的可擴(kuò)展現(xiàn)場總線（RS485或LonWorks等）接口的控制裝置，并有通用的網(wǎng)關(guān)支持，可以接入樓宇BA系統(tǒng)。
④ 需要單獨設(shè)置蓄電池組（電壓24 V）作為控制電源，其容量應(yīng)保證柴油發(fā)電機(jī)連續(xù)啟動不少于6次，并設(shè)置整流充電設(shè)備，其輸出電壓應(yīng)高于蓄電池的電壓50 %，輸出電流不小于蓄電池10h的放電率電流。
⑤ 機(jī)組能滿載啟動，電壓調(diào)整率 ± 0. 5 ％。
⑥ 當(dāng)檢測到全部市電中斷供電時，啟動信號取自變電所內(nèi)每組變壓器低壓主進(jìn)開關(guān)之前電壓互感器的輔助觸點，信號經(jīng)過邏輯計算后，發(fā)出信號送至柴油發(fā)電機(jī)控制柜，機(jī)組自啟動，并在15 s內(nèi)向負(fù)荷供電；當(dāng)市電恢復(fù)正常后，電源自動切換，機(jī)組自動延時停機(jī)，由市電向負(fù)荷供電。柴油發(fā)電機(jī)組不能與市電并網(wǎng)運(yùn)行。
⑦應(yīng)急發(fā)電機(jī)供電開關(guān)與系統(tǒng)供電開關(guān)裝設(shè)機(jī)械閉鎖。
⑧ 靜態(tài)特性是指柴油機(jī)所帶負(fù)載由空載逐步滿載時轉(zhuǎn)速的改變，通常控制在額定轉(zhuǎn)速n的5 % 以下，動態(tài)特性是指負(fù)載在空載和滿載時忽然發(fā)生轉(zhuǎn)速改變的變化特性，其中穩(wěn)定時間為空載和滿載忽然發(fā)生改變，從過渡開始至機(jī)組重新穩(wěn)定的時間，穩(wěn)定時間不大于7 s，一般可取5 ~ 7 s，另一項電壓變化是由滿載狀態(tài)下由冷狀態(tài)到熱狀態(tài)的輸出電壓變化，一般不大于額定電壓2 %。
2.8 柴油發(fā)電機(jī)組的接地
柴油發(fā)電機(jī)房一般應(yīng)有3種接地：
① 工作接地：按照《民規(guī)》的要求，當(dāng)采用一臺發(fā)電機(jī)組時需中性點直接接地，當(dāng)兩臺機(jī)組并機(jī)時在不存在環(huán)流的可能下采用中性點經(jīng)刀開關(guān)接地或采用加裝限流電抗器接地。舉例如某一項目采用兩臺柴油發(fā)電機(jī)組，當(dāng)僅一臺單獨運(yùn)行時，其對應(yīng)的刀開關(guān)與接觸器均閉合，實現(xiàn)單一機(jī)組運(yùn)行中性點直接接地，這時另一機(jī)組的接觸器斷開；當(dāng)兩臺機(jī)組并列運(yùn)行時，機(jī)組的中性點經(jīng)刀開關(guān)接地，由于采用了接觸器互鎖，兩個接觸器中只允許接通其中的一個接觸器，另一機(jī)組的接觸器必須斷開，這樣可以避免中性導(dǎo)體產(chǎn)生環(huán)流，可類似于變壓器中性點接地線的選擇，參考圖集的參數(shù)（03D201 - 4《10 / 0. 4 kV變壓器室布置及變配電所常用設(shè)備構(gòu)件安裝》中：“變壓器低壓側(cè)出線選擇”），如項目為1 200 kW柴油發(fā)電機(jī)則可選擇YJV - 1 × 185 mm2接地電纜，相應(yīng)刀開關(guān)及接觸器額定電流選擇為400 A，如圖7所示。
② 保護(hù)接地：柴油發(fā)電機(jī)組的正常不帶電的金屬外殼需接地。
③防靜電接地：燃油系統(tǒng)的設(shè)備及管道需要接地。
④ 以上各種接地與建筑物的其它接地共用接地裝置，即采用聯(lián)合接地方式。
2.9 柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)計其他注意事項
柴油發(fā)電機(jī)的短路電流一般可按額定計算電流的10倍進(jìn)行考慮。單臺電機(jī)容量建議不大于發(fā)電機(jī)容量25 %。
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