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柴油发电机组设置原则与机房设计


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。

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。

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。

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。

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。

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)。

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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。

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。

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;

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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。

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