柴发机组供电原则、容量选型与计算公式

摘要：作为在后备电源使用的发电机组无特殊要求，一般而言，现在采用市场主流的康明斯柴油发电机，工业型、水冷式、带式驱动闭路散热（散热器要求经过耐盐雾处置）、四冲程、电子控制直喷式、涡轮增压的柴油发电机为主，并具有数字调速系统。康明斯公司依据JGJ16—2008《民用建筑电气设计规范》、《工业与民用配电设计手册》，结合项目案例，介绍了工程项目中柴油发电机功率计算策略。提出选型柴油发电机可从稳定负荷、尖峰负荷及母线压降方面考虑，选用的额定功率应符合设备实际运行的优势，从而确保柴油发电机的使用状况和使用时限。

      根据国家技术标准及相关规范（包括各地方规范的要求），应急柴油发电机详细为一级负载中特别重要负荷及消防负荷供电。特别重要负荷包括IT机房、电信机房、垂直电梯等。消防负荷包括消防风机、防火卷帘、消防排气窗、消防控制室电源、消防水泵、消防应急照明和疏散照明、变电所用电、柴发机房用电等，典型供电系统和机房安置如图1、图2所示。在明确应急发电机组的供电范围后，需要根据火灾和非火灾状况下分别计算。

      大部分情况下，购买发电机详细先根据火灾状况下操作的消防负载来确定应急发电机组功率，再根据发电机功率确定非火灾情况下特别重要负载用电是否满足发电机组容量的要求验证。

      计算应急发电机在火灾状况下的负载时，需要考虑到发生火灾的情况，民用建筑一般按火灾时较大防火分区（消防装备投入容量较大）进行计算，同时，还需要考虑相邻防火分区受火灾危害的情况。此外，不仅考虑相对应防火分区需供电的消防负载及非火灾状况下的常用消防负荷，还需注意在应急发电机供电状况下，其他防火分区内由此发电机供电的一、二级负载在接到切除指令之后，需要延时切断电源的负荷。

      同样，应急发电机在非消防情况下进行负荷计算时，除了要考虑特别重要负载外，还应考虑在非火灾情况下的常载消防负荷；除特别重要负载外，基于业主额外要求，也可以适当增加业主自需的重要负荷，并视负载功率购买发电机（发电机容量应以消防或非消防状态下的重要负载中大者为选择依据），且火灾时一旦切除非消防电源，此部分内容应无因素优先切除。

      自起动发电机是为保证消防负载或特别重要负荷供电可靠的应急电源，在大电电源中断供电时，除在规定时间内能自启动供电外，还应满足所有保安负荷或一级负载的供电容量要求，若功率选得小，则发电机起动时电压降过大，发电机无法启动，自启动发电机起动失败，失去后备电源的功用；若功率选得过大，初期投资大，运营经济效益差。所以，正确计算保安负荷或一级负载的功率，确定负荷投入顺序和发电机起动时允许的电压降是购买发电机容量的重要前提。自启动发电机的容量应满足如下要素：

（3）在起动大功率发电机时，母线上的电压降应保证已经正常工作的负载所允许的电压降，又能满足发电机本身的起动转矩要求。

      主柴油发电机要求带有电子速度控制器，其调速性能保证在作业负载突加到额定值使柴油发电机的速度保持在运行速度的±0.3％以内。而在稳态时柴油发电机的运转速度保持在±0.5％以内。不一样计算方法得出的发电机系统功率不同，具体如下：

      在发电机的选型方面，备载电源一般的要求发电机具备以下数据：

      发电机在空载额定电压时，线电压的波形畸变率应不大于2％。另外，发电机在额定工况因素下，能正常连续工作，带空气滤网，不带网罩。以防止加装网罩带来的通风量不足。

      由故而在海岸环境下操作，发电机同样需要考虑防潮湿及盐雾环境带来的损害，故而发电机也需要装有防冷凝加热器，工作电压为220V。同时，还要考虑为发电机组加装绕组温度继电器及温控盒，该系统为防止绕组过热报警系统，能够有效地预防滤网堵塞时造成通气不畅导致的过温。

      当客户需要绕组温度显示时，还可以选配绕组RTD，绕组RTD默认为PT100感应器，还可以选定一款多用途仪表，方便数据读取，同时还可以装配轴承RTD。发电机外壳同时需要防盐雾，一般要求漆膜厚度达到240μm。

      轮胎吊是在室外操作，柴油发电机组需要放置在合适的防护箱（动力房）中，因码头环境情况对噪音的敏感度不高，但对动力房的防雨，海边防盐雾，耐腐蚀的要求较高，防音箱的制造要求及喷涂要求相对偏高，见下节专业指南。防音箱式柴油发电机组（备用电源通常称呼为动力房，以下简称动力房），安装在轮胎吊两个门框之间的横梁上，发电机组的排气装置引至起重机龙门架的顶端排放，动力房装配横梁的下部布置日用油箱，实现发电机组的供油如图11-4所示。依据发电机组的容量大小及功用的不同，按房体的结构形式具体可分为：

（1）作为轮胎吊具体动力来源操作时，发电机组的房体体积大，需要安装到两个门架之间的鞍梁上，如图5所示。机房进风在顶部，消声器也布局在顶部。

（2）当发电机组作为备用电源时，一般是装配在两个轮胎之间的横梁上，如图6所示，方便使用，不占用空间。

      作为辅助电源的情形下，详细考虑满足集装箱轮胎吊的转场所需容量即可。另外一种情况是作为主用设备的应急备用发电机组，其功率等同主用发电机组。实际应用中通常较少操作这种选购，因为会造成装备的浪费，并增加成本。

      建筑处于火灾因素下，为确保人员安全疏散和抢险救援，许多消防用电装备仍需要坚持工作，为消防用电装备应急供电的独立电源就称为消防后备电源。

消防后备电源有应急发电机组、消防应急电源等。在特定防火对象的建筑物内，消防后备电源种类不是单一的，多采用几个电源的组合举措。一般根据建筑负载等级、供电品质、应急负载的数量与分布以及负载特征等要素来决定措施的选型。消防用电设备正常要素下由主电源供电，火灾时由消防后备电源供电，当主电源不论任何原因切断时，消防备载电源应能自动投入以保证消防用电的可靠性。以深圳某康明斯发电机组用户示例，其计算法如表1。

      目前，许多大型综合体或大型商业建筑越来越多地在全国各级城市拔地而起，这些带有地标或是区域商业中心性质的建筑物成为一个城市的消费中心和活力象征。因此，对于此类人流密集、火灾情况下容易造成人员伤亡或是重大经济损失的建筑，为**其在火灾状况下的消防负载或是断电情形下重要负荷的供电可靠性，一般把发电机作为消防负荷或重要负载的应急电源，因其具有可持续供电时间较长、选取容量较大、独立运转不受外部电网危害以及可靠性高等亮点，故在大型工程中得到广泛运用。

      本文通过实际案例对深圳某商业建筑中柴油发电机的容量进行计算和校验，主要小议了低压柴油发电机功率计算选型时需要注意的问题，同时强调存在消防水泵在控制元件损坏的情形下必须强制启动的状况。可以得出：消防水泵的容量会对发电机功率的选购有着直接危害，消防泵容量越大，越需要对发电机的容量进行校验。