自備應(yīng)急柴油發(fā)電機的選擇與運用

王億紅

摘要：自備應(yīng)急柴油發(fā)電機的選擇與運用

關(guān)鍵字：供電范圍、選型、接線形式

隨著社會的進步，人們生活水平的不斷提高和建筑技術(shù)水平的飛速發(fā)展，現(xiàn)代建筑電氣工程項目也隨著人們對建筑物功能性的實際需求不斷增加而發(fā)展創(chuàng)新，其中對自備應(yīng)急柴油發(fā)電機的運用已越來越廣泛，這是因為柴油發(fā)電機能夠在市電中斷時迅速自啟動，以提供應(yīng)急電源保證消防設(shè)備等重要負(fù)載的正常運行，并且柴油發(fā)電機還具有熱效率高、起動迅速、結(jié)構(gòu)緊湊、燃料存儲方便、占地面積小、施工相對簡單、維護操作便捷等特點。我所參建的3M中國漕河涇工廠三期廠房項目和上海半島酒店服務(wù)公寓項目中都實際應(yīng)用到了自備應(yīng)急柴油發(fā)電機。本文將通過我在工程經(jīng)歷中的一些經(jīng)驗、心得和體會，對自備應(yīng)急柴油發(fā)電機的設(shè)置、選型及配電系統(tǒng)的接線等一系列的問題進行淺顯的論述，如有謬誤還望指正。

一、柴油發(fā)電機設(shè)置原則及主要的供電范圍

1、柴油發(fā)電機設(shè)置原則

（1）為保證一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷用電。對于這種情況，供電電網(wǎng)雖然已提供二個獨立電源，但應(yīng)考慮當(dāng)系統(tǒng)一路電源檢修或故障時，另一路電源又發(fā)生故障的嚴(yán)重情況，此時應(yīng)設(shè)置自備應(yīng)急柴油發(fā)電機。

（2）對于一級負(fù)荷當(dāng)?shù)毓╇婋娋W(wǎng)只能提供一路電源，或取得第二電源有困難或不經(jīng)濟合理時，應(yīng)設(shè)置自備應(yīng)急柴油發(fā)電機。此時自備應(yīng)急柴油發(fā)電機不僅僅是作為應(yīng)急電源使用，也是作為備用電源使用。

（3）對于大、中型商業(yè)性大廈及廠房，應(yīng)考慮當(dāng)市電中斷供電將會造成經(jīng)濟效益有較大損失時，應(yīng)設(shè)置自備應(yīng)急柴油發(fā)電機。3M中國漕河涇工廠三期廠房項目按照此標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置自備應(yīng)急柴油發(fā)電機。

（4）按照我國旅游飯店星級標(biāo)準(zhǔn)，四星級和五星級賓館應(yīng)設(shè)置自備應(yīng)急柴油發(fā)電機。上海半島酒店服務(wù)公寓項目按照此規(guī)范設(shè)置自備應(yīng)急柴油發(fā)電機。

2、柴油發(fā)電機主要的供電范圍

（1）消防設(shè)施用電：消防泵、噴淋泵、正壓風(fēng)機、排煙風(fēng)機、消防電梯、電動防火卷簾門、應(yīng)急照明、疏散指示照明、火災(zāi)自動報警等。

（2）各類大、中型計算機、安保、通訊等系統(tǒng)設(shè)施。

（3）在條件允許時可考慮部分給、排水泵、電梯、冷藏設(shè)備、生產(chǎn)工藝設(shè)備等。

二、柴油發(fā)電機的選型

1、柴油發(fā)電機的容量選擇

（1）應(yīng)急電源一般只設(shè)一臺機組，其容量按應(yīng)急負(fù)荷大小和起動大的電動機容量等因素綜合考慮。

（2）在方案設(shè)計階段時，可按變壓器容量的10～20%或按建筑面積15～20W/m2選擇柴油發(fā)電機容量兩者取其容量最大的進行計算。

（3）在施工圖設(shè)計階段時，應(yīng)根據(jù)各專業(yè)提供的條件計算消防泵、噴淋泵、正壓風(fēng)機、排煙機、消防電梯、電動防火卷簾門、應(yīng)急照明、疏散指示照明、火災(zāi)自動報警等設(shè)備用電量。對重要建筑，機組還作備用電源，此時還需計算部分給、排水泵、污水處理設(shè)備、備用照明、電梯、冷藏、生產(chǎn)工藝設(shè)備等用電量。計算公式：S=αP∑/ηcosφ

P∑----總負(fù)荷（KW）

η----總負(fù)荷的計算效率

α----負(fù)荷率

cosφ----發(fā)電機額定功率因素，取0.8

（4）當(dāng)應(yīng)急負(fù)載中有較大的電動機設(shè)備時，電動機起動時柴油機能否跟上而不致熄火，這就需要按最大的單臺電動機或成組電動機啟動的需要校驗發(fā)電機組的容量，校驗的方法是根據(jù)計算所選機組容量減去除最大容量電動機以外所帶負(fù)載容量，剩下的容量應(yīng)符合下式：PG≥KP

PG-----機組剩下的功率

K-----機組剩下的容量為被最大容量電動機啟動的最小倍數(shù)

（應(yīng)考慮發(fā)電機母線允許電壓降20%及電動機啟動方式）

P-----最大容量電動機的額定功率

根據(jù)上述校驗公式，當(dāng)應(yīng)急負(fù)載中有較大的電動機設(shè)備時，為保證發(fā)電機母線電壓降不大于20%，同時為控制發(fā)電機容量，因此對于大容量電動機應(yīng)采用降壓啟動方式。

（5）柴油發(fā)電機的額定功率是指柴油機在正常工況下以額定方式連續(xù)運行十二小時的功率（包括超負(fù)荷10%運行一小時），當(dāng)柴油發(fā)電機在系統(tǒng)中不僅僅是作為應(yīng)急電源使用，也是作為備用電源使用時，如果機組連續(xù)運行時間超過十二小時，則應(yīng)按90%額定功率使用，有條件者可擴大機組的容量，使柴油發(fā)電機常載功率滿足備用電源容量的要求。

3、柴油發(fā)電機的性能要求：

（1）啟動方式：柴油機在啟動時，必須依靠外力驅(qū)動曲軸旋轉(zhuǎn)，當(dāng)達到一定轉(zhuǎn)速時，汽缸內(nèi)的空氣被壓縮到一定的壓力和溫度，使噴進汽缸的燃油開始燃燒，柴油機才開始正常地運轉(zhuǎn)起來。柴油機的啟動方式分為三種：手動啟動，電動啟動，壓縮空氣啟動。在重要建筑中應(yīng)盡量采用電動啟動方式并裝設(shè)快速自啟動裝置，正常時機組始終處于啟動準(zhǔn)備狀態(tài)，當(dāng)市電中斷時機組應(yīng)立即啟動并在15s內(nèi)能投入正常帶負(fù)荷運行。對于非重要建筑有條件時也宜采用帶自啟動裝置的機組，有困難時可采用手動啟動。當(dāng)采用電動啟動方式時，柴油機啟動的電源為蓄電池，電壓一般為24V，容量應(yīng)按柴油機連續(xù)啟動不少于6次確定。蓄電池應(yīng)在柴油機的就近設(shè)置，正常時處于浮充電狀態(tài)以保證蓄電池有足夠的能量以適應(yīng)應(yīng)急啟動的需要。

（2）轉(zhuǎn)速：柴油發(fā)電機的轉(zhuǎn)速可分為高、中、低三類，高轉(zhuǎn)速≥1000轉(zhuǎn)/分，中轉(zhuǎn)速在300～1000轉(zhuǎn)/分，低轉(zhuǎn)速≤300轉(zhuǎn)/分。在高層建筑中應(yīng)選用轉(zhuǎn)速1000～1500轉(zhuǎn)/分的高速機組，因為這種機組具有體積小，重量輕，運行可靠的優(yōu)點。

（3）冷卻方式：柴油機在運行中由于柴油的燃燒產(chǎn)生高溫，為保證柴油機受熱部件不受高溫的影響，并保證各工作面的潤滑，因此就要在受熱部分進行冷卻，通過冷卻系統(tǒng)從各受熱部件帶走熱量使機組保持正常的工作溫度。柴油機的冷卻方式有水冷和風(fēng)冷兩種，水冷機組又分為封閉式自循環(huán)冷卻及開式循環(huán)冷卻機組。上海半島酒店服務(wù)公寓項目作為高層建筑，因此優(yōu)先考慮優(yōu)先選用封閉式自循環(huán)冷卻機組，因為這種機組體積小，所占面積空間較小。

（4）勵磁系統(tǒng)：勵磁系統(tǒng)是發(fā)電機的主要組成部分，勵磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)的主要任務(wù)是維持電壓于一定的水平，增加輸送功率和輸送距離，提高系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性等。勵磁系統(tǒng)有多種，高層建筑中一般選用無刷型自動勵磁裝置，采用這種勵磁方式的發(fā)電機特點是：當(dāng)與自動電壓調(diào)整裝置配套使用時，其靜態(tài)電壓調(diào)整率可保證在±2.5%以內(nèi)，這種機組能適應(yīng)各種運行方式，易于實現(xiàn)機組自動化或?qū)Πl(fā)電機組的遙控。

（5）柴油發(fā)電機的繼保及自動化：柴油發(fā)電機應(yīng)設(shè)置自身的配電主開關(guān)，該主開關(guān)在柴油發(fā)電機起動電壓、頻率參數(shù)等正常后能自動合閘，而且應(yīng)具有過電壓、低電壓、短路保護，過負(fù)荷保護，接地故障保護功能。同時柴油發(fā)電機組應(yīng)能提供機組運行、故障信號，主開關(guān)分合閘、故障信號及各類運行參數(shù)：電流、電壓、頻率、功率、功率因數(shù)等給予BAS系統(tǒng)和消防系統(tǒng)。在工程中市電失電信號和消防中心指令信號應(yīng)都能自動啟動柴油發(fā)電機組，這時需確定機組所接受的信號是有源信號還是無源觸點。若是有源信號，則對市電失電可以從變壓器0.4KV側(cè)獲取，對消防中心指令信號需經(jīng)過轉(zhuǎn)換提供相同等級的電源信號。若是無源觸點，市電失電可以從變壓器0.4KV側(cè)總開關(guān)輔助接點獲取。

三、柴油發(fā)電機與正常電源配電系統(tǒng)的接線形式

對于柴油發(fā)電機與正常電源配電系統(tǒng)的接線形式，根據(jù)本人參與的工程實例基本有以下幾種接線類型供參考討論。

1、一路電源變壓器時柴油發(fā)電機接線（發(fā)電機側(cè)無電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)ATS）

這種情況如圖1所示：

市電一旦丟失，由0.4KV母排提供有源信號，使發(fā)電機自動啟動，待電壓頻率正常后，發(fā)電機開關(guān)自動合上，對重要負(fù)載提供應(yīng)急電源。該方案發(fā)電機側(cè)無電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)（ATS），在重要負(fù)載配電箱處有雙電源自動轉(zhuǎn)換裝置，結(jié)線和操作都較為簡便，市電恢復(fù)后只需合上市電電源總開關(guān)，發(fā)電機主開關(guān)分閘，機組空載延時一個時間后，機組停止，由市電供電。此方案不足之處是應(yīng)急電源僅對重要負(fù)載（一級負(fù)荷）供電，對次重要負(fù)載（二級負(fù)荷）就得不到應(yīng)急電源供給，發(fā)電機容量未得到充分發(fā)揮，尤其是消防設(shè)施未使用時更為突出。其次應(yīng)急電源線路平時處于冷備用狀態(tài)，對可靠性也有影響。

2、一路電源變壓器時柴油發(fā)電機接線（發(fā)電機側(cè)有電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)ATS）

該接線情況如圖2所示：

在發(fā)電機側(cè)裝有電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)ATS，平時所有負(fù)載由市電供給，一旦市電丟失，由ATS市電側(cè)中間繼電器提供無源閉合接點，使發(fā)電機自動啟動，待電壓頻率正常后合上1P開關(guān)，此時ATS發(fā)電機側(cè)有電，ATS即進行電源切換，對重要負(fù)載和次重要負(fù)載提供應(yīng)急電源。若遇火災(zāi)，發(fā)電機容量不夠，可切除一些次重要負(fù)載，這樣發(fā)電機容量可充分發(fā)揮。市電源恢復(fù)后，ATS轉(zhuǎn)換到市電側(cè)，由中間繼電器提供無源常開接點使發(fā)電機停止（由發(fā)電機自身調(diào)節(jié)機構(gòu)延時一個時間后停止）。

此方案由于使用了ATS，若發(fā)電機配有自動合閘開關(guān)，P1開關(guān)常合可實現(xiàn)自動化，在失電和復(fù)電過程中無需進行開關(guān)操作，而且此方案對重用負(fù)載的應(yīng)急電源配電線路平時處于熱備用狀態(tài)，因而提高了供電的可靠性。

3、根據(jù)每座建筑和每組重要設(shè)備接線，如圖3所示：

該接線方案發(fā)電機主開關(guān)同應(yīng)急電源總進線開關(guān)聯(lián)動，柴油發(fā)電機啟動參數(shù)正常后，主開關(guān)自動合上，聯(lián)動總進線開關(guān)自動合上，機組解例后相應(yīng)開關(guān)自動跳閘。該接線方案在發(fā)電機側(cè)無電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)ATS，在每幢建筑物處或每組重要設(shè)備處均裝有電源轉(zhuǎn)換開關(guān)，任何一幢建筑物一旦丟失市電，由電源轉(zhuǎn)換開關(guān)發(fā)出指令使柴油機自動起動。該方案接線和操作均較簡單，適用于眾多建筑物群。不足之處是任何一幢建筑物失市電都能起動柴油機。若負(fù)載不大，柴油發(fā)電機處于低負(fù)載下運行，這對柴油機很不利，機組要求負(fù)載運行在30%額定負(fù)載以上，如低于30%，機組燃料在氣缸內(nèi)燃燒就不充分，產(chǎn)生炭粒損害氣缸。為改善這種狀況，可采用一大一小二臺柴油發(fā)電機，負(fù)載小時，可使用一臺小容量機組?；蛘咴谥挥幸慌_柴油發(fā)電機情況下，自動啟動，機組的信號取自變壓器0.4KV總電源側(cè)，確實做到無市電時才啟動發(fā)電機組，而不是一幢建筑無市電就啟動發(fā)電機組。這個方案還有一個不足之處就是應(yīng)急線路長期處于冷備用狀態(tài)，對可靠性是不利的。

4、一個變電所二臺變壓器的接線

接線方式詳見圖4：

上海半島酒店服務(wù)公寓項目在地下一層設(shè)置有10KV變電所，并配備有2臺1250KVA的環(huán)氧樹脂澆注低噪聲干式變壓器，通過查閱了相關(guān)的資料并結(jié)合現(xiàn)場情況，我們正是采用此種接線方案。該方案充分發(fā)揮了二臺市電變壓器的作用，二臺變壓器0.4KV側(cè)采用單母線分段聯(lián)絡(luò)的接線方式，平時各類負(fù)載由各自變壓器供電，當(dāng)一路市電失電時，母線分段聯(lián)絡(luò)開關(guān)合閘，由一路市電同時供應(yīng)二段母線，若二路市電同時失電時，發(fā)電機組獲得信號自動啟動，在頻率和電壓正常后，1P開關(guān)自動合上，使ATS開關(guān)轉(zhuǎn)換，由發(fā)電機供電。該方案避免柴油發(fā)電機在低負(fù)載下運行。由于配電線路平時是帶負(fù)荷運行，如有故障可及時維修，經(jīng)常處于完好狀態(tài)，因而提高了供電可靠性。運用這個方案時必需注意變壓器0.4KV側(cè)Ι段和Π段的負(fù)載接線，Π段母線接集中負(fù)載總開關(guān)2P，而Ι段母線接各個負(fù)載開關(guān)，或反過來也可以，切莫把使用應(yīng)急電源的各個負(fù)載通過各個開關(guān)接在二個母線段上。選擇變壓器容量應(yīng)至少保證一臺變壓器能擔(dān)負(fù)應(yīng)急電源的負(fù)載量。該接線方式實際施工中較為常用。

5、二個變電所各二臺變壓器的接線

該方案在應(yīng)急電源發(fā)電機配電側(cè)無電源轉(zhuǎn)換開關(guān)，下級分干線處有電源轉(zhuǎn)換開關(guān)（1ATS、2ATS），其它內(nèi)容敘述參見一個變電所二臺變壓器的接線。接線方式詳見圖5：

四、結(jié)束語

目前國家電能供給因多方面原因出現(xiàn)了嚴(yán)重緊缺，商業(yè)用電受到一定程度限制，自備應(yīng)急柴油發(fā)電機將會有更廣泛的用途，比如新興的信息產(chǎn)業(yè)，各種信息和數(shù)據(jù)變得至關(guān)重要，如果不給這些信息和數(shù)據(jù)提供應(yīng)急電源加以保護，不能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換和各種信息的存儲，這些數(shù)據(jù)一旦丟失，將帶來無法彌補的損失。這對于我們建筑施工企業(yè)就提出了更高的要求和標(biāo)準(zhǔn)，只有不斷地在工作實踐中加以發(fā)展和創(chuàng)新才是我們建筑施工企業(yè)保持活力的所在。

日期：2021年6月