自備應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)的選擇與運(yùn)用

王億紅

摘要：自備應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)的選擇與運(yùn)用

關(guān)鍵字：供電范圍、選型、接線形式

隨著社會(huì)的進(jìn)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(xiàng)目也隨著人們對(duì)建筑物功能性的實(shí)際需求不斷增加而發(fā)展創(chuàng)新，其中對(duì)自備應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)的運(yùn)用已越來越廣泛，這是因?yàn)椴裼桶l(fā)電機(jī)能夠在市電中斷時(shí)迅速自啟動(dòng)，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(yùn)行，并且柴油發(fā)電機(jī)還具有熱效率高、起動(dòng)迅速、結(jié)構(gòu)緊湊、燃料存儲(chǔ)方便、占地面積小、施工相對(duì)簡單、維護(hù)操作便捷等特點(diǎn)。我所參建的3M中國漕河涇工廠三期廠房項(xiàng)目和上海半島酒店服務(wù)公寓項(xiàng)目中都實(shí)際應(yīng)用到了自備應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)。本文將通過我在工程經(jīng)歷中的一些經(jīng)驗(yàn)、心得和體會(huì)，對(duì)自備應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)的設(shè)置、選型及配電系統(tǒng)的接線等一系列的問題進(jìn)行淺顯的論述，如有謬誤還望指正。

一、柴油發(fā)電機(jī)設(shè)置原則及主要的供電范圍

1、柴油發(fā)電機(jī)設(shè)置原則

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

（2）對(duì)于一級(jí)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(jì)合理時(shí)，應(yīng)設(shè)置自備應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)。此時(shí)自備應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)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(duì)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(huì)造成經(jīng)濟(jì)效益有較大損失時(shí)，應(yīng)設(shè)置自備應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)。3M中國漕河涇工廠三期廠房項(xiàng)目按照此標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置自備應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)。

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

2、柴油發(fā)電機(jī)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(jī)、排煙風(fēng)機(jī)、消防電梯、電動(dòng)防火卷簾門、應(yīng)急照明、疏散指示照明、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警等。

（2）各類大、中型計(jì)算機(jī)、安保、通訊等系統(tǒng)設(shè)施。

（3）在條件允許時(shí)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(jī)的選型

1、柴油發(fā)電機(jī)的容量選擇

（1）應(yīng)急電源一般只設(shè)一臺(tái)機(jī)組，其容量按應(yīng)急負(fù)荷大小和起動(dòng)大的電動(dòng)機(jī)容量等因素綜合考慮。

（2）在方案設(shè)計(jì)階段時(shí)，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(jī)容量兩者取其容量最大的進(jìn)行計(jì)算。

（3）在施工圖設(shè)計(jì)階段時(shí)，應(yīng)根據(jù)各專業(yè)提供的條件計(jì)算消防泵、噴淋泵、正壓風(fēng)機(jī)、排煙機(jī)、消防電梯、電動(dòng)防火卷簾門、應(yīng)急照明、疏散指示照明、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警等設(shè)備用電量。對(duì)重要建筑，機(jī)組還作備用電源，此時(shí)還需計(jì)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(jì)算公式：S=αP∑/ηcosφ

P∑----總負(fù)荷（KW）

η----總負(fù)荷的計(jì)算效率

α----負(fù)荷率

cosφ----發(fā)電機(jī)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(dòng)機(jī)設(shè)備時(shí)，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)柴油機(jī)能否跟上而不致熄火，這就需要按最大的單臺(tái)電動(dòng)機(jī)或成組電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的需要校驗(yàn)發(fā)電機(jī)組的容量，校驗(yàn)的方法是根據(jù)計(jì)算所選機(jī)組容量減去除最大容量電動(dòng)機(jī)以外所帶負(fù)載容量，剩下的容量應(yīng)符合下式：PG≥KP

PG-----機(jī)組剩下的功率

K-----機(jī)組剩下的容量為被最大容量電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的最小倍數(shù)

（應(yīng)考慮發(fā)電機(jī)母線允許電壓降20%及電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式）

P-----最大容量電動(dòng)機(jī)的額定功率

根據(jù)上述校驗(yàn)公式，當(dāng)應(yīng)急負(fù)載中有較大的電動(dòng)機(jī)設(shè)備時(shí)，為保證發(fā)電機(jī)母線電壓降不大于20%，同時(shí)為控制發(fā)電機(jī)容量，因此對(duì)于大容量電動(dòng)機(jī)應(yīng)采用降壓啟動(dòng)方式。

（5）柴油發(fā)電機(jī)的額定功率是指柴油機(jī)在正常工況下以額定方式連續(xù)運(yùn)行十二小時(shí)的功率（包括超負(fù)荷10%運(yùn)行一小時(shí)），當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)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(shí)，如果機(jī)組連續(xù)運(yùn)行時(shí)間超過十二小時(shí)，則應(yīng)按90%額定功率使用，有條件者可擴(kuò)大機(jī)組的容量，使柴油發(fā)電機(jī)常載功率滿足備用電源容量的要求。

3、柴油發(fā)電機(jī)的性能要求：

（1）啟動(dòng)方式：柴油機(jī)在啟動(dòng)時(shí)，必須依靠外力驅(qū)動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)，當(dāng)達(dá)到一定轉(zhuǎn)速時(shí)，汽缸內(nèi)的空氣被壓縮到一定的壓力和溫度，使噴進(jìn)汽缸的燃油開始燃燒，柴油機(jī)才開始正常地運(yùn)轉(zhuǎn)起來。柴油機(jī)的啟動(dòng)方式分為三種：手動(dòng)啟動(dòng)，電動(dòng)啟動(dòng)，壓縮空氣啟動(dòng)。在重要建筑中應(yīng)盡量采用電動(dòng)啟動(dòng)方式并裝設(shè)快速自啟動(dòng)裝置，正常時(shí)機(jī)組始終處于啟動(dòng)準(zhǔn)備狀態(tài)，當(dāng)市電中斷時(shí)機(jī)組應(yīng)立即啟動(dòng)并在15s內(nèi)能投入正常帶負(fù)荷運(yùn)行。對(duì)于非重要建筑有條件時(shí)也宜采用帶自啟動(dòng)裝置的機(jī)組，有困難時(shí)可采用手動(dòng)啟動(dòng)。當(dāng)采用電動(dòng)啟動(dòng)方式時(shí)，柴油機(jī)啟動(dòng)的電源為蓄電池，電壓一般為24V，容量應(yīng)按柴油機(jī)連續(xù)啟動(dòng)不少于6次確定。蓄電池應(yīng)在柴油機(jī)的就近設(shè)置，正常時(shí)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(dòng)的需要。

（2）轉(zhuǎn)速：柴油發(fā)電機(jī)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(jī)組，因?yàn)檫@種機(jī)組具有體積小，重量輕，運(yùn)行可靠的優(yōu)點(diǎn)。

（3）冷卻方式：柴油機(jī)在運(yùn)行中由于柴油的燃燒產(chǎn)生高溫，為保證柴油機(jī)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(jìn)行冷卻，通過冷卻系統(tǒng)從各受熱部件帶走熱量使機(jī)組保持正常的工作溫度。柴油機(jī)的冷卻方式有水冷和風(fēng)冷兩種，水冷機(jī)組又分為封閉式自循環(huán)冷卻及開式循環(huán)冷卻機(jī)組。上海半島酒店服務(wù)公寓項(xiàng)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(jī)組，因?yàn)檫@種機(jī)組體積小，所占面積空間較小。

（4）勵(lì)磁系統(tǒng)：勵(lì)磁系統(tǒng)是發(fā)電機(jī)的主要組成部分，勵(lì)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(dòng)態(tài)穩(wěn)定性等。勵(lì)磁系統(tǒng)有多種，高層建筑中一般選用無刷型自動(dòng)勵(lì)磁裝置，采用這種勵(lì)磁方式的發(fā)電機(jī)特點(diǎn)是：當(dāng)與自動(dòng)電壓調(diào)整裝置配套使用時(shí)，其靜態(tài)電壓調(diào)整率可保證在±2.5%以內(nèi)，這種機(jī)組能適應(yīng)各種運(yùn)行方式，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)組自動(dòng)化或?qū)Πl(fā)電機(jī)組的遙控。

（5）柴油發(fā)電機(jī)的繼保及自動(dòng)化：柴油發(fā)電機(jī)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(jī)起動(dòng)電壓、頻率參數(shù)等正常后能自動(dòng)合閘，而且應(yīng)具有過電壓、低電壓、短路保護(hù)，過負(fù)荷保護(hù)，接地故障保護(hù)功能。同時(shí)柴油發(fā)電機(jī)組應(yīng)能提供機(jī)組運(yùn)行、故障信號(hào)，主開關(guān)分合閘、故障信號(hào)及各類運(yùn)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(hào)和消防中心指令信號(hào)應(yīng)都能自動(dòng)啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組，這時(shí)需確定機(jī)組所接受的信號(hào)是有源信號(hào)還是無源觸點(diǎn)。若是有源信號(hào)，則對(duì)市電失電可以從變壓器0.4KV側(cè)獲取，對(duì)消防中心指令信號(hào)需經(jīng)過轉(zhuǎn)換提供相同等級(jí)的電源信號(hào)。若是無源觸點(diǎn)，市電失電可以從變壓器0.4KV側(cè)總開關(guān)輔助接點(diǎn)獲取。

三、柴油發(fā)電機(jī)與正常電源配電系統(tǒng)的接線形式

對(duì)于柴油發(fā)電機(jī)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(shí)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(shí)柴油發(fā)電機(jī)接線（發(fā)電機(jī)側(cè)無電源自動(dòng)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(hào)，使發(fā)電機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)，待電壓頻率正常后，發(fā)電機(jī)開關(guān)自動(dòng)合上，對(duì)重要負(fù)載提供應(yīng)急電源。該方案發(fā)電機(jī)側(cè)無電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)（ATS），在重要負(fù)載配電箱處有雙電源自動(dòng)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(jī)主開關(guān)分閘，機(jī)組空載延時(shí)一個(gè)時(shí)間后，機(jī)組停止，由市電供電。此方案不足之處是應(yīng)急電源僅對(duì)重要負(fù)載（一級(jí)負(fù)荷）供電，對(duì)次重要負(fù)載（二級(jí)負(fù)荷）就得不到應(yīng)急電源供給，發(fā)電機(jī)容量未得到充分發(fā)揮，尤其是消防設(shè)施未使用時(shí)更為突出。其次應(yīng)急電源線路平時(shí)處于冷備用狀態(tài)，對(duì)可靠性也有影響。

2、一路電源變壓器時(shí)柴油發(fā)電機(jī)接線（發(fā)電機(jī)側(cè)有電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)ATS）

該接線情況如圖2所示：

在發(fā)電機(jī)側(cè)裝有電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)ATS，平時(shí)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(diǎn)，使發(fā)電機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)，待電壓頻率正常后合上1P開關(guān)，此時(shí)ATS發(fā)電機(jī)側(cè)有電，ATS即進(jìn)行電源切換，對(duì)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(jī)容量不夠，可切除一些次重要負(fù)載，這樣發(fā)電機(jī)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(diǎn)使發(fā)電機(jī)停止（由發(fā)電機(jī)自身調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)延時(shí)一個(gè)時(shí)間后停止）。

此方案由于使用了ATS，若發(fā)電機(jī)配有自動(dòng)合閘開關(guān)，P1開關(guān)常合可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，在失電和復(fù)電過程中無需進(jìn)行開關(guān)操作，而且此方案對(duì)重用負(fù)載的應(yīng)急電源配電線路平時(shí)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(jī)主開關(guān)同應(yīng)急電源總進(jìn)線開關(guān)聯(lián)動(dòng)，柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)參數(shù)正常后，主開關(guān)自動(dòng)合上，聯(lián)動(dòng)總進(jìn)線開關(guān)自動(dòng)合上，機(jī)組解例后相應(yīng)開關(guān)自動(dòng)跳閘。該接線方案在發(fā)電機(jī)側(cè)無電源自動(dòng)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(jī)自動(dòng)起動(dòng)。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(dòng)柴油機(jī)。若負(fù)載不大，柴油發(fā)電機(jī)處于低負(fù)載下運(yùn)行，這對(duì)柴油機(jī)很不利，機(jī)組要求負(fù)載運(yùn)行在30%額定負(fù)載以上，如低于30%，機(jī)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(tái)柴油發(fā)電機(jī)，負(fù)載小時(shí)，可使用一臺(tái)小容量機(jī)組。或者在只有一臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)情況下，自動(dòng)啟動(dòng)，機(jī)組的信號(hào)取自變壓器0.4KV總電源側(cè)，確實(shí)做到無市電時(shí)才啟動(dòng)發(fā)電機(jī)組，而不是一幢建筑無市電就啟動(dòng)發(fā)電機(jī)組。這個(gè)方案還有一個(gè)不足之處就是應(yīng)急線路長期處于冷備用狀態(tài)，對(duì)可靠性是不利的。

4、一個(gè)變電所二臺(tái)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(xiàng)目在地下一層設(shè)置有10KV變電所，并配備有2臺(tái)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(chǎng)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(tái)市電變壓器的作用，二臺(tái)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(shí)各類負(fù)載由各自變壓器供電，當(dāng)一路市電失電時(shí)，母線分段聯(lián)絡(luò)開關(guān)合閘，由一路市電同時(shí)供應(yīng)二段母線，若二路市電同時(shí)失電時(shí)，發(fā)電機(jī)組獲得信號(hào)自動(dòng)啟動(dòng)，在頻率和電壓正常后，1P開關(guān)自動(dòng)合上，使ATS開關(guān)轉(zhuǎn)換，由發(fā)電機(jī)供電。該方案避免柴油發(fā)電機(jī)在低負(fù)載下運(yùn)行。由于配電線路平時(shí)是帶負(fù)荷運(yùn)行，如有故障可及時(shí)維修，經(jīng)常處于完好狀態(tài)，因而提高了供電可靠性。運(yùn)用這個(gè)方案時(shí)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(gè)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(gè)負(fù)載通過各個(gè)開關(guān)接在二個(gè)母線段上。選擇變壓器容量應(yīng)至少保證一臺(tái)變壓器能擔(dān)負(fù)應(yīng)急電源的負(fù)載量。該接線方式實(shí)際施工中較為常用。

5、二個(gè)變電所各二臺(tái)變壓器的接線

該方案在應(yīng)急電源發(fā)電機(jī)配電側(cè)無電源轉(zhuǎn)換開關(guān)，下級(jí)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(gè)變電所二臺(tái)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(jī)將會(huì)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(hù)，不能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換和各種信息的存儲(chǔ)，這些數(shù)據(jù)一旦丟失，將帶來無法彌補(bǔ)的損失。這對(duì)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(shí)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