某劇院柴油發電機組設計

王 娟

(北京市建筑設計研究院有限公司 建筑與環藝設計院,北京 100045)

0 引 言

某劇院為大型甲等劇院,建設規模為1 201座大劇院和544座多功能小劇場,總建筑面積約7萬m2。建筑主要功能包括大劇院、多功能小劇場、工人文化宮、青少年活動中心、婦女兒童活動中心、老年活動中心、軍休干部活動中心、會議中心、餐廳、地下車庫及附屬配套用房等;地下機動車停車數為236輛(屬II類停車庫)。該工程建筑層數為北樓地上4層,南樓地上5層;地下1層(連通);建筑高度為22.5 m;綠色建筑設計標準為三星級。

1 市政電源情況

1.1 項目之初市政條件

該劇院在初步設計階段的市政條件為當地僅能提供一路市政10 kV電源。但根據項目本身性質及使用功能,需要引入雙重電源,才能滿足項目使用,因此第二路電源需要考慮自備電源,設置柴油發電機組提供第二路電源。但從市政電力長期規劃看,市政能滿足雙重電源。鑒于此,按照雙重電源預留條件并也配置柴油發電機組,以備近期使用之需[1-4]。

1.2 項目建設時市政條件

劇院施工圖完成并報審后,經與供電部門協調,市政電源可以滿足雙重供電,但其主供市電電源不夠穩定,結合該項目規模,仍考慮設置柴油發電機組作為備用電源。

2 負荷分級及負荷計算

對于大型甲等劇院,負荷分級如下。

(1)一級負荷中特別重要負荷,包括調光用計算機系統用電。

(2)一級負荷,包括消防用電負荷(含消防控制室內的火災自動報警及控制設備、消防水泵、防排煙設備、電動防火門等);應急照明和疏散指示標志;電梯,生活水泵、潛污泵、網絡弱電機房用電等;舞臺照明、貴賓室、演員化妝室、舞臺機械設備、電聲設備(調音控制系統)、電視轉播用電等。

(3)二級負荷,包括觀眾廳照明、空調機房的電力和照明、熱泵機房電力和照明等用電。

(4)三級負荷,包括其他用電設備負荷及一般照明。負荷計算該項目共配置6臺變壓器,初步設計總安裝容量為8 400 kVA,應急柴油發電機組容量按配電變壓器總容量的20%估算,擬選用一臺容量為1 875 kVA(常用1 500 kW)的柴油發電機組,約占總容量的20%。施工圖階段安裝容量9 200 kVA,變壓器容量如表1所示。

表1 變壓器容量

負荷統計與負荷計算如表2所示。

表2 負荷統計與負荷計算

二級以上非消防負荷計算容量合計為1 521 kW,消防負荷計算容量為1 351 kW。

3 柴油發電機組容量選擇

劇場的供電關系如圖1所示。

圖1 劇場的供電關系

柴油發電機組的功率是發電機組端子處為用戶負載輸出的功率,不包括基本獨立輔助設備所吸收的電功率。除非另有規定,發電機組的功率定額是指額定功率、功率因數cosφ為0.8下用千瓦(kW)表示的功率[5-8]。

甲等劇場的消防負荷和消防應急照明及劇場舞臺工藝設備(如舞臺音響、維持演出必須的部分重要舞臺機械和舞臺燈光);兩者取較大值。

(1)按穩定負荷計算發電機的容量。按照《配四》式(2.6-8)及式(2.6-9),計算發電機容量為:

(1)

式中:ηΣ——總負荷的計算效率,一般取0.82～0.88;

α——負荷率;

cosφ——發電機額定功率因數,可取0.8。

其中:ηΣ=0.88,α=0.88,cosφ=0.8,負荷計算容量如表3所示。因此,計算得Sc1=1 926 kVA。

表3 負荷計算容量

大劇院消防應急照明及劇場舞臺工藝設備計算負荷為1 541 kW,消防計算負荷為1 351 kW,取大者,選用常用功率為1 500 kW(1 875 kVA)的柴油發電機組。

(2)按最大的成組電動機起動的需要,計算發電機容量。按照《配四》式(2.6-10),計算發電機容量為

(2)

式中:Sc2——按最大的單臺電動機或成組電動機起動計算電動機的容量;

Pre——起動容量最大的電動機或成組電動機的容量;

cosφm——電動機的起動功率因數,一般取0.4;

K——電動機的起動倍數;

C——按電動機起動方式確定的系數,全電壓起動,取1.0;Y-△起動,取0.68;自耦變壓器起動,50%抽頭取0.25;65%抽頭取0.42,80%抽頭取0.64。

其中:PΣ=1 589 kW,Pm=75 kW(主升降臺電機功率),ηΣ=0.88,cosφm=0.4,K=5.5,C=1.0,cosφ=0.8,代入式(2)得Sc2=1 831 kVA。

Sc1與Sc2取大者,選用常用功率為1 500 kW(1 875 kVA)的柴油發電機組,劇院變壓器裝機容量為9 200 kVA,柴油發電機組占總容量的20%。與初設估算的占比一致。通過該工程實例驗證了估算柴油發電機組的容量占變壓器裝機容量的10%～20%是經濟合理的[9-11]。

但應注意,柴油發電機組起動時,應先切除其他區域的末端空調用電,盡量減少劇場舞臺機械和舞臺燈光的使用。因此,對劇院的運行管理要求較高,變電所及柴發機房平面布置圖如圖2所示。

圖2 變電所及柴發機房平面布置圖

劇院單位面積指標及柴油發電機組配置情況如表4所示。

表4 劇院單位面積指標及柴油發電機組配置情況

4 結 語

變壓器容量面積指標和柴發機組容量占變壓器總容量比例均在較合理范圍內。對于柴油發電機組的選擇,須結合項目實際情況并按照規范要求進行負荷計算,才能既滿足項目要求,又經濟合理。