關(guān)于柴油發(fā)電機(jī)容量及其出線選擇的探討

摘 要： 以海南軟件園項(xiàng)目為例，詳細(xì)闡述了柴油發(fā)電機(jī)容量的確定方法，在對(duì)項(xiàng)目在消防和非消防狀態(tài)下的負(fù)荷分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算后，選擇較大的容量作為柴油發(fā)電機(jī)的額定容量。分析幾種常見(jiàn)柴油發(fā)電機(jī)應(yīng)急母線出線形式的優(yōu)缺點(diǎn)及其適用范圍，并在柴油發(fā)電機(jī)放射式出線這種主流的形式上加以優(yōu)化，利用消防和非消防負(fù)荷不同時(shí)考慮的原則，以及變壓器組在同一變電所內(nèi)時(shí)，應(yīng)急母線回路敷設(shè)路徑相同的特點(diǎn)，提出樹(shù)干式出線至變壓器應(yīng)急母排的形式。這種形式可以減少出線的數(shù)量，并在不降低供電可靠性的前提下，節(jié)省工程造價(jià)。

關(guān)鍵詞： 柴油發(fā)電機(jī); 出線形式; 負(fù)荷計(jì)算; 應(yīng)急母線

中圖分類(lèi)號(hào)： TU855

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)： 1674-8417（2024）05-0033-07

DOI：

10.16618/j.cnki.1674-8417.2024.05.006

0 引 言

柴油發(fā)電機(jī)作為在市政條件不足的情況下，為一、二級(jí)負(fù)荷提供備用電源而被廣泛地應(yīng)用。對(duì)于單個(gè)建筑而言，柴油發(fā)電機(jī)及其出線的選擇通常較為簡(jiǎn)單，根據(jù)建筑內(nèi)重要負(fù)荷的功率確定柴油發(fā)電機(jī)的額定容量并計(jì)算出額定電流后，再選擇相應(yīng)的電纜或者密集母線槽即可。但對(duì)于多建筑單體的建筑群項(xiàng)目而言，柴油發(fā)電機(jī)的容量確定需要考慮的因素較為復(fù)雜，并且出線的數(shù)量也較多，此時(shí)如何合理地選擇柴油發(fā)電機(jī)的容量及出線形式，就成了一個(gè)值得探討的問(wèn)題，本文將著重就這一情況下，柴油發(fā)電機(jī)及其出線的選擇做出闡述。

1 項(xiàng)目概況

項(xiàng)目位于海南省，是政府開(kāi)發(fā)區(qū)開(kāi)發(fā)的軟件園項(xiàng)目，總建筑面積135 442.94 m2，項(xiàng)目包括3幢獨(dú)立的一類(lèi)高層建筑，以及1個(gè)兩層的地下車(chē)庫(kù)，3幢獨(dú)立的高層均位于地下室的上方。

由于項(xiàng)目建筑為一類(lèi)高層，并且地下車(chē)庫(kù)為Ⅰ類(lèi)車(chē)庫(kù)，根據(jù)GB51348—2019《民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》以及GB 50067—2014《汽車(chē)庫(kù)、修車(chē)庫(kù)、停車(chē)場(chǎng)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中關(guān)于消防負(fù)荷等級(jí)的相關(guān)規(guī)定，本項(xiàng)目的最高負(fù)荷等級(jí)為一級(jí)^［1-2］，為了滿足負(fù)荷供電等級(jí)的要求，項(xiàng)目在地下車(chē)庫(kù)的一層，設(shè)立了南北兩座變電所，1#、2#變電所分別設(shè)有4臺(tái)干式變壓器，作為項(xiàng)目負(fù)荷的常用電源，并在地庫(kù)靠近中心的位置設(shè)立了1座柴油發(fā)電機(jī)房，內(nèi)設(shè)1臺(tái)0.4 kV柴油發(fā)電機(jī)作為重要負(fù)荷的備用電源。負(fù)荷統(tǒng)計(jì)如表1所示。

2 柴油發(fā)電機(jī)容量的選擇

柴油發(fā)電機(jī)容量的計(jì)算一般按照穩(wěn)態(tài)負(fù)荷，尖峰負(fù)荷和瞬時(shí)電壓降3個(gè)條件來(lái)進(jìn)行^［3］，但是穩(wěn)態(tài)和尖峰負(fù)荷的選擇，規(guī)范中沒(méi)有明確的規(guī)定，僅有概念性的闡述。在實(shí)際項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員依據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)及理解進(jìn)行界定。

根據(jù)GB 51348—2019《民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》第3.5.5.3條的要求，當(dāng)自備應(yīng)急發(fā)電機(jī)作為第二電源時(shí)候，計(jì)算容量應(yīng)按消防狀態(tài)與非消防狀態(tài)對(duì)第二電源需求的較大值，選擇自備應(yīng)急發(fā)電機(jī)容量^［1］。結(jié)合本項(xiàng)目的規(guī)模及性質(zhì)，一級(jí)負(fù)荷除了有消防應(yīng)急負(fù)荷外，還有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)用電、電梯用電及生活水泵用電等普通重要負(fù)荷，所以在本項(xiàng)目中從消防狀態(tài)和失電檢修狀態(tài)兩個(gè)方面來(lái)分別進(jìn)行柴油發(fā)電機(jī)容量的計(jì)算，然后取其中數(shù)值較大者作為最終的容量選擇。

2.1 消防狀態(tài)下的發(fā)電機(jī)容量計(jì)算

按照GB 51348—2019《民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》第3.5.4條的規(guī)范要求，建筑物消防用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷，應(yīng)按共用的消防用電設(shè)備、發(fā)生火災(zāi)的防火分區(qū)內(nèi)的消防用電設(shè)備及所有與其關(guān)聯(lián)的防火分區(qū)消防用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷之和確定^［1］。所以計(jì)算的關(guān)鍵在于火災(zāi)點(diǎn)的選擇，對(duì)于大型建筑群項(xiàng)目，第3.5.4條規(guī)范的條文解釋做出如下說(shuō)明：“區(qū)域內(nèi)消防用電負(fù)荷的計(jì)算，一般考慮一處火災(zāi)點(diǎn)，但要考慮到火災(zāi)蔓延的迅速性、人員疏散的安全性以及消防設(shè)施工作的時(shí)限性等要求，因此不僅要計(jì)算發(fā)生火災(zāi)的防火分區(qū)，還要考慮關(guān)聯(lián)分區(qū)（豎向及水平）的相應(yīng)消防用電設(shè)施。當(dāng)區(qū)域內(nèi)只有1個(gè)塔樓時(shí)，應(yīng)計(jì)算塔樓全部消防負(fù)荷及裙房消防負(fù)荷;當(dāng)區(qū)域內(nèi)有多個(gè)塔樓時(shí)，按全部塔

樓的消防負(fù)荷乘同時(shí)系數(shù)。當(dāng)各塔樓均有加壓送風(fēng)機(jī)時(shí)，可按最大塔樓的風(fēng)機(jī)容量選擇。”在本項(xiàng)目中，3幢塔樓均有加壓送風(fēng)機(jī)，且容量相近。但從表1中可以看到，地下室的消防負(fù)荷遠(yuǎn)大于1#、2#、3#樓的消防負(fù)荷的總和，所以首先將火災(zāi)點(diǎn)設(shè)置在地下車(chē)庫(kù)中。防火分區(qū)負(fù)荷分布圖如圖1所示。由圖1可知地下一層各防火分區(qū)的容量、位置等條件，從最不利的角度出發(fā)，最后選取防火分區(qū)1-5作為著火點(diǎn)，加上水平方向相鄰4個(gè)防火分區(qū)、垂直方向的2#樓以及部分通用消防設(shè)施如變電所、消防水泵房等作為消防狀態(tài)下的應(yīng)急負(fù)荷總?cè)萘窟M(jìn)行計(jì)算。

根據(jù)《工業(yè)及民用供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第四版）^［4］中關(guān)于柴油發(fā)電機(jī)容量的計(jì)算方法，進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算。消防狀態(tài)下柴油發(fā)電機(jī)房負(fù)荷計(jì)算如表2所示。

表2中，Pm取最大的電動(dòng)機(jī)組的容量，即

（消防水泵）145 kW，C取0.33（星三角起動(dòng)系數(shù)），K取4（起動(dòng)倍數(shù)）;Pn取電動(dòng)機(jī)總負(fù)荷，即

（消防水泵）145 kW+（消防噴淋泵）110 kW=

245 kW，C取0.33（星三角起動(dòng)系數(shù)），K取4（起動(dòng)倍數(shù)）。

按穩(wěn)定負(fù)荷計(jì)算發(fā)電機(jī)容量，Sc1=αP∑η∑cosφ=978;

按尖峰負(fù)荷計(jì)算發(fā)電機(jī)容量，Sc2=P∑-Pmη∑+PmKCcosφ1cosφ=948;

按發(fā)電機(jī)母線允許壓降計(jì)算發(fā)電機(jī)容量，Sc3=PnKCX″d1ΔE-1=252;

取S1、S2、S3三者中最大的978 kW為發(fā)電機(jī)容量，最終確定發(fā)電機(jī)容量為1 000 kW。

2.2 失電檢修狀態(tài)下的發(fā)電機(jī)容量計(jì)算

根據(jù)規(guī)范要求，在失電檢修的狀態(tài)下，柴油發(fā)電機(jī)應(yīng)能保供項(xiàng)目?jī)?nèi)非消防重要負(fù)荷，主要包括1#、2#、3#樓的安防，計(jì)算機(jī)，客梯及排水泵用電。失電檢修狀態(tài)下柴油發(fā)電機(jī)房負(fù)荷計(jì)算如表3所示。

表3中，Pm取最大的電動(dòng)機(jī)組的容量，即（生活水泵）40 kW，C取1.0（直接起動(dòng)系數(shù)），K取6（起動(dòng)倍數(shù)）;Pn取電動(dòng)機(jī)總負(fù)荷，即（生活水泵）32 kW+（1#客梯用電）42 kW+（2#客梯用電）22.5 kW+（3#客梯用電1）12 kW+（3#客梯用電2）24 kW=132.5 kW，C取1.0（直接起動(dòng)系數(shù)），K取6（起動(dòng)倍數(shù)）。

按穩(wěn)定負(fù)荷計(jì)算發(fā)電機(jī)容量，Sc1=αP∑η∑cosφ=562 kW;

按尖峰負(fù)荷計(jì)算發(fā)電機(jī)容量，Sc2=P∑-Pmη∑+PmKCcosφ1cosφ=713 kW;

按發(fā)電機(jī)母線允許壓降計(jì)算發(fā)電機(jī)容量，Sc3=PnKCX″d1ΔE-1=196 kW;

取S1，S2，S3三者中最大的713 kW為發(fā)電機(jī)容量，最終確定發(fā)電機(jī)容量為800 kW。

綜合上述兩種狀態(tài)下的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的容量計(jì)算結(jié)果，本項(xiàng)目最終選擇單臺(tái)容量為1 000 kW的柴油發(fā)電機(jī)作為項(xiàng)目的備用電源。

3 柴油發(fā)電機(jī)出線的選擇

項(xiàng)目由于有南北兩個(gè)變電所，共計(jì)8臺(tái)不同容量的變壓器。柴油發(fā)電機(jī)的出線如何選擇，既能滿足應(yīng)急狀態(tài)下的用電需求，同時(shí)還能減少造價(jià)，成了一個(gè)值得思考的問(wèn)題。下面將就幾種出線方式進(jìn)行討論。

3.1 放射式出線至負(fù)荷末端

柴油發(fā)電機(jī)出線端出一路2 000 A的母線槽至柴發(fā)機(jī)房低壓總進(jìn)線柜，再經(jīng)由柴發(fā)機(jī)房低壓出線柜放射式送至各一級(jí)負(fù)荷末端。放射式多回路出線至負(fù)荷末端如圖2所示。

通常在項(xiàng)目規(guī)模較小，僅有單個(gè)變壓器或出線數(shù)量較少的時(shí)候，采用這種出線方式。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是，配電形式簡(jiǎn)單，備用與常用電源完全分開(kāi)，所需設(shè)備與母線槽均較少，節(jié)省造價(jià)。但這種方式僅能在電源側(cè)出故障時(shí)滿足一級(jí)負(fù)荷的要求，由于這種方式是冷備用，備用母線平

時(shí)是不帶電的，一旦因?yàn)樨?fù)荷側(cè)的開(kāi)關(guān)或線路發(fā)生故障失電時(shí)，由于母線上仍有電，柴油發(fā)電機(jī)得不到起動(dòng)的信號(hào)，從而使末端設(shè)備雙回路斷電，達(dá)不到雙重電源的要求。所以本項(xiàng)目不考慮采用這種出線方式。

3.2 放射式多出線至低壓柜

放射式多回路出線至低壓柜如圖3所示。從柴發(fā)機(jī)房低壓柜出4條回路連接至各組變壓器的ATS柜，并與應(yīng)急母線段相連，這種出線方式為常規(guī)出線方式，GB 50016—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（2018年版）第10.1.6的條文說(shuō)明中^［5］，也將該連線方式作為模板進(jìn)行介紹。本項(xiàng)目也采用該方式作為柴油發(fā)電機(jī)的出線方式。

出線母線槽的規(guī)格與選擇柴油發(fā)電機(jī)容量一樣，通過(guò)比較每組發(fā)電機(jī)應(yīng)急母線段上消防負(fù)荷和非消防負(fù)荷的大小，計(jì)算出柴油發(fā)電機(jī)組的出線電流并進(jìn)行選擇。負(fù)荷統(tǒng)計(jì)如表4所示。本項(xiàng)目通過(guò)計(jì)算后得出，柴油發(fā)電機(jī)低壓柜的出線分別為2根630 A的母線槽，接至2#及4#變壓器

的應(yīng)急母線段，1根500 A的母線槽，接至6#變壓器的應(yīng)急母線段，以及1根1 600 A的母線槽，接至8#變壓器的應(yīng)急母線段。

這種出線方式相較于第一種放射式出線至負(fù)荷末端的方式，有著更高的供電可靠性，在電源側(cè)與負(fù)荷側(cè)發(fā)生故障時(shí)，均能滿足一級(jí)負(fù)荷雙電源的要求，尤其在單臺(tái)變壓器由于檢修或故障退出時(shí)，可先由變壓器組中的另一臺(tái)變壓器通過(guò)母線聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)進(jìn)行倒閘操作，作為應(yīng)急負(fù)荷的備用電源，而不必頻繁起動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)。但有著高可靠性的同時(shí)，也有所需設(shè)備較多、造價(jià)較高的劣勢(shì)。

3.3 樹(shù)干式多回路出線至低壓柜

在考慮柴油發(fā)電機(jī)應(yīng)急母線的出線形式時(shí)，在基于原有放射式出線的基本形式上，是否可以利用柴油發(fā)電機(jī)消防負(fù)荷和非消防負(fù)荷不同時(shí)的特點(diǎn)，優(yōu)化出線，從而在保證供電安全的同時(shí)，達(dá)到節(jié)約造價(jià)的目的。樹(shù)干式多回路出線至低壓柜如圖4所示。

由于2#和4#變壓器在同一個(gè)變電所內(nèi)，所以備用電源母線槽從柴發(fā)機(jī)房到變電所這段路徑是相同的。另外，因?yàn)?#變壓器的非消防負(fù)荷計(jì)算電流大于消防負(fù)荷計(jì)算電流，所以2#變壓器的備用母線槽是根據(jù)非消防負(fù)荷確定的。4#變壓器的備用母線槽則正好相反，是由消防負(fù)荷的計(jì)算電流確定，所以利用消防負(fù)荷和非消防負(fù)荷不同時(shí)考慮及敷設(shè)路徑相同這兩個(gè)特點(diǎn)，備用母線槽的出線方式可以從放射式優(yōu)化為樹(shù)干式，即將2根630 A的母線槽合并為1根800 A的主母

線槽，并在進(jìn)入變電所后，T接出2根630 A的母線槽分別接入2#和4#的ATS柜即可，在計(jì)算合用主母線槽的容量時(shí)，應(yīng)注意將2#和4#變壓器非消防負(fù)荷的計(jì)算電流進(jìn)行相加，以及消防負(fù)荷是否有同時(shí)使用的可能。若存在同時(shí)使用的情況，則需要將相應(yīng)的計(jì)算電流進(jìn)行累加，取其中較大的數(shù)值作為出線主母線槽的規(guī)格。

6#與8#變壓器的情況與上述類(lèi)似，不同的是，8#變壓器的備用母線槽規(guī)格遠(yuǎn)超6#變壓器消防及非消防負(fù)荷的計(jì)算電流，也超過(guò)了8#和6#變壓器非消防負(fù)荷計(jì)算電流累加后的數(shù)值，所以采用1 600 A的母線槽作為主母線槽。

采用樹(shù)干式的出線方式后，可減少母線槽的根數(shù)，雖然合用母線槽的規(guī)格可能會(huì)有所增加，但總體而言還是能節(jié)約造價(jià)的，尤其當(dāng)變電所內(nèi)變壓器數(shù)量增加或柴發(fā)機(jī)房距離變電所較遠(yuǎn)的時(shí)候，其節(jié)省造價(jià)的費(fèi)用還是相當(dāng)可觀的。當(dāng)然這種出線方式是否完全符合規(guī)范要求，以及母線槽T接后的可靠性和可操作性仍具有一定可探討的空間。

4 結(jié) 語(yǔ)

相較于市政電源作為備用電源，柴油發(fā)電機(jī)因其較為節(jié)省的投資以及靈活可控的布置方式在各個(gè)類(lèi)型的設(shè)計(jì)項(xiàng)目中被廣泛應(yīng)用，其容量及出線方式的選擇是否合理，對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)的安全可靠有著較為重大的影響。但隨著市政電網(wǎng)供電質(zhì)量及穩(wěn)定性的提升，柴油發(fā)電機(jī)在日常過(guò)程中，往往處于不被啟用的狀態(tài)。在這種情況下，若設(shè)計(jì)的柴油發(fā)電機(jī)容量或出線電纜的規(guī)格不合理，就會(huì)造成極大的浪費(fèi)。以軟件園項(xiàng)目為例，提出樹(shù)干式的出線方式，目前該方式僅處于理論階段，將繼續(xù)對(duì)該方式的可行性進(jìn)行進(jìn)一步的論證與探究。

［1］ 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：GB 51348—2019［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2020.

［2］ 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.汽車(chē)庫(kù)、修車(chē)庫(kù)、停車(chē)場(chǎng)設(shè)計(jì)防火規(guī)范：GB 50067—2014［S］.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2014.

［3］ 陳育敏.應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組容量選擇及有關(guān)問(wèn)題［J］.上海電器技術(shù)，2005（3）：5.

［4］ 劉屏周.工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)（第四版）［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2016.

［5］ 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范（2018年版）：GB 50016—2014［S］.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2018.

收稿日期： 20231114

Discussion on the Choice of Diesel Generator Capacity and

the Form of Outgoing Circuit

GAO Huajie

［Shanghai Municipal Engineering Design Institute（Group） Co.， Ltd.， Shanghai 200002， China］

Abstract：

Taking the Hainan software park project as an example，in the first place，the method for determining the capacity of diesel generator is described in detail.This method is to select the larger one as the rated capacity of diesel generator after the statistical calculation of the load of the project under fire and non-fire conditions.Secondly it analyzes the advantages and disadvantages of several common diesel generator essential servicebus outgoing forms and their application scope，and then optimizes the main form of radial outgoing line of diesel generator.The principle that fire and non-fire loads are not considered at the same time，as well as the characteristics that the essential servicebus circuit laying path is the same when the transformer unit is in the same electrical substation，the form of trunk outgoing line to the transformer emergency bus is proposed，which can reduce the number of outgoing lines and reduce the project cost without reducing the power supply reliability.

Key words：

diesel generator; the form of outgoing circuit; load calculation; emergency line