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    柴油发电机机房设计要点及思路

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    发表于 2015-8-17 16:38:29 | 显示全部楼层 |阅读模式
      1 柴油发电机设计思路

    柴油发电机房设计要点及思路1

    柴油发电机房设计要点及思路1

      1. 1 收集设计所需要的条件
      a. 气象条件:柴油发电机的额定容量是按照40 ℃进行测试的,只要外围环境不长时间超过40 ℃,柴油发电机即可按照额定值进行设计。
      b. 海拔高度条件:海拔的升高将导致柴油发电机组动力性能下降,如果在高原地区选择柴油发电机不建议考虑超负荷运行的可能。
      c. 水质条件:水质太硬将引起水冷系统的循环水沉淀水垢,降低传导外壁的导热效果,使冷却水循环效率下降,导致机组温升过快,发生事故,所以硬水的地区设置柴油发电机组需考虑循环水提前进行软化。
      d. 负荷容量等:设备容量的统计首先需要满足现行规范的要求,如一级负荷中特别重要负荷,然后满足建设方对于项目功能特点的个别要求,分别进行统计,设计时建议选择消防负荷与重要的平时负荷之较大者,作为柴油发电机组的额定容量。
      1. 2 确定柴油发电机的使用类型
      a. 常用型电站,为正常工作时使用的柴油发电机组。
      b. 备用型电站,为发生停电事故时使用。
      c. 应急型电站,重要负荷使用,如消防设备等,平时并不使用。
      1. 3 进行初步设计
      首先完成对柴油发电机的容量估算,根据笔者工程实践总结,初步设计阶段可以按变压器总容量的10 % ~ 15 % 进行估算,如4 000 kVA变压器总容量,可以选择500 kW的柴油发电机组;或也可以按建筑面积进行估算:如对于10 000 m2以上的建筑物可以按10 ~ 15 W / m2估算,10 000 m2以下的建筑物可以按15 ~ 20 W / m2予以估算,如40 000 m2的建筑物,可以选择630 kW的柴油发电机组。
      完成柴油发电机组系统干线示意图:①首先确定柴油发电机采用单机运行还是并机运行。②然后确定重要负荷和消防负荷是否分别设置母线段,当需要不同时供电时,要求在消防状态下切断重要的非消防负荷,如这样的设计需求则要分别设置柴油发电机出线柜。③应急发电机供电开关与系统供电开关装设机械闭锁。图1为常见柴油发电机系统示意图。

    柴油发电机房设计要点及思路2

    柴油发电机房设计要点及思路2

      进行设备布置,完成机房的初步平面布置,机组具体布置的间距要求参见JGJ 16 - 2008《民用建筑电气设计规范》6. 1. 3条,本文不再细述,柴油发电机房布置如图2所示。

    柴油发电机房设计要点及思路3

    柴油发电机房设计要点及思路3

      2 施工图设计
      步骤与初步设计类似,只是设计的计算更加完善细致,计算方式也略有不同,完成度更高,图中应标明母线、电机、开关、设备等的型号、规格、参数等。完成柴油发电机房的平、剖面图,按比例绘制柴油发电机、进出线柜开关柜、母线、地沟、线槽、接地装置等平面布置、安装尺寸等。竖向配电系统图包括柴油发电机发电机台数、容量、各处终端配电箱编号,自电源点引出回路编号等。
      2. 1 施工图阶段柴油发电机负荷容量选取
      若将第一类、第二类负荷简单相加来选择柴油发电机容量,则所选容量偏大,因为在消防状态时,只需保证消防设备的运行,二级负荷不使用,而在非消防状态下电网停电时,消防设备不使用,所以建议分别计算消防负荷和重要的非消防负荷,以二者较大值作为确定发电机组容量的依据,该种做法需要同时满足消防部门及建设方的相关要求。另一种做法是设计时根据消防负荷和重要的非消防负荷总容量选择发电机,既能满足非消防时重要的负荷用电需要,又能保证消防时消防负荷工作需要,保障更高但机组容量也更大,造价也高,一般不建议采用。
      2. 2 柴油发电机所带负荷
      一般为以下部分,具体设置时需要以项目自身的情况按照甲方设计任务书的要求予以增减:
      ①客梯、消防泵、消防报警系统、弱电机房、冷库冰柜、污水泵、消防电梯排水泵、中水处理、生活水泵、消防风机、保安电源、消防广播、停车场系统的电力供电。
      ②照明需要柴油发电机提供的场所:消控室、交换机房、弱电机房、变配电室、服务中心、发电机房、消防泵房、消防风机房、电梯机房、楼梯间、电梯前室、疏散指示及其他公共区域应急照明。
      2. 3 柴油发电机的容量计算
      按照JGJ 16 -2008《民用建筑电气设计规范》6.1. 2条的要求,取计算值较大的一种作为柴油发电机容量选取的依据。
      柴油发电机负荷容量的注意事项:按照最大计算值选择柴油发电机之后,仍需要注意以下事项:
      ①最佳的经济功率是额定功率的0. 75倍,是柴油发电机组不受时间限制可长期运行的输出功率,在这个功率下运行时,燃油最省,故障率最低,所以P最佳 = 3 / 4 × P额定,即计算功率为0. 75倍额定功率较为合适。
      ②对写字楼等建筑类型,与UPS选择的规范要求类似,当电子计算机占据主要供电负荷时,其额定输出功率应大于所有计算机设备额定功率总和的1. 5倍,对其他用电设备供电时,为最大计算负荷的1. 3倍。
      ③设计中建议注明不允许柴油发电机组长时间运行在低于额定功率50 % 的情况下,因为在低于额定功率50%的情况下运行时,柴油发电机组机油消耗容易变大、柴油燃烧不充分易产生碳垢,使柴油发电机故障率升高,缩短机组的使用寿命。
      ④需要注意铭牌的标称工作功率是在12 h内的最大工作功率,而长期运行功率为标称工作功率的90 %,是在25 ℃时一个大气压(100 kPa)湿度为30 % 时的功率,设计选择柴油发电机时可将两个功率均作表示。
      2. 4 柴油发电机组的系统设计
      柴油发电机房常位于地下一层内,设置一台或多台柴油发电机组,机组采用单机运行或多台并机运行(并车的种类:自同期、粗同期、准同期),柴油发电机为消防状态下还是事故状态下的设备进行供电,根据甲方的使用需求进行确定,如分开供电则需要考虑分别设置出线柜,如图3所示。

    柴油发电机房设计要点及思路4

    柴油发电机房设计要点及思路4

      在配电系统中,一、二级负荷的电源为双路市电同时供电,当一路市电失电后,另一路市电可经过低压母联末端自投或手投供电,当两路10 kV独立高压电源均失电时,经ATS开关转换后,启动柴油发电机,启动信号送至柴油发电机房,信号延时0 ~ 10 s自动启动柴油发电机组,柴油发电机组15 s内达到额定转速、电压、频率后,投入额定负载运行。机组应处于常备启动状态,设有自动启动装置,保证建筑始终处于两个电源供电状态下,当市电恢复30 ~ 60 s后,自动恢复市电供电,柴油发电机组经冷却延时后,自动停机,当两路市电同时失电时柴油发电机的应急转换如图4所示。

    柴油发电机房设计要点及思路5

    柴油发电机房设计要点及思路5

      在低压配电系统需要设置应急母线段,并单独设置应急母线室,以保证电源的可靠性,应急母线由柴油发电机组供电,以保证重要负荷的正常运行,柴油发电机的相序,必须与原供电系统的相序一致。
      2. 5 柴油发电机的适用环境
      柴油发电机机组可以满足市电故障时,15 ~ 30 s内柴油发电机启动,机组就地控制,并装设快速自启动装置,连续3次,其总计时间不大于30 s,同时发电机可以允许25 % 的短时超载,但对一级负荷中特别重要负荷允许中断供电时间小于15 s的用电设备,由于柴油发电机启动时间无法满足要求,可在末端设置在线式不间断电源装置,如需要做到毫秒级的供电,就需要先设置蓄电池静止型不间断电源供电装置(UPS),再设置柴油发电机组。
      2. 6 柴油发电机的油箱设置
      在机房内或贮油间要有供3 ~8 h连续运行的日用油箱,但油量超过1 000 L时,宜在室外另设置储油罐,且日用油箱容积不容许超过1 m3,超过时需在室外另设置储油罐,如未知条件时,可在室外设置15 m3埋地储油罐,其尺寸为3000 × 6 000 × 3 200 mm,总储油量一般可保证机组满负荷运行24 h以上,如两台1 200 kW的柴油发电机,设置15 m3的埋地油罐,可满足24 h燃油的需要,如图5所示。

    柴油发电机房设计要点及思路6

    柴油发电机房设计要点及思路6

      柴油发电机房的油罐进出户管为一个日用油箱一根进户,另外设置一根备用管,如图6中所示,两个日用油箱设置两根进户管及两根备用,可预留4 × Φ80 mm进出户管至室外储油罐,室外储油罐的埋深可以为 - 1. 0 ~ - 1. 3 m。

    柴油发电机房设计要点及思路7

    柴油发电机房设计要点及思路7

      柴油发电机的耗油量的估算:①负荷率50 % 时,耗油量为0. 15 l / h · kW。②负荷率75 % 时,耗油量为0. 2 l / h · kW。③负荷率100 % 时,耗油量为0. 3 l / h · kW。
      油箱油罐估算示例:油箱体积估算可按照:V = P × GT / A进行计算。式中:V —— 日用油箱的体积,m3;P —— 机组功率,kW;G —— 每kW每小时油耗,l;T ——供给时间,h;A —— 充满系数。
      示例:两台600 kW柴油发电机P = 1 200 kW,负荷率75 % 时取耗油量为G = 0. 2 l / h · kW,T = 3 h,A = 0. 8,则V = 1 200 × 0. 2 × 3 / 0. 8 =900 l,即0. 9 m3,则选取1 m3的日用油箱就可以满足3 h的用油需求。
      油罐体积估算同样可以采用上述办法:不同之处是T = 24 h或更高,其余选择不变,则V = 1 200 × 0. 2 × 24 / 0. 8 =7 200 l,为7. 5m3,选择10 m3埋地储油罐即可,如果要满足36 h或两台1 200 kW发电机组,则选择15 m3的油罐即可。
      2. 7 柴油发电机系统的设备控制要求
      ①发电机的控制屏需设有短路、过负荷、接地故障及过、欠电压保护装置,开关一般为手动操作。
      ②监视或控制各种运行参数,保障机组正常运行,同时可发出预报警和故障报警信号。
      ③可具有符合开放性标准的可扩展现场总线(RS485或LonWorks等)接口的控制装置,并有通用的网关支持,可以接入楼宇BA系统。
      ④需要单独设置蓄电池组(电压24 V)作为控制电源,其容量应保证柴油发电机连续启动不少于6次,并设置整流充电设备,其输出电压应高于蓄电池的电压50 %,输出电流不小于蓄电池10h的放电率电流。
      ⑤机组能满载启动,电压调整率 ± 0. 5 %。
      ⑥当检测到全部市电中断供电时,启动信号取自变电所内每组变压器低压主进开关之前电压互感器的辅助触点,信号经过逻辑计算后,发出信号送至柴油发电机控制柜,机组自启动,并在15 s内向负荷供电;当市电恢复正常后,电源自动切换,机组自动延时停机,由市电向负荷供电。柴油发电机组不能与市电并网运行。
      ⑦应急发电机供电开关与系统供电开关装设机械闭锁。
      ⑧静态特性是指柴油机所带负载由空载逐步满载时转速的改变,通常控制在额定转速n的5 % 以下,动态特性是指负载在空载和满载时忽然发生转速改变的变化特性,其中稳定时间为空载和满载忽然发生改变,从过渡开始至机组重新稳定的时间,稳定时间不大于7 s,一般可取5 ~ 7 s,另一项电压变化是由满载状态下由冷状态到热状态的输出电压变化,一般不大于额定电压2 %。
      2. 8 柴油发电机组的接地
      柴油发电机房一般应有3种接地:
      ①工作接地:按照《民规》的要求,当采用一台发电机组时需中性点直接接地,当两台机组并机时在不存在环流的可能下采用中性点经刀开关接地或采用加装限流电抗器接地。举例如某一项目采用两台柴油发电机组,当仅一台单独运行时,其对应的刀开关与接触器均闭合,实现单一机组运行中性点直接接地,这时另一机组的接触器断开;当两台机组并列运行时,机组的中性点经刀开关接地,由于采用了接触器互锁,两个接触器中只允许接通其中的一个接触器,另一机组的接触器必须断开,这样可以避免中性导体产生环流,可类似于变压器中性点接地线的选择,参考图集的参数(03D201 - 4《10 / 0. 4 kV变压器室布置及变配电所常用设备构件安装》中:“变压器低压侧出线选择”),如项目为1 200 kW柴油发电机则可选择YJV - 1 × 185 mm2接地电缆,相应刀开关及接触器额定电流选择为400 A。
      ②保护接地:柴油发电机组的正常不带电的金属外壳需接地。
      ③防静电接地:燃油系统的设备及管道需要接地。
      ④以上各种接地与建筑物的其它接地共用接地装置,即采用联合接地方式。
      2. 9 柴油发电机组设计其他注意事项
      柴油发电机的短路电流一般可按额定计算电流的10倍进行考虑。单台电机容量建议不大于发电机容量25 %。
      作者信息:
      白永生,北京科技建筑设计院,高级工程师,电气总工程师。


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