發(fā)電機(jī)之容量選擇.doc

_1引言現(xiàn)代高層建筑中，選擇柴油發(fā)電機(jī)組作為備用電源，已屬司空見(jiàn)慣；關(guān)于其容量確定的理論文章，也屢見(jiàn)于報(bào)刊。但在實(shí)際工程應(yīng)用中，許多設(shè)計(jì)人員仍有茫然無(wú)序、頗費(fèi)周折之感。到底如何快而準(zhǔn)地計(jì)算發(fā)電機(jī)容量，一直都是值得探討的重要課題。本文將著重以一段QBASIC電腦編程，較簡(jiǎn)便地解決這一問(wèn)題。2基本原理21發(fā)電機(jī)容量首先要滿(mǎn)足穩(wěn)定計(jì)算負(fù)荷需要，這包括消防負(fù)荷和保證負(fù)荷兩部分。在民用建筑中，設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組，通常首先是作為消防用電設(shè)備的備用電源。市電停電，即聯(lián)鎖開(kāi)啟發(fā)電機(jī)組。但市電停電概率遠(yuǎn)大于火災(zāi)概率，開(kāi)啟機(jī)組并不就意味著火災(zāi)發(fā)生。非消防時(shí)，開(kāi)啟的發(fā)電機(jī)組僅僅負(fù)擔(dān)應(yīng)急照明等小部分負(fù)荷，若對(duì)其他非消防的重要負(fù)荷（屬三類(lèi)負(fù)荷時(shí)的生活泵、客梯、裙房照明等，稱(chēng)為保證負(fù)荷）無(wú)法顧及，則必將造成機(jī)組空置、資源浪費(fèi)。為此，進(jìn)行低壓配電系統(tǒng)圖設(shè)計(jì)時(shí)，在滿(mǎn)足火災(zāi)時(shí)消防負(fù)荷需要的前提下，還必須考慮停電而非火災(zāi)時(shí)，發(fā)電機(jī)對(duì)保證負(fù)荷的供電。一種做法是，將保證負(fù)荷集中掛接在發(fā)電機(jī)應(yīng)急母線(xiàn)段上，消防時(shí)，由火災(zāi)信號(hào)將保證負(fù)荷的總開(kāi)關(guān)分勵(lì)脫扣?？傊瑧?yīng)分別計(jì)算消防負(fù)荷和保證負(fù)荷，以二者較大值作為確定發(fā)電機(jī)組容量的依據(jù)，從而同時(shí)滿(mǎn)足消防部門(mén)及建設(shè)方的相應(yīng)要求。 消防負(fù)荷如何正確計(jì)算應(yīng)引起重視。大中型民用建筑，往往由地下室、裙房及數(shù)個(gè)塔樓組成，包含了多個(gè)防火分區(qū)。確定發(fā)電機(jī)容量、進(jìn)行消防負(fù)荷計(jì)算時(shí)，顯然不能盲目地將所有消防用電設(shè)備同時(shí)計(jì)入。推薦的計(jì)算原則是，只考慮一個(gè)防火分區(qū)發(fā)生火災(zāi)（正如水消防一樣），亦即，不認(rèn)為兩個(gè)及以上的防火分區(qū)同時(shí)發(fā)生火災(zāi)。通常，消防泵作為固定負(fù)荷必須計(jì)入，而消防電梯、防排煙風(fēng)機(jī)、應(yīng)急照明等負(fù)荷計(jì)入多少，則要視其在某防火分區(qū)火災(zāi)時(shí)投入服務(wù)的負(fù)荷大小而定。顯然，確定發(fā)電機(jī)容量，應(yīng)以最不利的一個(gè)防火分區(qū)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，同時(shí)投入運(yùn)行的消防負(fù)荷為準(zhǔn)。22柴油發(fā)電機(jī)組的容量大小，除要滿(mǎn)足上述穩(wěn)定計(jì)算負(fù)荷需要外，還必須進(jìn)行電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電壓降校驗(yàn)，即啟動(dòng)任一電動(dòng)機(jī)時(shí)，其端子容許電壓降應(yīng)在規(guī)定范圍之內(nèi)。編程中，取值20%。進(jìn)行電壓降校驗(yàn)及發(fā)電機(jī)組容量選擇時(shí)，以下要素不可忽視。a。發(fā)電機(jī)母線(xiàn)上的已接負(fù)荷的影響。也就是說(shuō)，發(fā)電機(jī)母線(xiàn)上的啟動(dòng)負(fù)荷應(yīng)該等于已接負(fù)荷與電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)容量之和，單單考慮電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)容量是錯(cuò)誤的。具體工程實(shí)踐中，這一點(diǎn)最容易被一些設(shè)計(jì)人員所忽略，許多文獻(xiàn)對(duì)于已接負(fù)荷的影響，常常也避而不談或是涉及較淺。b。發(fā)電機(jī)不同的勵(lì)磁及調(diào)壓方式，對(duì)機(jī)組容量選擇也將產(chǎn)生重大影響。c。發(fā)電機(jī)至電動(dòng)機(jī)之間配電線(xiàn)路電壓降的影響。亦即，發(fā)電機(jī)端子電壓等于電動(dòng)機(jī)端子電壓與線(xiàn)路壓降之和。d。許多文獻(xiàn)認(rèn)為，電動(dòng)機(jī)應(yīng)按容量大小而順次啟動(dòng)，以此減小發(fā)電機(jī)容量。但在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)圖集和工程圖紙中，這種電動(dòng)機(jī)順次啟動(dòng)的二次電路圖又極少見(jiàn)到。更何況，順次啟動(dòng)也往往與一些消防控制要求相矛盾。因此建議，減小發(fā)電機(jī)容量，不宜依靠電動(dòng)機(jī)順次啟動(dòng)這種方法。e。電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)容量達(dá)最大值是瞬間的，因此，可以不考慮兩臺(tái)及以上電動(dòng)機(jī)的同時(shí)啟動(dòng)，對(duì)發(fā)電機(jī)造成沖擊的問(wèn)題。3數(shù)學(xué)模型（建立以下數(shù)學(xué)模型，僅以消防負(fù)荷計(jì)算為例。為便于編程，多處進(jìn)行了適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化和假設(shè)，不另說(shuō)明。）3.1 發(fā)電機(jī)容量大小須滿(mǎn)足穩(wěn)定計(jì)算負(fù)荷需要Pjs=KcPe=PePrg=KPjs=1.2Pe式中：Prg-待求發(fā)電機(jī)持續(xù)功率（kW）。編程中考慮為單臺(tái)機(jī)。Pjs-消防設(shè)備穩(wěn)定計(jì)算負(fù)荷（kW）。Pe-建筑物內(nèi)任一防火分區(qū)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，最大可能開(kāi)啟消防設(shè)備之總安裝功率（kW）。為已知量，運(yùn)行程序時(shí)直接鍵入。編程中Pe800kW。Kc-消防設(shè)備總需用系數(shù)，取Kc=1。K-可靠系數(shù)，取K=1.2。3.2發(fā)電機(jī)容量大小須滿(mǎn)足電動(dòng)機(jī)端子容許電壓降3.2.1簡(jiǎn)化計(jì)算電路從略3.2.2發(fā)電機(jī)母線(xiàn)上的啟動(dòng)負(fù)荷等于已接負(fù)荷與單臺(tái)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)容量之和，即Sqg=Sfh+Sq此時(shí)，考慮最極端的情況，即認(rèn)為除待啟電動(dòng)機(jī)外，其它負(fù)荷已全部投入，則有Pfh+Prm=Pe，從而Sfh=Pfh/COS=(Pe-Prm)/COS=(Pe-Prm)/0.8=1.25(Pe-Prm)此外，Sq=1/1/(kpSqm)+XL/(Urg2)Sqm=CSrm= CPrm/0.8, XL=(0.07+6.3/S)L/10003.2.3 電動(dòng)機(jī)端子電壓Uwm與發(fā)電機(jī)母線(xiàn)電壓（Uwg）存在關(guān)聯(lián)，即Uwg=kpSqmUwm/Sq3.2.4如前所述，對(duì)于不同勵(lì)磁及調(diào)壓方式的發(fā)電機(jī)，其允許啟動(dòng)負(fù)荷亦不同，進(jìn)而對(duì)機(jī)組容量選擇產(chǎn)生影響。若認(rèn)為所選發(fā)電機(jī)帶自動(dòng)調(diào)整勵(lì)磁裝置，則對(duì)應(yīng)于不同啟動(dòng)負(fù)荷相對(duì)值，發(fā)電機(jī)母線(xiàn)上穩(wěn)態(tài)電壓相對(duì)值滿(mǎn)足表1：表1Sqg/Srg0.81.01.21.52.0Uwg1.000.950.850.750.60以表1數(shù)據(jù)擬合方程，則當(dāng)Uwg=0.750.95時(shí)，近似存在：Sqg/Srg=5Uwg2-11Uwg+6.9375或Srg=Sqg/(5Uwg2-11Uwg+6.9375)而Prg=SrgCOS=0.8Srg=0.8Sqg/(5Uwg2-11Uwg+6.9375)；又因上述推導(dǎo)均為臨界值，故實(shí)際工程中?。篜rg0.8Sqg/(5Uwg2-11Uwg+6.9375)編程中以此作為發(fā)電機(jī)容量校驗(yàn)公式。3.2.5符號(hào)說(shuō)明Sqg-發(fā)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)發(fā)電機(jī)母線(xiàn)上的起動(dòng)負(fù)荷（kVA）；Srg-發(fā)電機(jī)的額定容量（kVA），為待求量；Sq-電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)回路的額定輸入容量（kVA）；Sfh-電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，發(fā)電機(jī)母線(xiàn)上已接負(fù)荷（kVA）;Urg-發(fā)電機(jī)的額定電壓（kV），取Urg=0.4kV;Uwg-電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，發(fā)電機(jī)母線(xiàn)上的穩(wěn)態(tài)電壓相對(duì)值；Uwm-電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，其端子上所要求的穩(wěn)態(tài)電壓相對(duì)值, 程序中取Uwm=0.8;C-電動(dòng)機(jī)全壓?jiǎn)?dòng)之電流倍數(shù)。程序中取C=7;kp-電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)系數(shù)，見(jiàn)表2：表2啟動(dòng)方式全壓?jiǎn)?dòng)Y-啟動(dòng)自耦變壓器65%抽頭啟動(dòng)kp1.00.33330.4225Sqm-電動(dòng)機(jī)額定啟動(dòng)容量（kVA）；Srm-電動(dòng)機(jī)額定容量（kVA）；Prm-電動(dòng)機(jī)額定功率（kW）。編程中，取Prm=0.8Srm, 且0Prm150kW。XL-電動(dòng)機(jī)至發(fā)電機(jī)配線(xiàn)線(xiàn)路（銅芯）之阻抗（千歐）；L-電動(dòng)機(jī)至發(fā)電機(jī)配線(xiàn)線(xiàn)路（銅芯）之長(zhǎng)度（千米）。編程中，0L0.1千米。S-電動(dòng)機(jī)至發(fā)電機(jī)配線(xiàn)線(xiàn)路（銅芯）之導(dǎo)線(xiàn)截面(mm2)。編程中，S值按表3自動(dòng)取值。表30Prm5.55.5Prm7.57.5Prm1515Prm18.5S2.5（取等號(hào)，下同）S=4S=6S=1018.5Prm2222Prm3030Prm3737Prm45S=16S=25S=35S=5045Prm5555Prm9090Prm110110800 THEN 20PRINTINPUT“2。請(qǐng)輸入：?jiǎn)?dòng)方式最不利之單臺(tái)電動(dòng)機(jī)有功功率Prm=千瓦”，PrmIF Prm150 OR Prm=0 OR Pe0.1 OR 0L THEN 20PRINTPRINT“4。（全壓?jiǎn)?dòng)k=1;星三角k=2;自耦65%抽頭k=3）”P(pán)RINT“請(qǐng)輸入：?jiǎn)?dòng)方式最不利之單臺(tái)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方式k=”，kIF k=1 OR k=2 OR k=3 THEN 30 ELSE 2030 PRINTIF k=1 THEN kp=1IF k=2 THEN kp=1/3IF k=3 THEN kp=0.4225IF Prm=5.5 THENS=2.5ELSEIF Prm=7.5 THEN S=4ELSEIF Prm=15 THEN S=6ELSEIF Prm=18.5 THEN S=10ELSEIF Prm=22 THEN S=16ELSEIF Prm=30 THEN S=25ELSEIF Prm=37 THEN S=35ELSEIF Prm=45 THEN S=50ELSEIF Prm=55 THEN S=70ELSEIF Prm=90 THEN S=95ELSEIF Prm=110 THEN S=120ELSEIF Prm=150 THEN S=185ENDIFGOTO 4020 PRINT“輸入數(shù)據(jù)超出范圍！請(qǐng)重新輸入！”GOTO 1040 Sfh=1.25*(Pe-Prm)XL=（0.07+6.3/S）*L/1000XU=XL/(0.4*0.4)C=7Sqm=C*Prm/0.8Sq=1/(1/(kp*Sqm)+XU)Sqg=Sfh+SqUwm=0.8Uwg=Uwm*(kp*Sqm)/SqSrg=Sqg/(5*Uwg*Uwg-11*Uwg+6.9375)Prg=Srg*0.8IF PrgPe3.5Prm時(shí)，該單臺(tái)電動(dòng)機(jī)應(yīng)采用降壓?jiǎn)?dòng)（星三角或自耦65%抽頭啟動(dòng)）。c。當(dāng)3.5PrmPe2.5Prm時(shí)，該單臺(tái)電動(dòng)機(jī)只應(yīng)采用星三角啟動(dòng)。62當(dāng)2.5PrmPe時(shí)，必須用程序進(jìn)行容許電壓降的校驗(yàn)，且此時(shí)發(fā)電機(jī)組容量Prg1.2Pe。63當(dāng)Prm=Pe時(shí)（且允許壓降為0.2），很容易由前述簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)公式得出表4：表4不同啟動(dòng)方式下，發(fā)電機(jī)功率是被啟電動(dòng)機(jī)功率的最小倍數(shù)啟動(dòng)方式全壓?jiǎn)?dòng)Y-啟動(dòng)自耦變壓器65%抽頭啟動(dòng)最小倍數(shù)5.31.82.364若僅以啟動(dòng)容量最大的單臺(tái)電動(dòng)機(jī)來(lái)校驗(yàn)發(fā)電機(jī)容量，是不嚴(yán)密、不周全的，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)啟動(dòng)容量不僅與其額定容量有聯(lián)系，更與啟動(dòng)方式密切相關(guān)。換言之，對(duì)于校驗(yàn)發(fā)電機(jī)容量而言，直接啟動(dòng)較小容量的電動(dòng)機(jī)，可能比降壓?jiǎn)?dòng)較大容量的電動(dòng)機(jī)更為不利。所以，計(jì)算時(shí)，應(yīng)分別輸入若干臺(tái)影響較大的電動(dòng)機(jī)的相關(guān)數(shù)據(jù)，擇其最不利者，作為選定發(fā)電機(jī)容量的依據(jù)。65為縮小發(fā)電機(jī)組容量、降低造價(jià)，條件允許時(shí)，較大容量的電動(dòng)機(jī)盡量采用降壓?jiǎn)?dòng)。7計(jì)算實(shí)例某二類(lèi)高層商住樓，擬設(shè)一臺(tái)容量最小的柴油發(fā)電機(jī)組，消防時(shí)作消防負(fù)荷備用電源，平時(shí)作保證負(fù)荷備用電源。其中保證負(fù)荷計(jì)算值為250KW。而其最不利防火分區(qū)被認(rèn)定為地下室。因?yàn)?，若地下室火?zāi)，則投入服務(wù)的消防設(shè)備總安裝功率為最大，其值為285KW。其中消防水泵共2臺(tái)（距發(fā)電機(jī)10米，不計(jì)備用泵），每臺(tái)45KW；消防風(fēng)機(jī)共4臺(tái)，功率分別為15KW、15KW、30KW、30KW，其它為應(yīng)急照明等負(fù)荷105KW。解題過(guò)程：因285KW250KW，故機(jī)組容量選擇以消防負(fù)荷計(jì)算為準(zhǔn)。另根據(jù)上述第6。1條結(jié)論，因285KW1115KW，故功率為15KW的消防風(fēng)機(jī)可采用全壓?jiǎn)?dòng)（降壓?jiǎn)?dòng)當(dāng)然亦可）。又因1145KW285KW3.545KW，所以功率為45KW的消防水泵應(yīng)采用自耦65%抽頭啟動(dòng)或星三角啟動(dòng)（而不能采用全壓?jiǎn)?dòng)）。同理，功率為30KW的消防風(fēng)機(jī)仍須采用降壓?jiǎn)?dòng)。此時(shí)，選定的柴油發(fā)電機(jī)組容量為最小，且無(wú)須用前述電腦編程來(lái)校驗(yàn)，其值為1.2285KW=342KW。仍就上例而言。假設(shè)45KW的消防水泵采用自耦65%抽頭降壓?jiǎn)?dòng)，而30KW的消防風(fēng)機(jī)（距發(fā)電機(jī)10米）擬采用全壓?jiǎn)?dòng)。將消防水泵及消防風(fēng)機(jī)的相關(guān)數(shù)據(jù)分別輸入電腦程序