發(fā)電機之容量選擇.doc

_1引言現(xiàn)代高層建筑中，選擇柴油發(fā)電機組作為備用電源，已屬司空見慣；關于其容量確定的理論文章，也屢見于報刊。但在實際工程應用中，許多設計人員仍有茫然無序、頗費周折之感。到底如何快而準地計算發(fā)電機容量，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，較簡便地解決這一問題。2基本原理21發(fā)電機容量首先要滿足穩(wěn)定計算負荷需要，這包括消防負荷和保證負荷兩部分。在民用建筑中，設置柴油發(fā)電機組，通常首先是作為消防用電設備的備用電源。市電停電，即聯(lián)鎖開啟發(fā)電機組。但市電停電概率遠大于火災概率，開啟機組并不就意味著火災發(fā)生。非消防時，開啟的發(fā)電機組僅僅負擔應急照明等小部分負荷，若對其他非消防的重要負荷（屬三類負荷時的生活泵、客梯、裙房照明等，稱為保證負荷）無法顧及，則必將造成機組空置、資源浪費。為此，進行低壓配電系統(tǒng)圖設計時，在滿足火災時消防負荷需要的前提下，還必須考慮停電而非火災時，發(fā)電機對保證負荷的供電。一種做法是，將保證負荷集中掛接在發(fā)電機應急母線段上，消防時，由火災信號將保證負荷的總開關分勵脫扣?？傊?，應分別計算消防負荷和保證負荷，以二者較大值作為確定發(fā)電機組容量的依據(jù)，從而同時滿足消防部門及建設方的相應要求。 消防負荷如何正確計算應引起重視。大中型民用建筑，往往由地下室、裙房及數(shù)個塔樓組成，包含了多個防火分區(qū)。確定發(fā)電機容量、進行消防負荷計算時，顯然不能盲目地將所有消防用電設備同時計入。推薦的計算原則是，只考慮一個防火分區(qū)發(fā)生火災（正如水消防一樣），亦即，不認為兩個及以上的防火分區(qū)同時發(fā)生火災。通常，消防泵作為固定負荷必須計入，而消防電梯、防排煙風機、應急照明等負荷計入多少，則要視其在某防火分區(qū)火災時投入服務的負荷大小而定。顯然，確定發(fā)電機容量，應以最不利的一個防火分區(qū)發(fā)生火災時，同時投入運行的消防負荷為準。22柴油發(fā)電機組的容量大小，除要滿足上述穩(wěn)定計算負荷需要外，還必須進行電動機啟動時的電壓降校驗，即啟動任一電動機時，其端子容許電壓降應在規(guī)定范圍之內(nèi)。編程中，取值20%。進行電壓降校驗及發(fā)電機組容量選擇時，以下要素不可忽視。a。發(fā)電機母線上的已接負荷的影響。也就是說，發(fā)電機母線上的啟動負荷應該等于已接負荷與電動機啟動容量之和，單單考慮電動機的啟動容量是錯誤的。具體工程實踐中，這一點最容易被一些設計人員所忽略，許多文獻對于已接負荷的影響，常常也避而不談或是涉及較淺。b。發(fā)電機不同的勵磁及調(diào)壓方式，對機組容量選擇也將產(chǎn)生重大影響。c。發(fā)電機至電動機之間配電線路電壓降的影響。亦即，發(fā)電機端子電壓等于電動機端子電壓與線路壓降之和。d。許多文獻認為，電動機應按容量大小而順次啟動，以此減小發(fā)電機容量。但在國家標準圖集和工程圖紙中，這種電動機順次啟動的二次電路圖又極少見到。更何況，順次啟動也往往與一些消防控制要求相矛盾。因此建議，減小發(fā)電機容量，不宜依靠電動機順次啟動這種方法。e。電動機啟動容量達最大值是瞬間的，因此，可以不考慮兩臺及以上電動機的同時啟動，對發(fā)電機造成沖擊的問題。3數(shù)學模型（建立以下數(shù)學模型，僅以消防負荷計算為例。為便于編程，多處進行了適當?shù)暮喕图僭O，不另說明。）3.1 發(fā)電機容量大小須滿足穩(wěn)定計算負荷需要Pjs=KcPe=PePrg=KPjs=1.2Pe式中：Prg-待求發(fā)電機持續(xù)功率（kW）。編程中考慮為單臺機。Pjs-消防設備穩(wěn)定計算負荷（kW）。Pe-建筑物內(nèi)任一防火分區(qū)發(fā)生火災時，最大可能開啟消防設備之總安裝功率（kW）。為已知量，運行程序時直接鍵入。編程中Pe800kW。Kc-消防設備總需用系數(shù)，取Kc=1。K-可靠系數(shù)，取K=1.2。3.2發(fā)電機容量大小須滿足電動機端子容許電壓降3.2.1簡化計算電路從略3.2.2發(fā)電機母線上的啟動負荷等于已接負荷與單臺電動機啟動容量之和，即Sqg=Sfh+Sq此時，考慮最極端的情況，即認為除待啟電動機外，其它負荷已全部投入，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 電動機端子電壓Uwm與發(fā)電機母線電壓（Uwg）存在關聯(lián)，即Uwg=kpSqmUwm/Sq3.2.4如前所述，對于不同勵磁及調(diào)壓方式的發(fā)電機，其允許啟動負荷亦不同，進而對機組容量選擇產(chǎn)生影響。若認為所選發(fā)電機帶自動調(diào)整勵磁裝置，則對應于不同啟動負荷相對值，發(fā)電機母線上穩(wěn)態(tài)電壓相對值滿足表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Uwg=0.750.95時，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)；又因上述推導均為臨界值，故實際工程中?。篜rg0.8Sqg/(5Uwg2-11Uwg+6.9375)編程中以此作為發(fā)電機容量校驗公式。3.2.5符號說明Sqg-發(fā)電機啟動時發(fā)電機母線上的起動負荷（kVA）；Srg-發(fā)電機的額定容量（kVA），為待求量；Sq-電動機啟動時，啟動回路的額定輸入容量（kVA）；Sfh-電動機啟動時，發(fā)電機母線上已接負荷（kVA）;Urg-發(fā)電機的額定電壓（kV），取Urg=0.4kV;Uwg-電動機啟動時，發(fā)電機母線上的穩(wěn)態(tài)電壓相對值；Uwm-電動機啟動時，其端子上所要求的穩(wěn)態(tài)電壓相對值, 程序中取Uwm=0.8;C-電動機全壓啟動之電流倍數(shù)。程序中取C=7;kp-電動機的啟動系數(shù)，見表2：表2啟動方式全壓啟動Y-啟動自耦變壓器65%抽頭啟動kp1.00.33330.4225Sqm-電動機額定啟動容量（kVA）；Srm-電動機額定容量（kVA）；Prm-電動機額定功率（kW）。編程中，取Prm=0.8Srm, 且0Prm150kW。XL-電動機至發(fā)電機配線線路（銅芯）之阻抗（千歐）；L-電動機至發(fā)電機配線線路（銅芯）之長度（千米）。編程中，0L0.1千米。S-電動機至發(fā)電機配線線路（銅芯）之導線截面(mm2)。編程中，S值按表3自動取值。表30Prm5.55.5Prm7.57.5Prm1515Prm18.5S2.5（取等號，下同）S=4S=6S=1018.5Prm2222Prm3030Prm3737Prm45S=16S=25S=35S=5045Prm5555Prm9090Prm110110800 THEN 20PRINTINPUT“2。請輸入：啟動方式最不利之單臺電動機有功功率Prm=千瓦”，PrmIF Prm150 OR Prm=0 OR Pe0.1 OR 0L THEN 20PRINTPRINT“4。（全壓啟動k=1;星三角k=2;自耦65%抽頭k=3）”PRINT“請輸入：啟動方式最不利之單臺電動機的啟動方式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，該單臺電動機應采用降壓啟動（星三角或自耦65%抽頭啟動）。c。當3.5PrmPe2.5Prm時，該單臺電動機只應采用星三角啟動。62當2.5PrmPe時，必須用程序進行容許電壓降的校驗，且此時發(fā)電機組容量Prg1.2Pe。63當Prm=Pe時（且允許壓降為0.2），很容易由前述簡化數(shù)學公式得出表4：表4不同啟動方式下，發(fā)電機功率是被啟電動機功率的最小倍數(shù)啟動方式全壓啟動Y-啟動自耦變壓器65%抽頭啟動最小倍數(shù)5.31.82.364若僅以啟動容量最大的單臺電動機來校驗發(fā)電機容量，是不嚴密、不周全的，因為電動機啟動容量不僅與其額定容量有聯(lián)系，更與啟動方式密切相關。換言之，對于校驗發(fā)電機容量而言，直接啟動較小容量的電動機，可能比降壓啟動較大容量的電動機更為不利。所以，計算時，應分別輸入若干臺影響較大的電動機的相關數(shù)據(jù)，擇其最不利者，作為選定發(fā)電機容量的依據(jù)。65為縮小發(fā)電機組容量、降低造價，條件允許時，較大容量的電動機盡量采用降壓啟動。7計算實例某二類高層商住樓，擬設一臺容量最小的柴油發(fā)電機組，消防時作消防負荷備用電源，平時作保證負荷備用電源。其中保證負荷計算值為250KW。而其最不利防火分區(qū)被認定為地下室。因為，若地下室火災，則投入服務的消防設備總安裝功率為最大，其值為285KW。其中消防水泵共2臺（距發(fā)電機10米，不計備用泵），每臺45KW；消防風機共4臺，功率分別為15KW、15KW、30KW、30KW，其它為應急照明等負荷105KW。解題過程：因285KW250KW，故機組容量選擇以消防負荷計算為準。另根據(jù)上述第6。1條結論，因285KW1115KW，故功率為15KW的消防風機可采用全壓啟動（降壓啟動當然亦可）。又因1145KW285KW3.545KW，所以功率為45KW的消防水泵應采用自耦65%抽頭啟動或星三角啟動（而不能采用全壓啟動）。同理，功率為30KW的消防風機仍須采用降壓啟動。此時，選定的柴油發(fā)電機組容量為最小，且無須用前述電腦編程來校驗，其值為1.2285KW=342KW。仍就上例而言。假設45KW的消防水泵采用自耦65%抽頭降壓啟動，而30KW的消防風機（距發(fā)電機10米）擬采用全壓啟動。將消防水泵及消防風機的相關數(shù)據(jù)分別輸入電腦程序