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柴油發電機機房設計要點及思路

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發表于 2015-8-17 16:38:29 | 只看該作者 |只看大圖 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
  1 柴油發電機設計思路

  1. 1 收集設計所需要的條件
  a. 氣象條件:柴油發電機的額定容量是按照40 ℃進行測試的,只要外圍環境不長時間超過40 ℃,柴油發電機即可按照額定值進行設計。
  b. 海拔高度條件:海拔的升高將導致柴油發電機組動力性能下降,如果在高原地區選擇柴油發電機不建議考慮超負荷運行的可能。
  c. 水質條件:水質太硬將引起水冷系統的循環水沉淀水垢,降低傳導外壁的導熱效果,使冷卻水循環效率下降,導致機組溫升過快,發生事故,所以硬水的地區設置柴油發電機組需考慮循環水提前進行軟化。
  d. 負荷容量等:設備容量的統計首先需要滿足現行規范的要求,如一級負荷中特別重要負荷,然后滿足建設方對于項目功能特點的個別要求,分別進行統計,設計時建議選擇消防負荷與重要的平時負荷之較大者,作為柴油發電機組的額定容量。
  1. 2 確定柴油發電機的使用類型
  a. 常用型電站,為正常工作時使用的柴油發電機組。
  b. 備用型電站,為發生停電事故時使用。
  c. 應急型電站,重要負荷使用,如消防設備等,平時并不使用。
  1. 3 進行初步設計
  首先完成對柴油發電機的容量估算,根據筆者工程實踐總結,初步設計階段可以按變壓器總容量的10 % ~ 15 % 進行估算,如4 000 kVA變壓器總容量,可以選擇500 kW的柴油發電機組;或也可以按建筑面積進行估算:如對于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,可以選擇630 kW的柴油發電機組。
  完成柴油發電機組系統干線示意圖:①首先確定柴油發電機采用單機運行還是并機運行。②然后確定重要負荷和消防負荷是否分別設置母線段,當需要不同時供電時,要求在消防狀態下切斷重要的非消防負荷,如這樣的設計需求則要分別設置柴油發電機出線柜。③應急發電機供電開關與系統供電開關裝設機械閉鎖。圖1為常見柴油發電機系統示意圖。

  進行設備布置,完成機房的初步平面布置,機組具體布置的間距要求參見JGJ 16 - 2008《民用建筑電氣設計規范》6. 1. 3條,本文不再細述,柴油發電機房布置如圖2所示。

  2 施工圖設計
  步驟與初步設計類似,只是設計的計算更加完善細致,計算方式也略有不同,完成度更高,圖中應標明母線、電機、開關、設備等的型號、規格、參數等。完成柴油發電機房的平、剖面圖,按比例繪制柴油發電機、進出線柜開關柜、母線、地溝、線槽、接地裝置等平面布置、安裝尺寸等。豎向配電系統圖包括柴油發電機發電機臺數、容量、各處終端配電箱編號,自電源點引出回路編號等。
  2. 1 施工圖階段柴油發電機負荷容量選取
  若將第一類、第二類負荷簡單相加來選擇柴油發電機容量,則所選容量偏大,因為在消防狀態時,只需保證消防設備的運行,二級負荷不使用,而在非消防狀態下電網停電時,消防設備不使用,所以建議分別計算消防負荷和重要的非消防負荷,以二者較大值作為確定發電機組容量的依據,該種做法需要同時滿足消防部門及建設方的相關要求。另一種做法是設計時根據消防負荷和重要的非消防負荷總容量選擇發電機,既能滿足非消防時重要的負荷用電需要,又能保證消防時消防負荷工作需要,保障更高但機組容量也更大,造價也高,一般不建議采用。
  2. 2 柴油發電機所帶負荷
  一般為以下部分,具體設置時需要以項目自身的情況按照甲方設計任務書的要求予以增減:
  ①客梯、消防泵、消防報警系統、弱電機房、冷庫冰柜、污水泵、消防電梯排水泵、中水處理、生活水泵、消防風機、保安電源、消防廣播、停車場系統的電力供電。
  ②照明需要柴油發電機提供的場所:消控室、交換機房、弱電機房、變配電室、服務中心、發電機房、消防泵房、消防風機房、電梯機房、樓梯間、電梯前室、疏散指示及其他公共區域應急照明。
  2. 3 柴油發電機的容量計算
  按照JGJ 16 -2008《民用建筑電氣設計規范》6.1. 2條的要求,取計算值較大的一種作為柴油發電機容量選取的依據。
  柴油發電機負荷容量的注意事項:按照最大計算值選擇柴油發電機之后,仍需要注意以下事項:
  ①最佳的經濟功率是額定功率的0. 75倍,是柴油發電機組不受時間限制可長期運行的輸出功率,在這個功率下運行時,燃油最省,故障率最低,所以P最佳 = 3 / 4 × P額定,即計算功率為0. 75倍額定功率較為合適。
  ②對寫字樓等建筑類型,與UPS選擇的規范要求類似,當電子計算機占據主要供電負荷時,其額定輸出功率應大于所有計算機設備額定功率總和的1. 5倍,對其他用電設備供電時,為最大計算負荷的1. 3倍。
  ③設計中建議注明不允許柴油發電機組長時間運行在低于額定功率50 % 的情況下,因為在低于額定功率50%的情況下運行時,柴油發電機組機油消耗容易變大、柴油燃燒不充分易產生碳垢,使柴油發電機故障率升高,縮短機組的使用壽命。
  ④需要注意銘牌的標稱工作功率是在12 h內的最大工作功率,而長期運行功率為標稱工作功率的90 %,是在25 ℃時一個大氣壓(100 kPa)濕度為30 % 時的功率,設計選擇柴油發電機時可將兩個功率均作表示。
  2. 4 柴油發電機組的系統設計
  柴油發電機房常位于地下一層內,設置一臺或多臺柴油發電機組,機組采用單機運行或多臺并機運行(并車的種類:自同期、粗同期、準同期),柴油發電機為消防狀態下還是事故狀態下的設備進行供電,根據甲方的使用需求進行確定,如分開供電則需要考慮分別設置出線柜,如圖3所示。

  在配電系統中,一、二級負荷的電源為雙路市電同時供電,當一路市電失電后,另一路市電可經過低壓母聯末端自投或手投供電,當兩路10 kV獨立高壓電源均失電時,經ATS開關轉換后,啟動柴油發電機,啟動信號送至柴油發電機房,信號延時0 ~ 10 s自動啟動柴油發電機組,柴油發電機組15 s內達到額定轉速、電壓、頻率后,投入額定負載運行。機組應處于常備啟動狀態,設有自動啟動裝置,保證建筑始終處于兩個電源供電狀態下,當市電恢復30 ~ 60 s后,自動恢復市電供電,柴油發電機組經冷卻延時后,自動停機,當兩路市電同時失電時柴油發電機的應急轉換如圖4所示。

  在低壓配電系統需要設置應急母線段,并單獨設置應急母線室,以保證電源的可靠性,應急母線由柴油發電機組供電,以保證重要負荷的正常運行,柴油發電機的相序,必須與原供電系統的相序一致。
  2. 5 柴油發電機的適用環境
  柴油發電機機組可以滿足市電故障時,15 ~ 30 s內柴油發電機啟動,機組就地控制,并裝設快速自啟動裝置,連續3次,其總計時間不大于30 s,同時發電機可以允許25 % 的短時超載,但對一級負荷中特別重要負荷允許中斷供電時間小于15 s的用電設備,由于柴油發電機啟動時間無法滿足要求,可在末端設置在線式不間斷電源裝置,如需要做到毫秒級的供電,就需要先設置蓄電池靜止型不間斷電源供電裝置(UPS),再設置柴油發電機組。
  2. 6 柴油發電機的油箱設置
  在機房內或貯油間要有供3 ~8 h連續運行的日用油箱,但油量超過1 000 L時,宜在室外另設置儲油罐,且日用油箱容積不容許超過1 m3,超過時需在室外另設置儲油罐,如未知條件時,可在室外設置15 m3埋地儲油罐,其尺寸為3000 × 6 000 × 3 200 mm,總儲油量一般可保證機組滿負荷運行24 h以上,如兩臺1 200 kW的柴油發電機,設置15 m3的埋地油罐,可滿足24 h燃油的需要,如圖5所示。

  柴油發電機房的油罐進出戶管為一個日用油箱一根進戶,另外設置一根備用管,如圖6中所示,兩個日用油箱設置兩根進戶管及兩根備用,可預留4 × Φ80 mm進出戶管至室外儲油罐,室外儲油罐的埋深可以為 - 1. 0 ~ - 1. 3 m。

  柴油發電機的耗油量的估算:①負荷率50 % 時,耗油量為0. 15 l / h · kW。②負荷率75 % 時,耗油量為0. 2 l / h · kW。③負荷率100 % 時,耗油量為0. 3 l / h · kW。
  油箱油罐估算示例:油箱體積估算可按照:V = P × GT / A進行計算。式中:V —— 日用油箱的體積,m3;P —— 機組功率,kW;G —— 每kW每小時油耗,l;T ——供給時間,h;A —— 充滿系數。
  示例:兩臺600 kW柴油發電機P = 1 200 kW,負荷率75 % 時取耗油量為G = 0. 2 l / h · kW,T = 3 h,A = 0. 8,則V = 1 200 × 0. 2 × 3 / 0. 8 =900 l,即0. 9 m3,則選取1 m3的日用油箱就可以滿足3 h的用油需求。
  油罐體積估算同樣可以采用上述辦法:不同之處是T = 24 h或更高,其余選擇不變,則V = 1 200 × 0. 2 × 24 / 0. 8 =7 200 l,為7. 5m3,選擇10 m3埋地儲油罐即可,如果要滿足36 h或兩臺1 200 kW發電機組,則選擇15 m3的油罐即可。
  2. 7 柴油發電機系統的設備控制要求
  ①發電機的控制屏需設有短路、過負荷、接地故障及過、欠電壓保護裝置,開關一般為手動操作。
  ②監視或控制各種運行參數,保障機組正常運行,同時可發出預報警和故障報警信號。
  ③可具有符合開放性標準的可擴展現場總線(RS485或LonWorks等)接口的控制裝置,并有通用的網關支持,可以接入樓宇BA系統。
  ④需要單獨設置蓄電池組(電壓24 V)作為控制電源,其容量應保證柴油發電機連續啟動不少于6次,并設置整流充電設備,其輸出電壓應高于蓄電池的電壓50 %,輸出電流不小于蓄電池10h的放電率電流。
  ⑤機組能滿載啟動,電壓調整率 ± 0. 5 %。
  ⑥當檢測到全部市電中斷供電時,啟動信號取自變電所內每組變壓器低壓主進開關之前電壓互感器的輔助觸點,信號經過邏輯計算后,發出信號送至柴油發電機控制柜,機組自啟動,并在15 s內向負荷供電;當市電恢復正常后,電源自動切換,機組自動延時停機,由市電向負荷供電。柴油發電機組不能與市電并網運行。
  ⑦應急發電機供電開關與系統供電開關裝設機械閉鎖。
  ⑧靜態特性是指柴油機所帶負載由空載逐步滿載時轉速的改變,通常控制在額定轉速n的5 % 以下,動態特性是指負載在空載和滿載時忽然發生轉速改變的變化特性,其中穩定時間為空載和滿載忽然發生改變,從過渡開始至機組重新穩定的時間,穩定時間不大于7 s,一般可取5 ~ 7 s,另一項電壓變化是由滿載狀態下由冷狀態到熱狀態的輸出電壓變化,一般不大于額定電壓2 %。
  2. 8 柴油發電機組的接地
  柴油發電機房一般應有3種接地:
  ①工作接地:按照《民規》的要求,當采用一臺發電機組時需中性點直接接地,當兩臺機組并機時在不存在環流的可能下采用中性點經刀開關接地或采用加裝限流電抗器接地。舉例如某一項目采用兩臺柴油發電機組,當僅一臺單獨運行時,其對應的刀開關與接觸器均閉合,實現單一機組運行中性點直接接地,這時另一機組的接觸器斷開;當兩臺機組并列運行時,機組的中性點經刀開關接地,由于采用了接觸器互鎖,兩個接觸器中只允許接通其中的一個接觸器,另一機組的接觸器必須斷開,這樣可以避免中性導體產生環流,可類似于變壓器中性點接地線的選擇,參考圖集的參數(03D201 - 4《10 / 0. 4 kV變壓器室布置及變配電所常用設備構件安裝》中:“變壓器低壓側出線選擇”),如項目為1 200 kW柴油發電機則可選擇YJV - 1 × 185 mm2接地電纜,相應刀開關及接觸器額定電流選擇為400 A。
  ②保護接地:柴油發電機組的正常不帶電的金屬外殼需接地。
  ③防靜電接地:燃油系統的設備及管道需要接地。
  ④以上各種接地與建筑物的其它接地共用接地裝置,即采用聯合接地方式。
  2. 9 柴油發電機組設計其他注意事項
  柴油發電機的短路電流一般可按額定計算電流的10倍進行考慮。單臺電機容量建議不大于發電機容量25 %。
  作者信息:
  白永生,北京科技建筑設計院,高級工程師,電氣總工程師。



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