高层建筑中柴油发电机组容量的选择

摘要：高层建筑中柴油发电机组不仅可作为消防负荷的应急电源， 也可以作为用户保障性负荷的备用电源， 以实现发电机组的经济运行。文章将结合工程实例，分析发电机组的负荷计算，高层建筑中柴油发电机组容量的选择进行探讨， 分别计算了消防负荷与保障性负荷， 按其中较大负荷值来确定发电机容量。以供同行参考。

关键词：高层建筑，柴油发电机组容量，选择

中图分类号： TU97 文献标识码： A

1、前言

GB 50052 - 2009 《 供配电系统设计规范 》 第3. 0. 2 条规定 ： “一级负荷应由双重电源供电 ， 当一电源发生故障时， 另一电源不应同时受到损坏”；第 3. 0. 3 条规定， 一级负荷别重要的负荷供电“除应由双重电源供电外， 尚应增设应急电源”。

现实情况中， 即使市网供电相当可靠， 可以满足规范要求， 业主也都设置了自备应急发电机组， 以便当市网万一中断供电， 即能保证停电期间消防负荷用电的需要， 无火灾时也能维持保障性负荷的运行。

2、发电机容量的确定

2. 1 消防负荷分析

GB 50045 - 95 《 高层民用建筑设计防火规范 》第 7. 3. 5 条规定： “同一时间内只考虑一次火灾的高层建筑群， 可共享消防水池、 消防泵房、 高位消防水箱。 消防水池、 高位消防水箱的容量应按消防用水量最大的一幢高层建筑计算 ”。 第 8. 4. 2. 2 条规定： 设置机械排烟设施的部位， 其排烟风机的风量“担负两个或两个以上防烟分区排烟时， 应按最大防烟分区面积 …… 计算 ”。 高层建筑的火灾以预防为主， 灭火主要以自救为主， 火情太大的时候， 只能采用控制火情不再蔓延的方式灭火。 可见， 发电机供电的消防负荷在同一时间内也仅须考虑消防用水量最大且最大防烟分区的一处火情时的负荷， 就完全可以配合水专业和通风专业的消防设备的正常运转， 避免不必要的浪费。

2. 2 按稳定负荷计算发电机容量

发电机容量的确定按最不利的条件选择， 即在市电停电的情况下发生火灾。 发电机总计算负荷分为消防负荷和保障性负荷。

式中： Pjs1——— 消防负荷计算功率， kW；

Pjs 2——— 保障性负荷计算功率， kW；

Pe 0——— 平时兼火灾时的运行负荷设备容量，kW；

Pe1——— 消防负荷设备容量， kW；

Pe2——— 保障性负荷设备容量， kW；

Kx 0、 Kx1、 Kx 2——— 需要系数。

JGJ 16 - 2008 第 3. 5. 3 条： “当消防设备的计算负荷大于火灾时切除的非消防设备的计算负荷时， 应按消防设备的计算负荷加上火灾时未切除的非消防设备的计算负荷进行计算。 当消防设备的计算负荷小于火灾时切除的非消防设备的计算负荷时， 可不计入消防负荷 ”。 IEC 60364 - 5 - 56： 2002 第 556. 5. 1. 6 条规定： “一个应急电源可以被用作非应急供电， 如果不会因此而使应急电源受到损坏。 另外除 556. 2 条的要求外， 作为非应急电源发生的故障不应导致应急电源任何供电电路的中断。 注： 在紧急情况下， 需要应急供电时， 非应急供电的设备可能需要切除。”因此， 分别对消防负荷与保障性负荷作负荷计算， 按其中较大值来确定发电机容量。 发生火灾时，可通过分励脱扣等方式自动切除与消防无关的保障性负荷， 以满足消防负荷的需要。发电机总计算功率 Pjg为：

若 Pjs1> Pjs2， 则发电机功率 Pjg= Pjs1。

若 Pjs1< Pjs 2， 则发电机功率 Pjg= Pjs 2。发电机组容量:

(1)

式中： Pe——— 发电机组的额定功率， kW；

K ——— 可靠系数， 取 K = 1. 1 ～ 1. 2；

Pjg——— 发电机总计算功率， kW；

η ——— 并联机组不均匀系数， 一般取 0. 9， 单台取 1. 0。

2. 3 发电机容量的校验

上述容量的确定仅按稳定负荷计算， 还应按尖峰负荷计算及按发电机母线允许压降计算来校验发电机容量， 因其计算繁琐， 工程上多采用下式：

Pe≥ K × P1＋ P （2）

式中： K ——— 发电机组供电负荷中最大一台电动机的最小启动倍数, K 值可由表 1 查得；

P1——— 最大一台电动机额定功率， kW；

P ——— 在最大一台电动机启动前， 发电机已带的电力负荷， kW。

有电梯和消防水泵负荷时， 在全电压直接启动最大一台异步电动机情况下， 发电机母线电压应不低于额定电压的 80 %， 当无电梯负荷时， 发电机母线电压应不低于额定电压的 75 %。

3、工程实例

本工程位于市区繁华路段， 总建筑面积 9. 8 万m2， 由三层地下室、 六层商业裙房和 A 塔楼五星级酒店及 B 塔楼高档写字楼组成， 地下室为停车库和设备用房。 建筑高度 99. 8 m。 经与供电部门协商， 引入一路 10 kV 电源。 一级负荷包括所有消防用电设备 （消防监控室、 消防泵、 防排烟风机、 消防电梯、 防火卷帘、 消防电梯及其排水泵、 应急疏散照明、 疏散指示灯等），以及弱电机房、 生活泵、 客梯、 排污泵、 宴会厅及厨房用电等。

3. 1 发电机容量的初步确定

根据负荷性质进行归类： 平时兼火灾时运行的负荷 Pe 0， 见表 2； 依

据建筑功能， 把着火点分成地下室、裙房、 办公塔楼和酒店塔楼四个部分， 分别计算其消防负荷 Pjs1， 见表 3；保障性负荷 Pjs2， 见表 4。

本工程因 Pj s 1< Pj s 2，故发电机总计算功率 Pj g＝ Pjs2＝ 1 190 kW。 需说明的是表 2 中地下室消防负荷为整个地下三层消防负荷。 每层地下室仅有两个防火分区， 排风机兼消防排烟。 若地下室很大、 防火分区很多的情况， 原则上只需要按照最大消防负荷的一个防火分区计算，为了防止烟气的扩散， 酌情考虑最大防火分区及其相邻较大一个防火分区的消防负荷计算。 表 3 中商业裙房的消防负荷最大，也说明了商业裙房因其建筑功能的复杂性， 火灾扑救难度也相应增大。由计算可知， 当发生火灾且市电又断电时， 发电机自启动向消防负荷供电， 此时发电机总计算功率 Pjg= 1 190 kW ＞ Pj s 1= 930 kW， 满足消防要求 ； 当市电断电且无火灾时， 发电机所带负荷 Pj s 2= 1 190 kW，若此时又发生了火灾， 则需切除与消防无关的保障性负荷， 以满足发电机组向消防负荷供电的需求。由公式 （1） 计算得发电机组额定功率:

＝ 1 454. 4 kW

最终选择发电机组 2 台 670 kW （常载） / 740 kW（备载） 并机运行， 其负荷率见表 5。

3. 2 校验发电机

按最大一台电动机 （喷淋泵为 75 kW） 对发电机组容量进行校验， 若按照最不利因素考虑， 喷淋泵全压启动， 依据公式 （2） 和表 1 得：

Pe≥ K × P1＋ Pjs1

740 kW × 2 ≥ 5. 5 × 75 kW ＋ 949 kW

1 480 kW ＞ 1 361. 5 kW

所选柴油发电机容量满足最大一台电动机的启动。

本工程喷淋泵启动方式采用软启动， 其启动电流小而启动力矩大， 引起母线电压降较小， 因此， 笔者认为软启动对发电机组容量的影响可以忽略不计。

4、结语

发电机组容量的确定除满足规范的要求外， 还应该结合建筑自身特点及电气系统的运行方式。 既要满足一、 二级负荷的供电要求， 又要分析消防负荷的构成， 不应该将消防负荷和保障性负荷盲目叠加， 从而导致发电机容量过大， 使业主投资浪费。 而发电机组台数也应该根据建筑自身场地、 运输通道条件及建设周期综合确定。

参考文献

［1］ 中 国建筑东北设 计 研 究院， 主编. JGJ 16 - 2008 民用建筑电气设计规范 ［S］. 北京： 中国建筑工业出版社， 2008.

［2］ 中国联合工程公司 . GB50052 - 2009 供配电系统设计规范［S］. 北 京 ： 中 国 计 划 出 版 社 ，2010.