高压柴油发电机组在民用建筑中的应用

前言

伴随着我国经济的发展，大型、高端，超高层民用建筑在全国涌现，对供电可靠性的要求不断提高，越来越多的建筑中需要设置柴油发电机组来满足建筑物可靠性供电需求。

一般建筑的双路10KV高压电源进线可能引自同一变电站开关所，并不能保证严格意义上双路供电的可靠性，从不同变电站引入电源是十分困难且造价高。引入柴油发电机组相对投入少，效果好且能满足实际需要，因此建筑中设置柴油发电机组做为市电备用或应急电源供电使用；而考虑到设备成本等因素，民用建筑工程中主要采用低压柴油发电机组。

近年来，随着大型、超高层民用建筑的兴建，高压柴油发电机组也由主要应用于治金、机场、数据中心等应急备用电源系统，而开始使用在民用建筑中，如国贸三期，央视新台址等工程均采用高压柴油发电机组做为备用电源系统。

下面结合笔者单位在国贸三期、央视新台址等项目的工程实践，讨论高压柴油发电机组在民用建筑使用中的优点、不足及其应用的可行性。

高压柴油发电机组系统应用的可行性

1．高压机组应用的优点

序号 项目 优点

1 容量 可多台高压机组并联运行。

2 变配电室的位置 变配电室一般集中设置，不象低压系统分散设置机房。

3 输送距离 可长距离输电。

4 损耗 在输配电过程中由于采用高压电缆，线路损耗减小，输配电效率提高，线缆截面相应减小，相关的开关等元器件规格减小，不易发生输送发热问题。

5 成本 相比于低压柴发机组,减少了大量的低压电缆及其敷设,变配电室及高压电缆的敷设较集中，路由短,维护成本较低，在大型、超高层建筑中输配线路及元器件的费用降低完全能弥补高压机组设备造价较高的弊端，高压柴油发电机组系统综合造价很有优势。

6 安全性 安全性能较高，技术较为成熟。

2．高压柴发系统应用的优点

（1）国贸三期工程高压柴发系统简图

（2）优点

1）高压柴油发电机组可同等电压等级条件下直接接入民用建筑供电系统；对高压设备供电十分简便。

2）简单示例计算如下。条件：2000kVA高压柴油发电机组；功率因数0.8；频率50Hz；U=10KV。

公式：

步骤 计算步骤 计算

1 代入参数 2000*10³/（1.732 XX 0.8）

2 计算结果 约120A

3 结论 选用10KV 截面为的电缆

由功率计算公式可以看出，在相同的功率条件下，高压柴油发电机组系统的输配电电流较小，线路损耗非常小。

3）适合需要远距离输配电的民用建筑。

4）可以有效减少应急备用电源低压配电箱的设置。

5）对节约材料，尤其是大载流量的电缆、母线及其开关等配件的效果明显。

综上所述，在建筑规模足够大的大型、超高层民用建筑中，高压柴油发电机组系统是可以作为应急备用电源使用，而且具有相当的简便性、经济性和可行性。

高压柴油发电机组系统应用的缺点

1．高压柴发机组应用的不足

序号 项目 不足

1 操作维护 操作相对低压系统复杂，操作使用人员必须具有相应高压操作证才能上岗。

2 系统配置 发电机须接入高压配电系统，配置较为复杂，尤其在发电机及输出配电柜方面。

3 技术要求高 高压柴发机组常用于工业建筑，在民用建筑中的应用经验相对较少，技术门槛较高。

高压柴油发电机组技术门槛较高，设备费明显高于低压柴发机组等以上的不足，使得高压柴油发电机组应用于一般民用建筑中性价比不高，故一直广泛没有使用。

2．系统应用的不足

高压柴油发电机组系统启动时不能实现自动投切，必须人工手动合闸，手动断开，因此限制了其在有自动启动、自动断开使用要求的情况，如消防系统，不利于高压柴发的广泛推广应用。

高压柴油发电机组在民用建筑中应用的建议

序号 内容 建议

1 成本 综合对比、分析设备初期投资和输配电线路及配件的造价，优化设计，合理配置，提高整个高压柴发供电系统使用的性价比。

2 操作维护 配置具有相应高压操作证的操作/维护人员。

3 有自动投入，自动断开要求 可与低压柴油发电机组系统配合使用，低压柴发系统负责有自动投入，自动断开要求的负荷供电；高压系统负责其它重要负荷的供电，市电停电时人工判断手动断开，手动投入。

总之，充分发挥高压柴油发电机组的优点，合理有效地弥补高压柴油发电机组供电系统的缺点后，高压柴油发电机组在大型、超高层民用建筑中的是完全可以很好、很有效地得以应用。

高压柴油发电机组的选择

1．柴油发电机容量确定

（1）在方案及初步设计阶段，柴油发电机组的容量可以按全工程总变压器容量的10%~20%进行估算。

（2）施工图设计阶段应根据一级负荷、消防负荷及重要的二级负荷进行计算，并应满足功率最大一台电动机的启动条件。

（3）按其供电范围内的总设备容量计算柴油发电机容量，计算公式如下：

----发电机组的额定功率（kW）

----可靠系数（1.1~1.2）

----需要系数

----总设备容量（kW）

----并联机组不均匀系数，一般0.9，单台取1.0

2. 柴油发电机容量校验

----柴油发电机组的额定功率（kW）

----发电机组供电负荷中最大一台电动机的最小启动倍数

----最大一台电动机额定功率（kW）

----在最大一台电动机启动之前，发电机已带的负荷（kW）

3．柴油发电机常用/备用容量

（1）注意计算结果或设计图上的发电机容量是做为备用，还是常用容量。

（2）注意发电机连续使用的时间，一般连续使用24小时的，其负荷不得超过常备容量的80%。

（3）其它注意事项可参考各柴油发电机组制造商提供的产品样本。

4．高压柴油发电机组的选择

序号 高压柴油发电机系统构成 选用说明 备注

1 发动机 可选用三菱、卡特、康明斯、MTU等发动机 同低压

2 发电机 按不同电压等选用。

3 连接方式 双轴承发电机联轴器联接。

4 并机控制系统 由主控制器、同期装置等，可选用COMAP主控系统、CUMMINS、CAT、MTU并机控制系统以及差动保护

5 高压开关柜 一般并机输出开关采用抽出式电动真空断路器、综保系统、直流操作。

6 PT柜 PT，CT

高压柴油发电机组系统的配套设施

1．冷却系统：包括风冷却和水冷却两种形式,其中水冷却系统主要由远置散热器、板式换热器，冷却水循环水泵等组成。

2．送风，排烟系统：包括机房送风机，排烟机、排烟管（烟囱），消声器等。

3．油路系统：包括供油泵、回油泵、阀部件、日用油箱、室外油罐以及控制装置等。

高压柴油发电机组系统配套设施的设计计算、选型与低压柴油发电机组没有区别。

部分工程高压柴油发电机组的应用实例及体会

通过上述工程中高压柴油发电机组的安装、调试、运行，高压柴油发电机组在大型、高端、超高层建筑民用建筑得到了成功地应用，技术可行性和经济性价比经受了严格的检验，以下两点应用体验与大家共享：

1．高压柴油发电机组系统应优先选用水冷却方式，相比于风冷却方式，其突出优点是节能、噪音低。因为水冷却远置散热器的电机功率减少很多，且机组到散热器的冷却水管可几台机组共用，极大地节约管材，减少占地空间。

2．鉴于柴油发电机组需要定期测试及启动，故建议系统尽可能安装假性负载，便于定期测试，并减少对正式供电系统及用户的影响。

七、结束语

相比高压柴油发电机组在数据中心、冶金、民航等领域的大量应用，在民用建筑中的应用明显处于初期发展时期。

通过充分利用高压柴油发电机组的优点，合理弥补其不足之处，采用低压、高压柴油发电机组合理搭配使用，实现工程不间断供电的预定目标，使工程供电系统简化并实现最大价值化。目前已完工的国贸三期、央视新台址等大型、高端，超高层建筑民用建筑已经成功采用高压柴油发电机做为备用电源，使用效果良好，因此大型、高端、超高层民用建筑的建设促进了高压柴油发电机组在民用建筑中的应用，随着高压柴发应用技术的不断完善改进，相信高压柴油发电机组会在将来被广泛应用于更多的高端民用建筑。

参考资料：

全国民用建筑工程设计技术措施/电气（2009年版）

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。