1、柴油發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)思路
1.1 收集設(shè)計(jì)所需要的條件
a、氣象條件：柴油發(fā)電機(jī)的額定容量是按照40 ℃ 進(jìn)行測(cè)試的，只要外圍環(huán)境不長(zhǎng)時(shí)間超過(guò)40 ℃，柴油發(fā)電機(jī)即可按照額定值進(jìn)行設(shè)計(jì)。
b、海拔高度條件：海拔的升高將導(dǎo)致柴油發(fā)電機(jī)組動(dòng)力性能下降，如果在高原地區(qū)選擇柴油發(fā)電機(jī)不建議考慮超負(fù)荷運(yùn)行的可能。
c、水質(zhì)條件：水質(zhì)太硬將引起水冷系統(tǒng)的循環(huán)水沉淀水垢，降低傳導(dǎo)外壁的導(dǎo)熱效果，使冷卻水循環(huán)效率下降，導(dǎo)致機(jī)組溫升過(guò)快，發(fā)生事故，所以硬水的地區(qū)設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組需考慮循環(huán)水提前進(jìn)行軟化。
d、負(fù)荷容量等：設(shè)備容量的統(tǒng)計(jì)首先需要滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求，如一級(jí)負(fù)荷中特別重要負(fù)荷，然后滿足建設(shè)方對(duì)于項(xiàng)目功能特點(diǎn)的個(gè)別要求，分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)建議選擇消防負(fù)荷與重要的平時(shí)負(fù)荷之較大者，作為柴油發(fā)電機(jī)組的額定容量。
1.2 確定柴油發(fā)電機(jī)的使用類(lèi)型
a、常用型電站，為正常工作時(shí)使用的柴油發(fā)電機(jī)組。
b、備用型電站，為發(fā)生停電事故時(shí)使用。
c、應(yīng)急型電站，重要負(fù)荷使用，如消防設(shè)備等，平時(shí)并不使用。
1.3 進(jìn)行初步設(shè)計(jì)
首先完成對(duì)柴油發(fā)電機(jī)的容量估算，根據(jù)筆者工程實(shí)踐總結(jié)，初步設(shè)計(jì)階段可以按變壓器總?cè)萘康?0 % ~ 15 % 進(jìn)行估算，如4 000 kVA變壓器總?cè)萘?，可以選擇500 kW的柴油發(fā)電機(jī)組；或也可以按建筑面積進(jìn)行估算：如對(duì)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(fā)電機(jī)組。完成柴油發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)干線示意圖：① 首先確定柴油發(fā)電機(jī)采用單機(jī)運(yùn)行還是并機(jī)運(yùn)行。② 然后確定重要負(fù)荷和消防負(fù)荷是否分別設(shè)置母線段，當(dāng)需要不同時(shí)供電時(shí)，要求在消防狀態(tài)下切斷重要的非消防負(fù)荷，如這樣的設(shè)計(jì)需求則要分別設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)出線柜。③應(yīng)急發(fā)電機(jī)供電開(kāi)關(guān)與系統(tǒng)供電開(kāi)關(guān)裝設(shè)機(jī)械閉鎖。進(jìn)行設(shè)備布置，完成機(jī)房的初步平面布置，機(jī)組具體布置的間距要求參見(jiàn)JGJ 16 - 2008《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》6. 1. 3條，本文不再細(xì)述。
2、施工圖設(shè)計(jì)
步驟與初步設(shè)計(jì)類(lèi)似，只是設(shè)計(jì)的計(jì)算更加完善細(xì)致，計(jì)算方式也略有不同，完成度更高，圖中應(yīng)標(biāo)明母線、電機(jī)、開(kāi)關(guān)、設(shè)備等的型號(hào)、規(guī)格、參數(shù)等。完成柴油發(fā)電機(jī)房的平、剖面圖，按比例繪制柴油發(fā)電機(jī)、進(jìn)出線柜開(kāi)關(guān)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(tǒng)圖包括柴油發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)臺(tái)數(shù)、容量、各處終端配電箱編號(hào)，自電源點(diǎn)引出回路編號(hào)等。
2.1 施工圖階段柴油發(fā)電機(jī)負(fù)荷容量選取
若將第一類(lèi)、第二類(lèi)負(fù)荷簡(jiǎn)單相加來(lái)選擇柴油發(fā)電機(jī)容量，則所選容量偏大，因?yàn)樵谙罓顟B(tài)時(shí)，只需保證消防設(shè)備的運(yùn)行，二級(jí)負(fù)荷不使用，而在非消防狀態(tài)下電網(wǎng)停電時(shí)，消防設(shè)備不使用，所以建議分別計(jì)算消防負(fù)荷和重要的非消防負(fù)荷，以二者較大值作為確定發(fā)電機(jī)組容量的依據(jù)，該種做法需要同時(shí)滿足消防部門(mén)及建設(shè)方的相關(guān)要求。另一種做法是設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)消防負(fù)荷和重要的非消防負(fù)荷總?cè)萘窟x擇發(fā)電機(jī)，既能滿足非消防時(shí)重要的負(fù)荷用電需要，又能保證消防時(shí)消防負(fù)荷工作需要，保障更高但機(jī)組容量也更大，造價(jià)也高，一般不建議采用。
2.2 柴油發(fā)電機(jī)所帶負(fù)荷
一般為以下部分，具體設(shè)置時(shí)需要以項(xiàng)目自身的情況按照甲方設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求予以增減：
①客梯、消防泵、消防報(bào)警系統(tǒng)、弱電機(jī)房、冷庫(kù)冰柜、污水泵、消防電梯排水泵、中水處理、生活水泵、消防風(fēng)機(jī)、保安電源、消防廣播、停車(chē)場(chǎng)系統(tǒng)的電力供電。
②照明需要柴油發(fā)電機(jī)提供的場(chǎng)所：消控室、交換機(jī)房、弱電機(jī)房、變配電室、服務(wù)中心、發(fā)電機(jī)房、消防泵房、消防風(fēng)機(jī)房、電梯機(jī)房、樓梯間、電梯前室、疏散指示及其他公共區(qū)域應(yīng)急照明。
2.3 柴油發(fā)電機(jī)的容量計(jì)算
按照J(rèn)GJ 16 -2008《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》6.1. 2條的要求，取計(jì)算值較大的一種作為柴油發(fā)電機(jī)容量選取的依據(jù)。
柴油發(fā)電機(jī)負(fù)荷容量的注意事項(xiàng)：按照額定計(jì)算值選擇柴油發(fā)電機(jī)之后，仍需要注意以下事項(xiàng)：
①最佳的經(jīng)濟(jì)功率是額定功率的0. 75倍，是柴油發(fā)電機(jī)組不受時(shí)間限制可長(zhǎng)期運(yùn)行的輸出功率，在這個(gè)功率下運(yùn)行時(shí)，燃油最省，故障率最低，所以P最佳 = 3 / 4 × P額定，即計(jì)算功率為0. 75倍額定功率較為合適。
② 對(duì)寫(xiě)字樓等建筑類(lèi)型，與UPS選擇的規(guī)范要求類(lèi)似，當(dāng)電子計(jì)算機(jī)占據(jù)主要供電負(fù)荷時(shí)，其額定輸出功率應(yīng)大于所有計(jì)算機(jī)設(shè)備額定功率總和的1. 5倍，對(duì)其他用電設(shè)備供電時(shí)，為額定計(jì)算負(fù)荷的1. 3倍。
③ 設(shè)計(jì)中建議注明不允許柴油發(fā)電機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行在低于額定功率50 % 的情況下，因?yàn)樵诘陀陬~定功率50%的情況下運(yùn)行時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)組機(jī)油消耗容易變大、柴油燃燒不充分易產(chǎn)生碳垢，使柴油發(fā)電機(jī)故障率升高，縮短機(jī)組的使用壽命。
④需要注意銘牌的標(biāo)稱(chēng)工作功率是在12 h內(nèi)的額定工作功率，而長(zhǎng)期運(yùn)行功率為標(biāo)稱(chēng)工作功率的90 %，是在25 ℃時(shí)一個(gè)大氣壓（100 kPa）濕度為30 % 時(shí)的功率，設(shè)計(jì)選擇柴油發(fā)電機(jī)時(shí)可將兩個(gè)功率均作表示。
2.4 柴油發(fā)電機(jī)組的系統(tǒng)設(shè)計(jì)
柴油發(fā)電機(jī)房常位于地下一層內(nèi)，設(shè)置一臺(tái)或多臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組，機(jī)組采用單機(jī)運(yùn)行或多臺(tái)并機(jī)運(yùn)行（并車(chē)的種類(lèi)：自同期、粗同期、準(zhǔn)同期），柴油發(fā)電機(jī)為消防狀態(tài)下還是事故狀態(tài)下的設(shè)備進(jìn)行供電，根據(jù)甲方的使用需求進(jìn)行確定，如分開(kāi)供電則需要考慮分別設(shè)置出線柜。在配電系統(tǒng)中，一、二級(jí)負(fù)荷的電源為雙路市電同時(shí)供電，當(dāng)一路市電失電后，另一路市電可經(jīng)過(guò)低壓母聯(lián)末端自投或手投供電，當(dāng)兩路10 kV獨(dú)立高壓電源均失電時(shí)，經(jīng)ATS開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換后，啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)，啟動(dòng)信號(hào)送至柴油發(fā)電機(jī)房，信號(hào)延時(shí)0 ～ 10 s自動(dòng)啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組，柴油發(fā)電機(jī)組15 s內(nèi)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速、電壓、頻率后，投入額定負(fù)載運(yùn)行。機(jī)組應(yīng)處于常備啟動(dòng)狀態(tài)，設(shè)有自動(dòng)啟動(dòng)裝置，保證建筑始終處于兩個(gè)電源供電狀態(tài)下，當(dāng)市電恢復(fù)30 ～ 60 s后，自動(dòng)恢復(fù)市電供電，柴油發(fā)電機(jī)組經(jīng)冷卻延時(shí)后，自動(dòng)停機(jī)，當(dāng)兩路市電同時(shí)失電時(shí)柴油發(fā)電機(jī)的應(yīng)急轉(zhuǎn)換。
在低壓配電系統(tǒng)需要設(shè)置應(yīng)急母線段，并單獨(dú)設(shè)置應(yīng)急母線室，以保證電源的可靠性，應(yīng)急母線由柴油發(fā)電機(jī)組供電，以保證重要負(fù)荷的正常運(yùn)行，柴油發(fā)電機(jī)的相序，必須與原供電系統(tǒng)的相序一致。
2.5 柴油發(fā)電機(jī)的適用環(huán)境
柴油發(fā)電機(jī)機(jī)組可以滿足市電故障時(shí)，15 ~ 30 s內(nèi)柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)，機(jī)組就地控制，并裝設(shè)快速自啟動(dòng)裝置，連續(xù)3次，其總計(jì)時(shí)間不大于30 s，同時(shí)發(fā)電機(jī)可以允許25 % 的短時(shí)超載，但對(duì)一級(jí)負(fù)荷中特別重要負(fù)荷允許中斷供電時(shí)間小于15 s的用電設(shè)備，由于柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間無(wú)法滿足要求，可在末端設(shè)置在線式不間斷電源裝置，如需要做到毫秒級(jí)的供電，就需要先設(shè)置蓄電池靜止型不間斷電源供電裝置（UPS），再設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組。
2.6 柴油發(fā)電機(jī)的油箱設(shè)置
在機(jī)房?jī)?nèi)或貯油間要有供3 ~8 h連續(xù)運(yùn)行的日用油箱，但油量超過(guò)1 000 L時(shí)，宜在室外另設(shè)置儲(chǔ)油罐，且日用油箱容積不容許超過(guò)1 m3，超過(guò)時(shí)需在室外另設(shè)置儲(chǔ)油罐，如未知條件時(shí)，可在室外設(shè)置15 m3埋地儲(chǔ)油罐，其尺寸為3000 × 6 000 × 3 200 mm，總儲(chǔ)油量一般可保證機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行24 h以上，如兩臺(tái)1 200 kW的柴油發(fā)電機(jī)，設(shè)置15 m3的埋地油罐，可滿足24 h燃油的需要，柴油發(fā)電機(jī)房的油罐進(jìn)出戶管為一個(gè)日用油箱一根進(jìn)戶，另外設(shè)置一根備用管，如圖6中所示，兩個(gè)日用油箱設(shè)置兩根進(jìn)戶管及兩根備用，可預(yù)留4 × Φ80 mm進(jìn)出戶管至室外儲(chǔ)油罐，室外儲(chǔ)油罐的埋深可以為 - 1. 0 ~ - 1. 3 m。
柴油發(fā)電機(jī)的耗油量的估算：
① 負(fù)荷率50 % 時(shí)，耗油量為0. 15 l / h · kW。
②負(fù)荷率75 % 時(shí)，耗油量為0. 2 l / h · kW。③負(fù)荷率100 % 時(shí)，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(jìn)行計(jì)算。式中：V —— 日用油箱的體積，m3；P —— 機(jī)組功率，kW；G —— 每kW每小時(shí)油耗，l；T ——供給時(shí)間，h；A —— 充滿系數(shù)。示例：兩臺(tái)600 kW柴油發(fā)電機(jī)P = 1 200 kW，負(fù)荷率75 % 時(shí)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(chǔ)油罐即可，如果要滿足36 h或兩臺(tái)1 200 kW發(fā)電機(jī)組，則選擇15 m3的油罐即可。
2.7 柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的設(shè)備控制要求
① 發(fā)電機(jī)的控制屏需設(shè)有短路、過(guò)負(fù)荷、接地故障及過(guò)、欠電壓保護(hù)裝置，開(kāi)關(guān)一般為手動(dòng)操作。
②監(jiān)視或控制各種運(yùn)行參數(shù)，保障機(jī)組正常運(yùn)行，同時(shí)可發(fā)出預(yù)報(bào)警和故障報(bào)警信號(hào)。
③ 可具有符合開(kāi)放性標(biāo)準(zhǔn)的可擴(kuò)展現(xiàn)場(chǎng)總線（RS485或LonWorks等）接口的控制裝置，并有通用的網(wǎng)關(guān)支持，可以接入樓宇BA系統(tǒng)。
④ 需要單獨(dú)設(shè)置蓄電池組（電壓24 V）作為控制電源，其容量應(yīng)保證柴油發(fā)電機(jī)連續(xù)啟動(dòng)不少于6次，并設(shè)置整流充電設(shè)備，其輸出電壓應(yīng)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(jī)組能滿載啟動(dòng)，電壓調(diào)整率 ± 0. 5 ％。
⑥ 當(dāng)檢測(cè)到全部市電中斷供電時(shí)，啟動(dòng)信號(hào)取自變電所內(nèi)每組變壓器低壓主進(jìn)開(kāi)關(guān)之前電壓互感器的輔助觸點(diǎn)，信號(hào)經(jīng)過(guò)邏輯計(jì)算后，發(fā)出信號(hào)送至柴油發(fā)電機(jī)控制柜，機(jī)組自啟動(dòng)，并在15 s內(nèi)向負(fù)荷供電；當(dāng)市電恢復(fù)正常后，電源自動(dòng)切換，機(jī)組自動(dòng)延時(shí)停機(jī)，由市電向負(fù)荷供電。柴油發(fā)電機(jī)組不能與市電并網(wǎng)運(yùn)行。
⑦應(yīng)急發(fā)電機(jī)供電開(kāi)關(guān)與系統(tǒng)供電開(kāi)關(guān)裝設(shè)機(jī)械閉鎖。
⑧ 靜態(tài)特性是指柴油機(jī)所帶負(fù)載由空載逐步滿載時(shí)轉(zhuǎn)速的改變，通?？刂圃陬~定轉(zhuǎn)速n的5 % 以下，動(dòng)態(tài)特性是指負(fù)載在空載和滿載時(shí)忽然發(fā)生轉(zhuǎn)速改變的變化特性，其中穩(wěn)定時(shí)間為空載和滿載忽然發(fā)生改變，從過(guò)渡開(kāi)始至機(jī)組重新穩(wěn)定的時(shí)間，穩(wěn)定時(shí)間不大于7 s，一般可取5 ~ 7 s，另一項(xiàng)電壓變化是由滿載狀態(tài)下由冷狀態(tài)到熱狀態(tài)的輸出電壓變化，一般不大于額定電壓2 %。
2.8 柴油發(fā)電機(jī)組的接地
柴油發(fā)電機(jī)房一般應(yīng)有3種接地：
① 工作接地：按照《民規(guī)》的要求，當(dāng)采用一臺(tái)發(fā)電機(jī)組時(shí)需中性點(diǎn)直接接地，當(dāng)兩臺(tái)機(jī)組并機(jī)時(shí)在不存在環(huán)流的可能下采用中性點(diǎn)經(jīng)刀開(kāi)關(guān)接地或采用加裝限流電抗器接地。舉例如某一項(xiàng)目采用兩臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組，當(dāng)僅一臺(tái)單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，其對(duì)應(yīng)的刀開(kāi)關(guān)與接觸器均閉合，實(shí)現(xiàn)單一機(jī)組運(yùn)行中性點(diǎn)直接接地，這時(shí)另一機(jī)組的接觸器斷開(kāi)；當(dāng)兩臺(tái)機(jī)組并列運(yùn)行時(shí)，機(jī)組的中性點(diǎn)經(jīng)刀開(kāi)關(guān)接地，由于采用了接觸器互鎖，兩個(gè)接觸器中只允許接通其中的一個(gè)接觸器，另一機(jī)組的接觸器必須斷開(kāi)，這樣可以避免中性導(dǎo)體產(chǎn)生環(huán)流，可類(lèi)似于變壓器中性點(diǎn)接地線的選擇，參考圖集的參數(shù)（03D201 - 4《10 / 0. 4 kV變壓器室布置及變配電所常用設(shè)備構(gòu)件安裝》中：“變壓器低壓側(cè)出線選擇”），如項(xiàng)目為1 200 kW柴油發(fā)電機(jī)則可選擇YJV - 1 × 185 mm2接地電纜，相應(yīng)刀開(kāi)關(guān)及接觸器額定電流選擇為400 A，如圖7所示。
② 保護(hù)接地：柴油發(fā)電機(jī)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(tǒng)的設(shè)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(lián)合接地方式。
2.9 柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)其他注意事項(xiàng)
柴油發(fā)電機(jī)的短路電流一般可按額定計(jì)算電流的10倍進(jìn)行考慮。單臺(tái)電機(jī)容量建議不大于發(fā)電機(jī)容量25 %。
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