柴油发电机系统设计

智能建筑电气技术１９

Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　Ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ２０Ｆｅｂｒｕａｒｙ　２００７　Ｖｏｌ．１ Ｎｏ．１

式同步交流发电机。

柴油发电机的自动化功能的选择：遥控、遥信和遥测性能。

机组的使用环境条件：机房冷却、通风系统的设置。

２　柴油发电机组的系统设计

２．１　柴油发电机组常用功率和备用功率的区别

２．１．１　备用功率（图１）

市电断电时提供备用电源，市电供电可靠，８０％负载运行，每年运行时间２００ｈ，某些制造厂商用于高峰期功率补偿几乎无过载能力。故在设计时，过载能力需考虑，更多的设备成本，较高的运行成本及加大的维护工作量。

２．１．２　常用功率（图２）

主要用于无市电供电场合，或市电不可靠但供电要求可靠性高的场所。可连续使用，７０％负载运行，每１２ｈ允许１ｈ１０％过载，每年运行时间负载　＞　１００％不允许超过５００ｈ。

２．２　柴油发电机组容量计算方法

柴油发电机组与　ＵＰＳ　组成的电源系统，对供电安全要求较高的数据中心正在被广泛采用，该系统不但要求柴油发电机组自动化程度高，更要求交流同步发电机必须适应　ＵＰＳ　这一非线性负载的特性，使其在无市电的情况下保证　ＵＰＳ　对负载可靠供电；柴油发电机组的容量大小，除要满足ＵＰＳ计算负荷需要外，还必须进行电动机启动时的电压降校验，即启动任一电动机时，其端子容许电压降应在规定范围之内。２．２．１　按照ＵＰＳ容量配置柴油发电机组

一般柴油机生产厂家要求，与ＵＰＳ　配套柴油发电机组的容量一般为　ＵＰＳ　容量的　２　～　２．５　倍。而ＵＰＳ设计工作中负荷一般在　５０％　～　８０％　额定容量，这种情况下，发电机组发出的功率可能为额定容量的３０％左右。这样不但造成发电机组的容量不能充分利用，增加了设备的投资，而且使发电机组更容易产生故障，降低了发电机组的工作可靠性。综合各种因素，发电机组实际负载６０％以上额定负载的情况下工作，对柴油机最为有利。

关于在实际工程设计中ＵＰＳ与柴油发电机的功率配比问题在本章节中不再进行讨论，具体详见其他专篇。

２．２．２．按照常规综合负荷容量配置柴油发电机组现代综合建筑中，柴油发电机不仅作为ＵＰＳ的备用电源，而且要求作为建筑内特别重要负荷及消防负荷的备用电源。在这种情况下，发电机容量不能只考虑ＵＰＳ的容量，必须兼顾其它特别重要负荷及消防负荷的容量，在特别重要负荷（包括ＵＰＳ）及消防负荷中，按照最大者确定柴油发电机的容量。

（１）　利用设备容量计算发电机容量：

Ｐ＝ｋ·Ｋｘ·Ｐｅ／η

式中：ｐ—自备发电机组的功率（ｋＷ）；

ｋ—可靠系数，一般取１．１。

Ｋｘ—需要系数（一般取０．８５－０．９５）；

Ｐｅ—总负荷容量（ｋＷ）；

η—发电机并联运行不均匀系数一般取０．９，单台取１。

（２）　利用最大的单台电动机或成组电动机起动的需要，计算发电机容量：

Ｐ＝（Ｐｅ－Ｐｍ）　／ηｅ　＋　Ｐｍ·Ｋ·Ｃ·ｃｏｓΦｍ（ｋＷ）

式中：Ｐｍ—起动容量最大的电动机或成组电动机的容量（ｋＷ）　；

Ｐｅ－总负荷容量（ｋＷ）　；

ηｅ－总负荷的计算效率，一般取０．８５；

ｃｏｓΦｍ　－电动机的起动功率因数，一般取０．４；

Ｋ－电动机的起动倍数；

Ｃ－全压起动Ｃ＝１；Ｙ－△起动Ｃ＝０．６７；自耦变压器起动５０％抽头Ｃ＝０．２５；６５％抽头Ｃ＝０．４２；８０％抽头Ｃ＝０．６４。

（３）　按起动电动机时母线容许电压降计算发电机容量：

发电机母线上已接负荷的影响，发电机母线上的启动负荷应该等于已接负荷与电动机启动容量之和。

Ｐ＝Ｐｎ·Ｋ·Ｃ·Ｘｄ″（１／△Ｅ－１）（ｋＷ）

式中：Ｐｎ－造成母线压降最大的电动机或成组起动电动机组的容量（ｋＷ）

Ｋ—电动机的起动电流倍数；

Ｘｄ″—发电机的暂态电抗，一般取０．２５；

图１　备用功率图２ 常用功率

智能建筑电气技术

Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　Ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ２２Ｆｅｂｒｕａｒｙ　２００７　Ｖｏｌ．１ Ｎｏ．１

４．２．３　机组自动启动第三次失败时，如有备用机组，程序控制系统应能自动将启动指令传递备用机组。４．３　机组的自动卸载停机

机组接到自控或遥控的停机指令，应能自动卸载停机，其停机方式应有正常停机和紧急停机两种。正常停机步骤：切断主电路后空载运行５ｍｉｎ，切断燃油油路。紧急停机步骤：立即切断主电路，切断燃油路和进气气路。

４．４　机组的自动调压和调频

机组应能自动调整输出电压和频率。

４．５　机组的自动保护

机组应有机油压力低、冷却水温度高、过电压、超速、短路、缺相等项保护。

４．６　机组的自动补给

机组的自动补给共分三类：

第一类自动补给装置用于１级自动化机组，燃油、机油、冷却水的自动补给应能满足机组在无人值守的条件下连续（或累计）运行４ｈ。

第二类自动补给装置用于２级自动化机组，燃油、机油、冷却水的自动补给应能满足机组在无人值守的条件下连续（或累计）运行２４０ｈ。

第三类自动补给装置用于３级自动化机组，燃油、机油、冷却水的自动补给应能满足机组在无人值守的条件下连续（或累计）运行１０００ｈ。

４．７　机组工作和不工作时均应能保持启动蓄电池处于满容量状态

４．８　每台机组的平均故障间隔期

一级自动化机组的平均故障间期应大于５００ｈ。

二级自动化机组的平均故障间期应大于８００ｈ。

三级自动化机组的平均故障间期应大于１０００ｈ。４．９　机组的其它技术要求

４．９．１　自动化机组应既能自控和遥控，又能就地手动操作；

４．９．２　对于欠电压、低速（或低频）、机油温度过度等方面的保护装置可按需要选设；

４．９．３　机组应具有自动计时功能。

５　机组的使用环境条件

５．１　机房冷却、通风系统（图４）

机房冷却、通风系统直接影响发电机组额定功率输出和长期安全可靠运行。足够的进、排风面积，避免进排风短路、理顺空气流向，直进直出设计等，是机组运行的保障。

５．１．１　发电机组冷却系统

散热水箱式冷却系统设计考虑因素：最高冷却温度、预期运行温度、功率衰减、冷却液膨胀体积、最低冷却液温度（保证正常启动和带载）、监视／安全停机、发动机制造商数据正确、散热水箱／冷却风扇数据正确、运行参数、对环境散、热机体加热器及冷却液流速等。

ａ．机组散热量计算

发动机燃油消耗：使用额定功率ｋＷ　，转换为Ｂ

ＴＵ

／ｍｉｎ＝（ｋＷ）×（５７）Ｂ

ＴＵ

／ｍｉｎ

假定柴油产生１４０，０００　Ｂｔｕ／Ｇａｌ热量，转换效率为３５％。

燃油消耗快速估算方法：

燃油消耗＝　ｋＷ×．０７（Ｕ．Ｓ．ｇａｌ）＝ｋＷ×０．０１８５（ｌ）

通常发动机散热通过液体－空气热交换冷却系统，大约为燃油消耗产生的热量　２５％。液体－空气热交换（散热水箱）为最普通散热器。

ｂ．其它散热量快速计算法如图５所示：

图５ 其它散热量快速计算法

５．１．２　通风系统空气计算：提供发动机燃烧空气，带走机房热量，　提供发电机冷却空气，冷却发动机（通过散热水箱）。空气流过系统时，产生较大的温升。发电机组冷却系统的设计要求实际测算（制造厂商的数据仅供参考），不佳的设计难于使发电机组在高温环境下进行满负载运行（图６）。

Ｑ　＝　ｍｃｐ

式中：

Ｑ－排放热量，

图４ 机房冷却、通风系统