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柴油发电机

综合体建筑及大型商业建筑中低压柴油发电机的

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综合体建筑及大型商业建筑中低压柴油发电机的

责任编辑:澳门威尼斯app下载??? 发布时间:2020-10-26 ??? 【

摘 要: 结合某大型商业建筑的工程案例,分析了以发电机作为消防备用电源的容量选择,阐述了大功率消防水泵接入发电机应急电源系统需要注意的问题,可为类似大型商业建筑中发电机作为消防备用电源的运用上提供参考。

关键词: 柴油发电机; 消防负荷; 供电可靠性; 起动容量; 应急后备电源

0 引 言

目前,许多大型综合体或大型商业建筑越来越多地在全国各级城市拔地而起,这些带有地标或是区域商业中心性质的建筑物成为一个城市的消费中心和活力象征。因此,对于此类人流密集、火灾情况下容易造成人员伤亡或是重大经济损失的建筑,为保障其在火灾情况下的消防负荷或是断电情况下重要负荷的供电可靠性,通常把发电机作为消防负荷或重要负荷的应急电源,因其具有可持续供电时间较长、选择容量较大、独立运行不受外部电网影响以及可靠性高等优点,故在大型工程中得到广泛应用[1-3]

本文仅针对此类大型综合体或大型商业建筑如何选用低压柴油发电机等问题展开讨论。

1 柴油发电机的供电原则

根据国家技术标准及相关规范(包括各地方规范的要求),应急柴油发电机主要为一级负荷中特别重要负荷及消防负荷供电。特别重要负荷包括IT机房、电信机房、垂直电梯等;在很多大型商场中,珠宝商铺和商场独立设置的儿童活动区内照明等系统也属于特别重要负荷。消防负荷包括消防风机、防火卷帘、消防排烟窗、消防控制室电源、消防水泵、消防应急照明和疏散照明、变电所用电、发电机房用电等。在明确应急发电机组的供电范围后,需要根据火灾和非火灾情况下分别计算。

大部分情况下,选择发电机主要先根据火灾情况下使用的消防负荷来确定应急发电机组容量,再根据发电机容量确定非火灾情况下特别重要负荷用电是否满足发电机组容量的要求验证。

计算应急发电机在火灾情况下的负荷时,需要考虑到发生火灾的情况,民用建筑一般按火灾时最大防火分区(消防设备投入容量最大)进行计算,同时,还需要考虑相邻防火分区受火灾影响的情况。此外,不仅考虑相对应防火分区需供电的消防负荷及非火灾情况下的常用消防负荷,还需注意在应急发电机供电情况下,其他防火分区内由此发电机供电的一、二级负荷在接到切除指令之后,需要延时切断电源的负荷。

同样,应急发电机在非消防情况下进行负荷计算时,除了要考虑特别重要负荷外,还应考虑在非火灾情况下的常用消防负荷;除特别重要负荷外,基于业主额外要求,也可以适当增加业主自需的重要负荷,并视负荷容量选择发电机(发电机容量应以消防或非消防状态下的重要负荷中大者为选择依据),且火灾时一旦切除非消防电源,此部分内容应无条件优先切除。

2 发电机容量选择的几种常见方式

自起动发电机是为保证消防负荷或特别重要负荷供电可靠的应急电源,在市电电源中断供电时,除在规定时间内能自起动供电外,还应满足所有保安负荷或一级负荷的供电容量要求,若容量选得小,则电动机起动时电压降过大,电动机不能起动,自起动发电机起动失败,失去备用电源的作用;若容量选得过大,初期投资大,运营经济效益差[4-6]。所以,正确计算保安负荷或一级负荷的容量,确定负荷投入顺序和电动机起动时允许的电压降是选择发电机容量的重要前提。自起动发电机的容量应满足如下条件:

(1) 所有保安负荷或一级负荷正常工作时供电容量的要求。

(2) 在大容量电动机起动或自起动时应符合发电机的过负荷能力。

(3) 在起动大容量电动机时,母线上的电压降应保证已经正常工作的负荷所允许的电压降,又能满足电动机本身的起动转矩要求。

(4) 与原电动机的过负荷能力相匹配。

3 发电机容量选择具体实例

3.1 项目概述

某项目为大型商业建筑,总建筑面积约为10万m2;地下共2层,建筑面积约为3.2万m2,地上3层,建筑面积约为6.8万m2;-2F为车库,-1F为局部车库、进口超市和轻餐饮;1F为家具超市和商铺;2F为轻餐饮和重餐饮;3F为重餐饮。

该项目变压器总装机容量为11.4 MVA。由于场地限制,地下室考虑只设置一座柴油发电机房,内设1台1 600 kVA柴油发电机(待验证)。该项目特点是无消防电梯,中庭大,单个防火分区对应疏散楼梯多。

3.2 发电机的供电原则

根据规范及业主要求,该项目发电机为如下负荷提供备用电源。

(1) 所有消防负荷,包括排烟风机、消防加压风机、防火卷帘、自动排烟窗、消防喷淋泵、消火栓泵、冷却防护喷淋泵、消防控制室电源、消防应急照明和疏散照明等。

(2) 所有不间断电源(UPS)设备及弱电机房。

(3) 所有公共区域保障负荷,如客梯等。

3.3 发电机容量确定原则

(1) 根据负荷容量选择发电机。发电机供电范围内消防负荷容量远大于非消防负荷容量,因此根据火灾时最大负荷(消防负荷容量与火灾时需要继续工作的非消防负荷之和)选择发电机容量。火灾初始负荷容量及火灾后期负荷容量二者取其大值。

(2) 根据电动机同时起动容量校核发电机容量。

(3) 按照电动机起动时母线允许电压降校核发电机容量。

相关公式可见参考文献[1]第95~96页中公式2.6-8~公式2.6-11。

3.4 柴油发电机的容量计算

柴油发电机为整个项目供应急后备电源。按照火灾时最大相邻2个防火分区(消防设备投入容量最大)考虑。

常用消防负荷如表1所示。

表1 常用消防负荷 kW

火灾时才启用消防负荷如表2所示。

火灾初始时发电应急母排上最大同时运行的负荷包括:变电所用电、消防控制室用电;所有消防应急照明、疏散照明、所有防火卷帘;变电所供电的所有垂直电梯迫降至一层时用电;相邻防火分区所有防排烟风机、楼梯正压风机(延时起动)用电;消防喷淋泵、消火栓泵、防护冷却喷淋泵、消防水泵房内其他消防设备;柴油发电机房用电。

表2 火灾时才启用消防负荷 kW

火灾后期发电应急母排上最大同时运行的负荷包括:变电所用电、消防控制室用电;所有消防应急照明、疏散照明;相邻防火分区所有防排烟风机、楼梯正压风机;消防喷淋泵、消火栓泵、防护冷却喷淋泵、消防水泵房内其他消防设备;柴油发电机房用电。

(1) 根据负荷容量选择发电机。

(1)

式中: SC1——按稳定负荷计算发电机组的容量,kVA;

PΣ——总负荷,kW;

α——负荷率,取0.85;

ηΣ——总负荷的计算效率,取0.85;

cosφ——发电机额定功率因数,取0.8。

由式(1)计算得,发电机初始负荷容量稳定后负荷容量按火灾后期选择容量选择发电机,发电机的负载率控制在80%左右,得出发电机容量采用1 600 kVA。

(2) 按照最大的单台电动机或者成组电动机起动的需要计算。为避免火灾时用电设备的电动机同时起动而造成发电机组熄火停机,用电设备应具有不同延时,错开起动时间,重要性相同时,宜先起动容量大的负荷。该项目发电机容量的确定不考虑上述消防设备同时投入。

火灾时按最大单台电动机或成组电动机起动计算发电机组的容量。按照最大单台消防喷淋泵起动的需要计算:

(2)

式中: SC2——按最大的单台电动机或成组电动机起动计算发电机组的容量,kVA;

Pm——起动容量最大的电动机或成组电动机的容量,kW;

cosφm——电动机起动功率因数,一般取0.4;

K——电动机的起动倍数,取7;

C——按电动机起动方式确定的系数,全压起动时取1,星三角起动时取0.67。

由式(2)计算得,因此选用的发电机容量为1 600 kVA。

(3) 按照起动电动机时母线容许电压降计算。

(3)

式中: SC3——按起动电动机时母线容许电压降计算发电机组的容量,kVA;

Pn——电动机总负荷,kW;

Xd″——电动机的暂态电抗,一般取0.25;

ΔE——应急负荷中心母线允许的瞬时电压降,一般取0.25~0.3。

由式(3)计算得,SC3=200×7×0.67×0.25×因此选用的发电机容量为800 kVA。

综上可知,柴油发电机容量可选取为1 600 kVA,但此计算结果是以消防喷淋泵为星三角起动为前提得出的。需要特别注意的是,GB 50974—2014《消防给水及消火栓系统技术规范》[7]中第11.0.14条规定:当消防水泵功率较大时,可以用星三角或自耦降压起动。但在该规范的第11.0.12条中又要求:消防水泵控制柜应设置机械应急启泵功能,并应保证在控制柜内的控制线路发生故障时由有管理权限的人员在紧急时起动消防水泵。在条文说明中也明确:弱电信号因故障或继电器等故障不能自动或手动起动消防泵时,若马上进行线路故障的排除,会受到人员素质、时间上的限制,所以在消防发生的紧急情况下是不可能进行的。因此,只要在正常供电条件下,无论控制线路正常或损坏,都应能强制起动(即全压起动),以保障火灾扑救的及时性。在这种最极端的情况下,需要重新按最大一台电动机全压起动来校验发电机的容量。

(4) 按照最大的单台电动机或者成组电动机起动的需要计算。

方法一,按式(2)重新计算校验:

方法二:通过简单算法按下式校验:

PNGkPM

(4)

式中: PNG——应急发电机组额定有功功率,kW;

k——最大一台(组)电动机起动电流倍数;

PM——最大一台(组)电动机的额定功率,kW。

k最小倍数取值如表3所示。

表3 k最小倍数取值

注:为了可靠,k宜乘以可靠系数1.1~1.3

消防水泵不经常起动,电压降≤15%时,可采用直接起动,故计算得PNGkPM=1.1×7×200 kW=1 540 kW≈1 925 kVA,因此选取的柴油发电机容量为2 000 kVA。

通过校验可以看出,当单台消防泵采用星三角起动时,柴油发电机容量只需1 600 kVA;当必须考虑强制全压起动时,发电机必须达到2 000 kVA才能满足要求,其中400 kVA是浪费的。如何既满足柴油发电机容量相对较小,又可以使消防水泵在火灾情况下两种工况都满足使用要求,给出如下方案:消防喷淋泵和消火栓泵皆从一用一备两台电泵调整为一台电泵和一台柴油泵,电泵接入变压器并采用星三角起动,柴油泵可作为电泵故障或强制全压起动的备用泵。该方案可以更进一步减小发电机的容量。

3.5 消防泵改为电泵常用、柴油泵备用情况下发电机容量计算

在案例中200 kW消防喷淋泵和75 kW消火栓泵皆调整为一台电泵和一台柴油泵,不计入发电机容量;得出发电机初始容量为708 kW,发电机稳定后负荷容量为746 kW。

(1) 按照稳定负荷计算:

按火灾后期选择容量选择发电机。发电机的负载率控制在80%左右,得出发电机容量为1 250 kVA。

(2) 按照最大的单台电动机或者成组电动机起动的需要计算:

火灾时先起动一个防火分区排烟风机(按照最不利条件,4台同时起动容量为66 kW)。按照排烟风机成组起动的需要计算:

因此,发电机容量采用1 250 kVA。

(3) 按照起动电动机时母线容许电压降计算:

因此,采用的发电机容量为400 kVA;

综上所述,柴油发电机容量可选取为1 250 kVA,如此在无大功率消防泵计入发电机的情况下,发电机的容量可以大大降低,相对节省成本。

估算后,消防水泵全压起动与发电机匹配如表4所示。当消防水泵单台功率大于200 kW以上时,建议采用电泵作为常用,柴油泵作为备用的形式进行设计,以避免对柴油发电机、变压器产生冲击。

表4 消防水泵全压起动与发电机匹配

4 结 语

通过实际案例对某商业建筑中柴油发电机的容量进行计算和校验,详细阐述了低压柴油发电机容量计算选择时需要注意的问题,同时强调存在消防水泵在控制元件故障的情况下必须强制起动的情况。可以得出:消防水泵的容量会对发电机容量的选择有着直接影响,消防泵容量越大,越需要对发电机的容量进行校验。


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