新聞主題	應急柴油發(fā)電機的布局和設計

 

摘要：應急柴油發(fā)電機組一般由柴油發(fā)動(dòng)機、發(fā)電機、控制箱（柜）、油箱、起動(dòng)和控制用蓄電池組、應急配電柜等部件組成。應急柴油發(fā)電機組具有運行靈活、體積小、接線(xiàn)簡(jiǎn)單、安全可靠、操作維護簡(jiǎn)便，使用環(huán)境條件要求低等優(yōu)點(diǎn)。目前應急柴油發(fā)電機組做為消防設備及重要負荷的備用電源，已在超高層建筑、數據中心、民用住宅、工廠(chǎng)等建筑中得到廣泛應用。本文結合實(shí)際工程對超高層建筑應急柴油發(fā)電機房供配電系統及通風(fēng)、接地等深化設計思路及方法進(jìn)行闡述。

 

柴油發(fā)電機組的機房案例

 

 

 

一、配電系統設計

 

1、機房照明

機房照明分為發(fā)電機間照明及油箱間照明。發(fā)電機間照明設置2×28W普通熒光燈，油箱間設置2×28W防爆熒光燈，正常狀態(tài)為市電供電，應急狀態(tài)由柴油發(fā)電機組供電，柴油發(fā)電機組不能正常工作時(shí)，由EPS供電。照明燈具在頂部機電管線(xiàn)布置好后，布置于頂部機電管線(xiàn)下方，以使燈光不被管線(xiàn)遮擋，滿(mǎn)足機房平時(shí)照明及維修保養要求。

2、機房動(dòng)力

機房動(dòng)力分為柴油發(fā)電機組輸出配電及機房受電。

（1）機房輸出配電

機房柴油發(fā)電機組輸出采用1×800m²單芯電纜并聯(lián)后通過(guò)橋架引至發(fā)電機配電柜后，再采用母線(xiàn)槽配出至低壓配電柜。

（2）機房受電

機房受電包括機房插座和機房風(fēng)機動(dòng)力。機房插座正常狀態(tài)為市電供電，應急狀態(tài)由柴油發(fā)電機組供電，柴油發(fā)電機組不能正常工作時(shí)，由EPS供電。機房風(fēng)機中油箱間排風(fēng)機及發(fā)電機間平時(shí)排風(fēng)機為市電供電，發(fā)電機組導流風(fēng)機及發(fā)電機組加力排風(fēng)機正常狀態(tài)為市電供電，應急狀態(tài)由柴油發(fā)電機組啟動(dòng)且能正常帶載后供電。

3、風(fēng)機控制系統

風(fēng)機控制系統包括油箱間排風(fēng)機、發(fā)電機間平時(shí)排風(fēng)機及發(fā)電機組導流風(fēng)機、發(fā)電機組加力排風(fēng)機控制。油箱間排風(fēng)機、發(fā)電機間平時(shí)排風(fēng)機采用手動(dòng)控制及自動(dòng)時(shí)BAS控制。發(fā)電機組導流風(fēng)機、發(fā)電機組加力排風(fēng)機采用手動(dòng)控制及自動(dòng)時(shí)發(fā)電機啟動(dòng)后延時(shí)啟動(dòng)。

4、啟動(dòng)控制設計

柴油發(fā)電機組采用自動(dòng)啟動(dòng)方式。工程中，A、B兩組柴油發(fā)電機組分別與A1#、B1#市政20 kV電源及A2#、B2#市政20 kV電源相聯(lián)絡(luò )。因此，其啟動(dòng)方式根據市政電源失電情況可大致分為兩類(lèi)情況。

（1）A1#、B1#兩路市政20 kV電源同時(shí)失電

這種情況比較簡(jiǎn)單，因為市政電源完全失電，所以當發(fā)電機組總控系統檢測到市政電源失電時(shí)，立刻有序啟動(dòng)所有柴油發(fā)電機組即可。具體控制流程框圖如圖5所示。

（2）A1#、B1#兩路市政20 kV電源中其中一路失電

這種情況需結合數據中心變電所內的配電系統分析。圖6為數據中心101號變電所配電系統示意圖。由圖可知，TA101變壓器20 kV電源進(jìn)線(xiàn)與TB101變壓器20 kV電源進(jìn)線(xiàn)分別引自A1#市政20 kV電源與A組柴油發(fā)電機切換后的20 kV母線(xiàn)段及B1#市政20 kV電源與A組柴油發(fā)電機切換后的20 kV母線(xiàn)段，經(jīng)過(guò)20/0.4 kV變壓器降壓后兩段低壓母線(xiàn)采用母聯(lián)開(kāi)關(guān)相互聯(lián)絡(luò )。由此可知，當A1#市政電源與B1#市政電源中一路失電時(shí)，根據數據中心變電所配電系統的母聯(lián)開(kāi)關(guān)投切是否成功，可將柴油發(fā)電機啟動(dòng)控制模式分為兩種。以A1#市政電源失電為例，當A1#市政電源失電后，若數據中心101號變電所內TA101變壓器與TB101變壓器之間的母聯(lián)開(kāi)關(guān)投切成功，則不啟動(dòng)柴油發(fā)電機組；若母聯(lián)開(kāi)關(guān)投切不成功，則需根據具體情況自動(dòng)有序啟動(dòng)相應數量的柴油發(fā)電機，具體控制流程框圖如圖7所示。

A、B兩組柴油發(fā)電機組20 kV并機母線(xiàn)段采用母聯(lián)開(kāi)關(guān)聯(lián)絡(luò )，可有效分配供電容量，控制設計上，通過(guò)在發(fā)電機組總控PLC柜內設計I、II段發(fā)電機組聯(lián)絡(luò )繼電器與聯(lián)絡(luò )開(kāi)關(guān)聯(lián)鎖，同時(shí)兼顧并機成員分配，發(fā)電機組地址按照1~16進(jìn)線(xiàn)編排，即可實(shí)現16臺柴油發(fā)電機組的靈活并機，有效合理分配備用電源。

 

圖2 發(fā)電機房20KV供電系統示意圖

圖3 柴油發(fā)電機并機系統示意圖

 

 

二、通風(fēng)系統設計

 

應急柴油發(fā)電機組的通風(fēng)包括發(fā)電機組所需要的進(jìn)風(fēng)和排風(fēng)。

1、應急柴油發(fā)電機組進(jìn)風(fēng)

進(jìn)風(fēng)量=排風(fēng)量+燃氣量=（2040+103）*2+（1800+98）*2=8082m3/min。

根據現場(chǎng)實(shí)際情況，采用自然進(jìn)風(fēng)方式，進(jìn)風(fēng)消聲器片間流速360m/min。有效進(jìn)風(fēng)面積=進(jìn)風(fēng)量/進(jìn)風(fēng)消聲器片間流速=8082/360=22.45m2。采用百葉窗通風(fēng)面積為60%，所需要百葉窗面積=有效進(jìn)風(fēng)面積/通風(fēng)率=22.45/0.6=37.41m2。根據現場(chǎng)建筑及結構的實(shí)際情況，設計兩個(gè)通風(fēng)口，通風(fēng)口1面積為4.5（L）*2.8（H）=12.60m2，通風(fēng)口2面積為6.4（L）*4.0（H）=25.60m2，總面積為12.60+25.60=38.20m2>37.41m2。滿(mǎn)足進(jìn)風(fēng)要求。

2、應急柴油發(fā)電機組排風(fēng)

每臺發(fā)電機組單獨設置排風(fēng)口，總的有效排風(fēng)面積=0.9*總進(jìn)風(fēng)有效面積=0.9*38.20=34.38m2。由于機房限制，經(jīng)復核發(fā)電機組排風(fēng)扇要承受最大背壓大于允許的背壓，因此，采用在每臺發(fā)電機組排風(fēng)扇出口增加兩臺加力排風(fēng)機（對應MGS1200B，主要參數:380V、18.5KW、54000m3/h、600Pa;對應MGS1400B，主要參數:380V、18.5KW、62000m3/h、600Pa）以使發(fā)電機組排風(fēng)扇承受的背壓在允許的范圍內。

3、應急柴油發(fā)電機組散輻射熱

考慮到機房進(jìn)風(fēng)位置的情況，每臺發(fā)電機組單獨設置一臺導流風(fēng)機（對應MGS1200B，主要參數:380V、11KW、38000m3/h、200Pa;對應MGS1400B，主要參數:380V、11KW、44000m3/h、200Pa）用于滿(mǎn)足發(fā)電機組散輻射熱需要。

4、油箱間通風(fēng)

油箱間進(jìn)風(fēng)為帶防火閥百葉窗設置于油箱間低位，從柴油發(fā)電機間進(jìn)風(fēng)，發(fā)電機間設置一臺低噪聲防爆軸流風(fēng)機（主要參數:380V、0.55KW、5300m3/h、166Pa）用于油箱間高位排風(fēng)。

5、發(fā)電機間通風(fēng)

發(fā)電機間設置一臺通風(fēng)機（主要參數:380V、11KW、36000m3/h、400Pa）用于平時(shí)機房?jì)鹊膿Q氣散熱，以及發(fā)電機組停機后機房散熱。

 

圖4 柴油發(fā)電機組機房安裝設計圖紙

 

 

三、供油系統設計

 

為滿(mǎn)足柴油發(fā)電機組運行的用油要求，根據GB 50174-2008、JGJ 16-2008、GB 50016-2014等規范要求，本示例工程在柴油發(fā)電機房?jì)让颗_發(fā)電機組均單獨設有日用油箱間，日用油箱間內儲存有1m³的日用燃油。結合日用油箱間，還在地下一層設置油泵供油系統，在室外設置儲油罐，通過(guò)油泵系統自動(dòng)供油，滿(mǎn)足柴油發(fā)電機組運行時(shí)間不小于72 h的用油要求。

各個(gè)日用油箱上均設有液位控制儀，當日用油箱內的油處于低液位時(shí)，油泵啟動(dòng)，將埋在室外儲油罐內的柴油輸入日用油箱內；反之，當日用油箱內的油處于高液位的時(shí)候，供油泵自動(dòng)關(guān)閉。當油位超過(guò)設置液位范圍時(shí)，報警器自動(dòng)報警。

油路控制系統分為油箱液位報警控制及發(fā)電機組緊急停止供油。

（1）油箱液位報警控制設計為在發(fā)電機房外墻設置報警控制箱，包含油箱低油位報警開(kāi)啟供油電動(dòng)閥、超高油位報警并關(guān)閉供油電動(dòng)閥的功能。

（2）發(fā)電機組緊急停止供油設計為在發(fā)電機房外墻設置緊急拉手掣在發(fā)生發(fā)電機組漏油事故時(shí)緊急切斷供油，防止油氣擴散。

當油位超過(guò)超高液位、柴油發(fā)電機發(fā)生故障或火災自動(dòng)報警系統報警時(shí)，排油電磁閥啟動(dòng)，將油排至室外儲油罐。日用油箱的油直接供柴油發(fā)電機使用，柴油發(fā)電機的回油，回到日用油箱繼續使用，日用油箱底部的排油管和溢油管接入溢油桶，溢油桶安裝液位顯示，當液位處于高位時(shí)，經(jīng)手搖泵輸入日用油箱繼續使用。

 

四、接地系統設計

 

1、等電位聯(lián)結

（1）發(fā)電機房?jì)仍O置總接地端子板與沿墻設置的一圈40×4mm熱鍍鋅接地扁鋼牢靠連接，此接地扁鋼3處與建筑結構內接地鋼筋牢靠連接。

（2）從一圈接地扁鋼最近距離引一根40×4mm熱鍍鋅接地扁鋼至每臺柴油發(fā)電機組，并做牢靠連接。從一圈接地扁鋼最近距離引一根40×4mm熱鍍鋅接地扁鋼至每個(gè)油箱，并做牢靠連接。

（3）設置1個(gè)局部等電位端子板與沿墻設置的一圈40×4mm熱鍍鋅接地扁鋼連接，用于供、回油管接地。

（4）發(fā)電機房?jì)劝夙?yè)窗、風(fēng)管道、排煙管道、消聲材料金屬固定框架、電池架、透氣管均與接地扁鋼牢靠連接。

2、金屬部件接地

（1）設置1個(gè)局部接地端子板與沿墻設置的一圈40×4mm熱鍍鋅接地扁鋼牢靠連接，用于配電箱及控制箱外殼接地。從一圈接地扁鋼最近距離引一根40×4mm熱鍍鋅接地扁鋼至發(fā)電機配電柜，并做牢靠連接。

（2）電纜橋架、金屬電線(xiàn)管、母線(xiàn)槽外殼均與接地扁鋼牢靠連接。

五、測試負載設計

 

柴油發(fā)電機組作為市政電源停電后的應急電源，多數時(shí)間都處于待機狀態(tài)，一旦市政電源停電或者發(fā)生故障，柴油發(fā)電機組就起到了至關(guān)重要的作用。

為防止供電故障發(fā)生時(shí)柴油發(fā)電機組出現性能故障，加強日常柴油發(fā)電機組的檢測和維護，建立完善的柴油發(fā)電機組檢測和維護規程，定時(shí)規范地對柴油發(fā)電機組進(jìn)行保養、檢測和維護就顯得格外重要。測試負載可以檢測柴油發(fā)電機組的帶載功率，作滿(mǎn)載測試、不平衡負載能力測試、突加突減功率測試、穩態(tài)電壓調整率、穩態(tài)頻率調整率、瞬態(tài)電壓調整頻率、電壓恢復時(shí)間、瞬態(tài)頻率調整、頻率恢復時(shí)間、柴油發(fā)電機組持續運行檢測。

根據柴油發(fā)電機組容量及運行要求，可供選擇的方案主要有如下3個(gè)：

（1）移動(dòng)式測試負載。

測試負載采用車(chē)載移動(dòng)式測試負載，需要測試時(shí)，租用專(zhuān)業(yè)測試公司的測試負載及相應測試設備。此方案需在柴油發(fā)電機房三層并機室預留測試負載接線(xiàn)柜，從接線(xiàn)柜引線(xiàn)纜至一層，并預留管線(xiàn)至室外測試點(diǎn)。

（2）20KV固定式測試負載。

配合市政電源與柴油發(fā)電機組成的供電系統，測試負載采用固定式測試負載，測試負載安裝于柴油發(fā)電機房屋頂。此方案需在柴油發(fā)電機房三層并機室預留測試負載接線(xiàn)柜，并從接線(xiàn)柜引電纜經(jīng)由電纜橋架從進(jìn)出線(xiàn)間引至屋面測試負載處。

（3）0.4 kV固定式測試負載。

本方案中測試負載采用0.4 kV電壓等級，負載容量可選1臺或者多臺組合，測試負載安裝于動(dòng)力中心屋頂。此方案需在柴油發(fā)電機房三層并機室設置20/0.4 kV降壓變壓器及相應低壓出線(xiàn)柜。低壓出線(xiàn)柜至屋頂測試負載利用低壓母線(xiàn)槽或低壓電纜經(jīng)由進(jìn)出線(xiàn)間引至屋面的測試負載。

以上3個(gè)方案中，方案一的優(yōu)點(diǎn)是節省造價(jià)，但其后期操作繁瑣，每次進(jìn)行測試時(shí)都需要租用測試設備，測試前后需進(jìn)行電纜連接和拆除的工作，耗費大量人力物力，且測試性能不夠穩定可靠。方案二的測試負載電壓等級為20 kV，是直接模擬高壓配電柜的帶載性能，不需設置降壓變壓器和相關(guān)低壓出線(xiàn)柜，工程相對簡(jiǎn)單。但后期維護復雜，建造成本及維護費用較高，測試性能與0.4 kV電壓等級測試負載無(wú)太大差異。方案三中0.4 kV電壓等級模擬測試發(fā)電機組并機升壓（高壓配電柜）又經(jīng)變壓器降壓后的負載性能，其整體建造成本、后期維護成本都相對低廉，在整機產(chǎn)品測試性能、絕緣、壽命、安全等方面均有一定優(yōu)勢，整機實(shí)用性高，可獨立對單臺發(fā)電機組周期性帶載測試和其它低壓帶載測試。

 

 

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