柴油发电机选型与机房设计

彭 军 董菁雯

柴油发电机选型与机房设计

彭 军 董菁雯

从工程设计中所遇到的具体问题出发,着重论述了在柴油发电机选型过程中需要考虑的用电负荷、投入时间和配置,在机房设计过程中需要考虑的选址、布置和消防,为相关人员从事柴油发电机选型和机房设计工作提供了借鉴。

柴油发电机组选型,机房设计,自启动电源,应急电源

柴油发电机具有单机容量等级多、配置方便,单位功率重量轻、安装灵活,热效率高、燃油消耗低,启动迅速,并能很快达到全功率,操作简单、维护便利等优点。这使得柴油机发电作为自启动电源在工业和民用领域得到了广泛的应用。相关工程有电厂的保安电源、高层民用建筑的紧急电源或消防电源(通常紧急电源兼作消防电源)和电子信息系统机房的不间断电源等。与其他发电项目相比柴油发电项目的系统较为简单,但是从既要满足相关的规范和用电要求,又要合理配置机型和优化机房设计的要求出发,设计人员在设计过程中仍应着重考虑以下几个方面。

1 选型

1.1 用电负荷

负荷一般分为电阻性、电感性等线性负荷与内含整流电路的非线性负荷。对于电阻性负荷,发电机组的容量只要略大于负荷功率即可。对于电感性负荷,其启动电流为正常运转时的 5倍 ～7倍,通常采用减压启动的方法(星形—三角形换接启动,自耦减压启动,电抗减压启动,延边三角形启动)。对于像计算机和通信设备这种整流滤波型负荷或UPS等非线性负荷,出于安全考虑应把机组容量选大一些[1]。

对于火电厂的保安电源,应根据相关规定[2,3]确定用电负荷。保安负荷仅限于机组的交流厂用电源突然全部消失后,保证机组安全停机,不致损坏设备,并能很快启动、恢复供电,而必须继续运行的负荷。

对于民用建筑,也应根据规定[4-6]合理统计用电负荷。柴油发电机作为应急电源,其使用特性是使用时间短、长期处于闲置状态,同时该设备的费用占据了该工程投资的主要部分。如果用电负荷统计过多会导致机组选型偏大,投资额急剧上升。建筑物的用电负荷可分为保安型负荷、保障型负荷和一般负荷。计算应急发电机组的容量时,保安负荷必须考虑在内,保障负荷则根据大楼功能及电网情况来定,若大楼功能要求较高或城市电网供电不稳定,则应将第二类负荷考虑在内。

对于像银行和各类调度中心的电子信息系统机房的用电负荷,除应参照以上民用建筑的相关规范外还应结合行业规定[7]予以考虑。需要强调的是,依据规范,用电负荷包括 UPS的基本容量、空调和制冷设备的基本容量、应急照明及关系到生命安全等需要的负荷容量。

1.2 投入时间

通常要求柴油发电机在非常短的时间内将所发的电投入到用电线路中。保安电源要求 5 s内完成线路切换,20 s内恢复母线段的供电。民用建筑要求在 30 s内实现供电。由于电子信息系统机房设有 UPS,通常柴油发电机要在 UPS失电之前开始供电。标准型 UPS备用时间为 5min～15min,长效型为 1 h～8 h,应根据 UPS的选型来确定不间断电源的投入时间。

1.3 容量

通常柴油发电机标有常用功率(额定功率)和备用功率(最大功率)。常用功率是指在标准环境下,连续运转 12h的输出功率;备用功率指每连续运转 12 h可允许在 1 h内运转的最大功率。另外,在容量估算时需考虑多方面的因素,包括使用环境、负载类型和预留余量等方面[8]。

柴油发电机按照转速、功率、用途等有多种分类方式,通常采用的是按照柴油发动机的转速分类。柴油机按照转速可以分为低速、中速和高速机,参数和用途见表 1。低速机单机容量可以做到 10MW,但是由于该类机需要长期处于热备用状态使得维护较为繁琐,且加载时间较长(有的品牌机要延迟十多分钟),故不建议考虑低速机。

表1 柴油发电机分类

当负荷较大时可采用多台中高速机并车运行方式来满足负荷要求。此时使用 n+1运行模式(n指满足负荷要求的并车柴油发电机组的台数),即电源故障停电经过延时确认以后,发出自启动指令,如果某一台机组连续 3次自启动失败,应发出报警信号并自启动那多出的 1台机组。柴油发电机组应尽量选用同型号、同容量的机组,以便备用相同的零部件,方便维修与管理。负荷变化大的工程,也可以选用同系列不同容量的机组。机组输出标定电压一般为 400 V,个别用电量大,输电距离远的工程可以选用高压发电机组[9]。

2 设计

2.1 选址

柴油发电机房的生产过程中火灾危险性等级为丙级,最低耐火等级为二级。应满足相应的防火规程和规范的要求,根据主导风向将机房布置于清洁、凉爽、干燥的环境中,以使机房保持良好的通风、降低机房温度,并提供给发电机组足够的新风,尽量避免其运行噪声、振动和排气对周围环境的影响[10]。

对于电厂、电子信息系统机房这一类建筑,柴油发电机设置在一层。条件允许下,应使柴油发电机房的两面墙直接靠室外,这样发电机房的进排风条件较好,可以一面墙专作进风使用,另一面墙专作排风使用。

对于高层民用建筑,如果有地下层,柴油发电机一般设置在地下一层。若设置在地下一层,首先需考虑到发电机的搬运问题,以使其规划的搬运通道及楼面荷载能满足发电机的运输要求。其次得考虑发电机的进风、排风、排烟通道,由于设置在地下一层,发电机机房一般不直接靠室外,所以在设计初期应预留足够面积的进风、排风和排烟井道。

2.2 布置

柴油发电机房分五大功能区,分别为机房区、控制室、进风间、排风消声间、油箱间[11]。

应急机组一般只设一台机组,可以把柴油发电机组和发电机控制屏设在同一间机房内。小容量机组一般把控制屏设置在机组上,也可以设置在同一间机房内,典型布置见图 1。对于装机容量较大、台数较多的机组,可把机组分为装设机组的机房和装设控制屏和配电屏的控制室,并设置必要的辅助房间。

机房的通风散热应按排除机房的余热和有害气体,并能满足柴油机所需的燃烧理论空气量设计。一般尽量采用自然通风或在机房墙上装设排气扇以满足通风散热的要求。如果机房设在地下室或将其降噪要求较高,需单独设置进、排风系统及机房散热设备。设计排烟系统时,应注意排气系统急剧的温度变化,减小高温、振动和强烈的排气噪声问题,同时还应注意阻力不得超过允许范围[12]。

每台发电机对应设置一个独立封闭的油箱间,面积为4m2及以上,油箱间的门为甲级防火门,且向发电机间开启。在油箱间底部,为了隔离油污,一般设置 300mm～500 mm的沙石层,油箱间设置门槛,以防止漏油流向机房区。依据相关规定,需要借助输油管把柴油从储油区输送到日用油箱,或是就近设置埋地油罐来解决长时间连续供油的问题。要根据相关输油和防火规范来布置输油管和油罐[13,14]。

2.3 消防

柴油发电机房的主要火灾危险是燃油起火和电气线路起火,按照消防规范要求,机房内应设置必要的火警报警系统和灭火系统。对于一般的中小型电站,在电站的适当部位,按照附近设备的性质,设置一定数量的熄灭电起火和油起火的灭火器即可。在大型柴油电站和条件较好的中小型柴油电站目前主要使用卤代烷型或二氧化碳型无管网灭火系统以及 FM 200气体灭火系统。

3 结语

通过分析柴油发电机选型和机房设计工作,相关人员在设计中应注意以下事项：

1)应根据负荷特性和相关规范合理圈定供电范围;2)应根据工程特点和相关规范明确供电投入时间;3)建议采用 n+1的模式配置中高速柴油机;4)机房选址应遵循相关防火规范,同时保证通风顺畅;5)在允许的条件下通过合并功能区来实现节约布置,但是要确保一机对应一油箱间;6)按照相关防火规范的要求装设防火报警和灭火装置。

[1]许本军.柴油发电机组的选择与机房设计[J].山西建筑,2001,27(3)：110-111.

[2]DL-T 5153-2002,火力发电厂用电设计技术规定[S].

[3]DL/T 5000-2000,火力发电厂设计技术规程[S].

[4]JGJ/T 16-92,民用建筑电气设计规范[S].

[5]GB 50045-2005,高层民用建筑设计防火规范[S].

[6]GB 50016-2006,建筑设计防火规范[S].

[7]GB 50174-2008,电子信息系统机房设计规范[S].

[8]杨贵恒,贺明智,袁 春,等.柴油发电机组技术手册[M].北京：化学工业出版社,2009：3-23.

[9]袁 春,张寿珍.柴油发电机组[M].北京：人民邮电出版社,2003：17-20.

[10]陈德贺.柴油发电机房的设计及安装应注意的几点问题[J].福建建筑,2004,89(4)：50-52.

[11]罗 畅.柴油发电机房的设计[J].建材与装饰,2008(5)：14-15.

[12]李 晓,雷 英.柴油发电机房设计小议[J].工程设计与研究,2003,113(6)：35-37.

[13]GB 50156-92,小型石油库及汽车加油站设计规范[S].

[14]DL/T 5204-2005,火力发电厂油气管道设计规程[S].

Diesel generator selection and power room design

PENG Jun DONG Jing-w en

From the engineering design of the specific problems,this paper focuses on electricity load,time to start power supply and con figuration in the selection of dieselgenerators,and site selection,arrange and fire control.This paper provides a reference for related personnel engaged in the selection of diesel generators and the design of power rooms.

selection of diesel generators,power room design,self-starting power source,emergency power source

TU271

B

1009-6825(2011)03-0017-03

2010-10-18

彭 军(1982-),男,硕士,助理工程师,上海电力设计院有限公司,上海 200025

董菁雯(1969-),女,高级工程师,上海电力设计院有限公司,上海 200025

结构抗震