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1、民用建筑备用柴油发电机组容量的确定方法!2009年 04 月 29 日 星期三 17:51摘 要 简介发电机容量选择的基本原理及相关要素;建立容量计算的数学模 型;介绍计算容量所用的QBASIC源程序及其操作要点;最后给出了若干结论及 计算实例。叙 词: 柴油发电机 消防负荷 保证负荷 容许电压降 启动 校验 QBASIC1 引言现代高层建筑中,选择柴油发电机组作为备用电源,已属司空见惯;关于其 容量确定的理论文章,也屡见于报刊。但在实际工程应用中,许多设计人员仍有 茫然无序、颇费周折之感。到底如何快而准地计算发电机容量,一直都是值得探 讨的重要课题。本文将着重以一段QBASIC电脑编程,较简
2、便地解决这一问题。2 基本原理21 发电机容量首先要满足稳定计算负荷需要,这包括消防负荷和保证负 荷两部分。在民用建筑中,设置柴油发电机组,通常首先是作为消防用电设备的 备用电源。市电停电,即联锁开启发电机组。但市电停电概率远大于火灾概率, 开启机组并不就意味着火灾发生。非消防时,开启的发电机组仅仅负担应急照明 等小部分负荷,若对其他非消防的重要负荷(属三类负荷时的生活泵、客梯、裙 房照明等,称为保证负荷)无法顾及,则必将造成机组空置、资源浪费。为此, 进行低压配电系统图设计时,在满足火灾时消防负荷需要的前提下,还必须考虑 停电而非火灾时,发电机对保证负荷的供电。一种做法是,将保证负荷集中挂接
3、 在发电机应急母线段上,消防时,由火灾信号将保证负荷的总开关分励脱扣。总 之,应分别计算消防负荷和保证负荷,以二者较大值作为确定发电机组容量的依 据,从而同时满足消防部门及建设方的相应要求。消防负荷如何正确计算应引起重视。大中型民用建筑,往往由地下室、裙房 及数个塔楼组成,包含了多个防火分区。确定发电机容量、进行消防负荷计算时, 显然不能盲目地将所有消防用电设备同时计入。推荐的计算原则是,只考虑一个 防火分区发生火灾(正如水消防一样),亦即,不认为两个及以上的防火分区同 时发生火灾。通常,消防泵作为固定负荷必须计入,而消防电梯、防排烟风机、 应急照明等负荷计入多少,则要视其在某防火分区火灾时投
4、入服务的负荷大小而 定。显然,确定发电机容量,应以最不利的一个防火分区发生火灾时,同时投入 运行的消防负荷为准。22 柴油发电机组的容量大小,除要满足上述稳定计算负荷需要外,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。编程中,取值 20%。进行电压降校验及发电机组容量选择时, 以下要素不可忽视。a。发电机母线上的已接负荷的影响。也就是说,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,单单考虑电动机的启动容量是错误的。具体工程实践中,这一点最容易被一些设计人员所忽略,许多文献对于已接 负荷的影响,常常也避而不谈或是涉及较浅。b。发
5、电机不同的励磁及调压方式,对机组容量选择也将产生重大影响。c。发电机至电动机之间配电线路电压降的影响。亦即,发电机端子电压等 于电动机端子电压与线路压降之和。d。许多文献认为,电动机应按容量大小而顺次启动,以此减小发电机容量。 但在国家标准图集和工程图纸中,这种电动机顺次启动的二次电路图又极少见 到。更何况,顺次启动也往往与一些消防控制要求相矛盾。因此建议,减小发电 机容量,不宜依靠电动机顺次启动这种方法。f。电动机启动容量达最大值是瞬间的,因此,可以不考虑两台及以上电动 机的同时启动,对发电机造成冲击的问题。3 数学模型(建立以下数学模型,仅以消防负荷计算为例。为便于编程,多处进行 了适当的
6、简化和假设,不另说明。)3.1 发电机容量大小须满足稳定计算负荷需要Pjs二KcPe二PePrg=K Pjs=1.2Pe式中:Prg待求发电机持续功率(kW)。编程中考虑为单台机。Pjs 消防设备稳定计算负荷(kW)。Pe建筑物内任一防火分区发生火灾时,最大可能开启消防设备之总安装功率(kW)。为已知量,运行程序时直接键入。编程中PeW800kW。Kc消防设备总需用系数,取 Kc=1。K可靠系数,取K=1.2。3.2 发电机容量大小须满足电动机端子容许电压降3.2.1 简化计算电路见下图:3.2.2 发电机母线上的启动负荷等于已接负荷与单台电动机启动容量之和,Sqg=Sfh+Sq此时,考虑最极
7、端的情况,即认为除待启电动机外,其它负荷已全部 投入,则有Pfh+Prm二Pe,从而 Sfh二Pfh/COSO =(Pe-Prm)/C0S6 =(Pe-Prm)/0.8=1.25(Pe-Prm)此外, Sq=l/l/(kpSqm)+XL/(Urg2)Sqm=C Srm二 C Prm/0. 8, XL=(0.07+6.3/S) L/10003.2.3电动机端子电压Uwm与发电机母线电压(Uwg)存在关联,即Uwg二kpSqmUwm/Sq3.2.4如前所述,对于不同励磁及调压方式的发电机,其允许启动负荷亦不 同,进而对机组容量选择产生影响。若认为所选发电机带自动调整励磁装置,则 对应于不同启动负荷
8、相对值,发电机母线上稳态电压相对值满足表1:表1Sqg/Srg0.81.01.21.52.0Uwg1.000.950.850.750.60以表1数据拟合方程,则当Uwg=0.750.95时,近似存在:Sqg/Srg=5Uwg2-11Uwg+6.9375或 Srg=Sqg/(5Uwg2-11Uwg+6.9375)而 Prg=Srg C0Se =0.8Srg=0.8Sqg/(5Uwg2-11Uw計6.9375);又因上述推导 均为临界值,故实际工程中取:Prg0.8Sqg/(5Uwg2T1Uw 計6.9375)编程中以此作为发电机容量校验公式。3.2.5符号说明Sqg发电机启动时发电机母线上的起动
9、负荷(kVA);Srg发电机的额定容量(kVA),为待求量;Sq电动机启动时,启动回路的额定输入容量(kVA);Sfh电动机启动时,发电机母线上已接负荷(kVA);Urg发电机的额定电压(kV),取Urg=0.4kV;Uwg电动机启动时,发电机母线上的稳态电压相对值;Uwm电动机启动时,其端子上所要求的稳态电压相对值, 程序中取Uwm=0.8;C电动机全压启动之电流倍数。程序中取 C=7;kp电动机的启动系数,见表 2:表2启动方式全压启动Y-启动自耦变压器65%抽头启动kp1.00.33330.4225Sqm电动机额定启动容量(kVA);Srm电动机额定容量( kVA);Prm电动机额定功率
10、(kW)。编程中,取Prm=0.8Srm,且0PrmW150kW。XL电动机至发电机配线线路(铜芯)之阻抗(千欧);L电动机至发电机配线线路(铜芯)之长度(千米)。编程中,0LW0.1 千米。S电动机至发电机配线线路(铜芯)之导线截面(mm2)。编程中,S值按 表3 自动取值。表350PrmW5.5.5PrmW7.557.5PrmWl15PrmW18.5号,S$2.5(取等 下同)S=4S=6S=1018.5PrmW2222PrmW3030PrmW3737PrmW45S=16S=25S=35S=5045PrmW5555PrmW90090PrmWll110800 THEN 20PRINTINPU
11、T“2。请输入:启动方式最不利之单台电动机有功功率Prm=千瓦”, PrmIF Prm150 OR Prm=0 OR Pe0.1 OR 0L THEN 20PRINTPRINT“4(全压启动k=1;星三角k=2;自耦65%抽头k=3)”PRINT “请输入:启动方式最不利之单台电动机的启动方式k= ”,kIF k=1 OR k=2 OR k=3 THEN 30 ELSE 2030 PRINTIF k=1 THEN kp=1IF k=2 THEN kp=1/3IF k=3 THEN kp=0.4225IF Prm=5.5 THENS=2.5ELSEIF Prm=7.5 THEN S=4ELSEI
12、F Prm=15 THEN S=6ELSEIF Prm=18.5 THEN S=10ELSEIF Prm=22 THEN S=16ELSEIF Prm=30 THEN S=25ELSEIF Prm=37 THEN S=35ELSEIF Prm=45 THEN S=50ELSEIF Prm=55 THEN S=70ELSEIF Prm=90 THEN S=95ELSEIF Prm=110 THEN S=120ELSEIF Prm=150 THEN S=185ENDIFGOTO 4020 PRINT“ 输入数据超出范围!请重新输入!”GOTO 1040 Sfh=1.25*(Pe-Prm)XL=(0
13、.07+6.3/S)*L/1000XU=XL/(0.4*0.4)C=7Sqm=C*Prm/0.8Sq=1/(1/(kp*Sqm)+XU)Sqg=Sfh+SqUwm=0.8Uwg=Uwm*(kp*Sqm)/SqSrg=Sqg/(5*Uwg*Uwg-11*Uwg+6.9375)Prg=Srg*0.8IF Prg=1.2*Pe THEN PPrg=1.2*Pe ELSE PPrg=PrgPRINTPRINT “计算结果”PRINT “为满足启动条件,所选发电机持续功率不应小于”,Prg, “千瓦”PRINT “为满足工程应用,实选发电机持续功率不应小于”,INT(PPr計1),“千瓦”PRINT“”
14、END42程序操作要点a. 在Windows的DOS环境下,运行pdos95.bat,从而进入DOS中文平台; 再运行QBASIC.EXE,并把上述源程序输入到电脑中,存盘。b. 在QBASIC环境下,按F5键,则可运行程序、进行计算了。从原始数据 输入,到计算结果输出,前后一般不超过一分钟,非常简捷实用。5简化的数学公式在忽略电动机线路电压降影响之后(即XL=0),更简化的数学公式推导如下:Sq二kp(CSrm)二kpCPrm/0.8=8.75kpPrm而 Sfh=1.25(Pe-Prm),所以,Sqg二Sfh+Sq=1.25(Pe-Prm)+ 8.75kpPrm =1.25Pe+(8.75kp-1.25)Prm又因 XL=0,故 Uwg=Uwm=0.8所以, Srg=Sqg/(5Uwg2-11Uwg+6.9375)二Sqg/(5X0.82-11X0.8+6.9375