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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
